Schwerpunkte

UV-LEDs: exponentielles Wachstum

Effiziente Härtungsprozesse

27. Oktober 2020, 10:30 Uhr   |  Nicole Wörner


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Schnelle Verarbeitung trifft auf höhere Qualität

Wesentliches Plus der UV-Härtung ist die schnellere Produktionsgeschwindigkeit und die daraus resultierende höhere Kapazität, mit der ein Material verarbeitet werden kann. Zudem werden durch den beschleunigten Aushärtungs- oder Trocknungsprozess Fehler und Mängel signifikant reduziert: Insekten, Staub, Flusen oder andere Partikel haben kaum eine Chance, sich auf dem Produkt abzusetzen und somit das Ergebnis zu beeinträchtigen.

Mit UV-Energie lassen sich einzigartige Wechselwirkungen mit vielen verschiedenen Materialien erzeugen, was die Herstellung von Produkten mit bisher unerreichten Eigenschaften ermöglicht. Damit wurde UV-Härtung in vielen Bereichen der Fertigung und Technologie, wo Festigkeit, Härte, Haltbarkeit, chemische Beständigkeit, aber auch Umweltfreundlichkeit, Energieeffizienz und der Wegfall aufwändiger Emissionskontrollen gefordert werden, die erste Wahl.

Die Verkürzung der Fertigungszeit wirkt sich außerdem positiv auf die benötigte Produktionsfläche aus: Da Produkte nicht erst zwischengelagert werden müssen, bis sie weiterverarbeitet werden können, kann deutlich an Stellfläche eingespart werden.

Typisierung von UV-Härtung

Für den Einsatz im Trocknungs- oder Härtungsprozess können verschiedene UV-Lampen je nach benötigtem Ergebnis eingesetzt werden:
Bei UV-Mitteldrucklampen sorgt eine elektrische Entladung für die Vermischung von Quecksilber und Edelgasen, sodass ein Plasma erzeugt wird. In diesem Zustand zeigt das Quecksilber eine hohe Spektralleistung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Spitzenwerte in der Lichtintensität werden in den Bereichen UVC (240–270 nm) und UVA (350–380 nm) erreicht. Diese Strahlstärkebereiche sind ursächlich für die schnelle Aushärtung von Materialien.
UV-Niederdrucklampen entwickeln, ebenfalls auf Quecksilberbasis, UVC-Strahlung mit einem Spitzenwert bei 254 nm. Dabei werden sie aber bei niedrigeren Temperaturen und mit weniger Spannung als Mitteldrucklampen betrieben. Sie werden am häufigsten bei Desinfektionsanwendungen eingesetzt, da UVC-Licht von Bakterien, Viren, Sporen und Keimen absorbiert wird und dadurch deren DNA/RNA-Bindungen aufgebrochen werden. Das verhindert eine Reproduktion und ist gerade im Einsatz gegen multiresistente Mikroorganismen die optimale Lösung.

Die UV-LED verzeichnet aufgrund ihrer Effizienz und Vielfältigkeit ein exponentielles Einsatzwachstum im Bereich der UV-Härtung seit der Entwicklung der AlGaN-LED zu Beginn des 21. Jahrhunderts. Hinzu kommen die seit 2019 gültigen Vorschriften zur Beschränkung des Einsatzes schwermetallhaltiger anorganischer Druckfarben (EU-Verpackungsrichtlinie 94/62/EG) sowie die stetig steigenden Energiekosten, die nach effektiveren und nachhaltigeren Alternativen zu bisherigen Härtungsverfahren verlangen.

LEDs für ökologische und ökonomische Härtungsprozesse

Hersteller wie Stanley, Lextar, Vishay und Liteon bieten UVA-LEDs mit fünf unterschiedlichen Wellenlängen an: 365 nm, 375 nm, 385 nm, 395 nm und 405 nm. Dank dieser UV-LEDs können Herstellungsprozesse exakt programmiert werden, sodass eine ständige Überwachung unnötig wird. Aufgrund ihres äußerst kleinen thermischen Widerstandes arbeiten LEDs sehr effizient. Die Stanley-Serie NDU1104ESE liefert beispielweise eine effektive Leistung von 1 Watt mit einer typischen Spannung von 3,6 V und einer Stromstärke von 0,5 A. Vergleichbare Produkte wie die Liteon LTPL-C034UVGxxx und die Lextar PU88S05 V0 erzielen eine effektive Leistung von 1,5 Watt.

Dank der Halbleiter-Technologie auf der Basis von Indiumgalliumnitrid (InGaN) konnte Vishay kürzlich eine der leistungsstärksten, effizientesten UVA-LEDs präsentieren. Die Produktreihen VLMU3520-xxx-060 und VLMU3520-xxx-120 verfügen über einen Abstrahlwinkel von 60° bzw. 120°. Sie erzeugen eine radiale Leistung von zwei Watt mit einer Spannung von gerade einmal 3,4–3,5 V und besonders geringem Stromverbrauch (1,25 A).

Da der Einsatz von UV-LEDs nahezu keine flüchtigen Kohlenwasserstoffe oder gefährliche Luftschadstoffe produziert, sind sie auch ökologisch gesehen die erste Wahl.

UVA-LEDs eignen sich aufgrund des besseren Korrosionsschutzes besonders bei der Beschichtung von Behältern aus Metall. Aber auch bei der Trocknung und Härtung von Kunststoffbeschichtungen oder von Lack auf Holz, bei z.B. Bodenbelägen oder Holzmöbeln und bei Aushärtungssystemen von Klebstoffen, sowie der Trocknung in 3D-/Tintendruckern überzeugt diese Technologie.

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2. Schnelle Verarbeitung trifft auf höhere Qualität

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