EP3749892A1

EP3749892A1 - Uv-strahlermodul und dessen verwendung

Info

Publication number: EP3749892A1
Application number: EP18825585.5A
Authority: EP
Inventors: Johannes Kraft; Silke Schloemp; Jan Winderlich
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Excelitas Noblelight GmbH
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-12-16
Also published as: WO2019154542A1; JP7566965B2; KR102645974B1; US11547770B2; CN111684204A; KR20200120905A; US20210361792A1; JP2023089088A; JP7260554B2; JP2021512707A; CN116241851A; DE102018102928A1; CN111684204B; US20230139861A1; US11857686B2

Abstract

Bekannte UV-Strahlermodule zur Ultraviolett-Bestrahlung eines Substrats haben ein wasserdichtes Gehäuse, das ein UV-Strahlermodul zur Ultraviolett-Bestrahlung eines Substrats umgibt, die mehrere jeweils eine Längsachse aufweisende Quecksilberniederdrucklampen umfasst, und das eine Unterseite, eine Oberseite sowie mindestens zwei die Unterseite und die Oberseite miteinander verbindende Seitenwände sowie an der Unterseite eine von einem Strahlaustrittsfenster abgeschlossene Strahlaustrittsöffnung aufweist. Um hiervon ausgehend eine Verbesserung in Bezug auf Einhaltung von Hygiene-Standards und gleichzeitig in Bezug Homogenität und Kompaktheit zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass im Gehäuse eine erste Luftführungszone für die Zufuhr von Kühlluft und eine von der ersten Luftführungszone getrennte zweite Luftführungszone für die Ableitung erwärmter Kühlluft ausgebildet sind, wobei in einem Querschnitt durch das Gehäuse senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen und in Blickrichtung von der Unterseite zur Oberseite gesehen das Strahlaustrittsfenster, die Strahleranordnung und die Luftführungszonen hintereinander angeordnet sind, und wobei die erste Luftführungszone einen Zuluftkanal mit mindestens einem Luftleitmittel zur Zuführung von Kühlluft zur Strahleranordnung ausgestattet ist.

Description

UV-Strahlermodul und dessen Verwendung

Beschreibung

Technischer Hintergrund

Die vorliegende Erfindung betrifft ein UV-Strahlermodul zur Ultraviolett- Bestrahlung eines Substrats, mit einem wasserdichten Gehäuse, das eine Strah- leranordnung umgibt, die mehrere jeweils eine Längsachse aufweisende Queck- silberniederdrucklampen umfasst, und das eine Unterseite, eine Oberseite sowie mindestens zwei die Unterseite und die Oberseite miteinander verbindende Sei- tenwände sowie an der Unterseite eine von einem Strahlaustrittsfenster abge- schlossene Strahlaustrittsöffnung aufweist.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung des Strahlermoduls.

UV-Strahlermodule werden beispielsweise in Klima- und Trinkwasseranlagen so- wie in der Lebensmittelproduktion zur Entkeimung eingesetzt. Dabei werden Le- bensmittel, wie Obst- und Gemüse, sowohl bestrahlt, als auch Maschinenteile, Packstoffe, Flüssigkeiten, Luft und Oberflächen, die mit dem Lebensmittel bei der Zubereitung in Kontakt kommen. Mikroorganismen, wie Krankheitserreger, insbe- sondere Bakterien oder Viren, werden durch die ultraviolette Strahlung inaktiviert.

Man unterscheidet Desinfektion und Sterilisation durch die in bestimmten Testver- fahren ermittelte Keimreduzierung beziehungsweise Anzahl von lebenden Indivi- duen. Von Desinfektion spricht man bei einer Keimreduzierung auf mindestens 10⁵, bei der Sterilisation wird eine Reduzierung der Anzahl lebender Individuen um mindestens sechs Zehnerpotenzen (10⁶) gefordert. Unabhängig vom Grad der Keimreduzierung wird hier und im Folgenden der Oberbegriff„Entkeimung“ ver- wendet.

Für die Entkeimung geeignete UV-Strahler sind beispielsweise Quecksilberdampf- entladungslampen, die als Niederdruckstrahler, Mitteldruckstrahler oder Hoch- druckstrahler ausgeführt sein können. Quecksilberdampfentladungslampen wei- sen in ihrer langgestreckten Version ein zylinderförmiges Lampenrohr aus Quarz- glas mit zwei darin angeordneten Elektroden auf. Das Lampenrohr ist an beiden Enden gasdicht verschlossen, beispielsweise mittels einer Quetschung, durch die eine Stromversorgung zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden geführt ist. Das Füllgas ist Quecksilber und in der Regel ein Edelgas. Darüber hinaus ist in das Lampenrohr häufig ein Quecksilberdepot eingebracht, das aus reinem Queck- silber oder einem Quecksilberamalgam bestehen kann. Quecksilberdampfentla- dungslampen zeigen ein Emissionsspektrum mit charakteristischen Linien bei 254 nm (UV-C-Strahlung) und gegebenenfalls 185 nm (VUV-Strahlung).

Bezüglich ihrer Eignung für verschiedene Umgebungsbedingungen werden Strah- lermodule anhand von Richtlinien für den Grad der Abdichtung (Schutzgrad) klas- sifiziert, den das Strahlermodul-Gehäuse aufweisen muss. Die Einteilung erfolgt in sogenannten IP-Codes (International Protection Code) mit zweistelligen Kennzif- fern. Die erste Kennziffer betrifft den Schutzgrad gegen Fremdkörper wie etwa Staubpartikel; die zweite Kennziffer gibt den Schutzgrad gegen Wasser an.

Werden Strahlermodule mit UV-Strahlern beispielsweise zur Desinfektion von Be- hältern oder Verpackungen für Nahrungsmittel eingesetzt, so müssen diese in ei- nem Gehäuse untergebracht sein, das staubdicht ist; die erste IP-Kennziffer ist dann beispielsweise 6. Außerdem muss das Gehäuse Schutz bieten vor dem Ein- dringen einer Reinigungsflüssigkeit wie Wasser, Wasserstoffperoxid oder Natron- lauge, was durch die zweite Kennziffer ausgedrückt wird, die insbesondere die Abdichtung des Strahlaustrittsfensters im Gehäuse charakterisiert. Ist hier bei- spielsweise der Schutzgrad 6„Schutz gegen starkes Strahlwasser“ einzuhalten, lautet die Anforderungskennziffer„IP66“.

Stand der Technik

Die Reduzierung der Keimzahl hängt von der am Substrat ankommenden Bestrah- lungsdosis ab. Diese wird von der Bestrahlungsleistung des UV-Strahlermoduls und von der Dauer bestimmt, während der das Substrat der UV-Strahlung ausge- setzt ist. Bei Systemen, bei denen das Substrat entlang des UV-Strahlermoduls bewegt wird, ergibt sich eine Verlängerung der Bestrahlungsdauer dadurch, dass mehrere UV-Strahler in einem UV-Strahlermodul zu einer ebenen, flächigen An- ordnung zusammengefasst sind. Eine Ausführungsform eines derartigen UV-Strahlermoduls, ausgelegt für den Ein- satz in einem Desinfektionssystem mit einer Desinfektionsstation, ist in der DE 20 2017 101 112 U1 beschrieben, aus der auch ein UV-Strahlermodul gemäß der eingangs genannten Gattung bekannt ist.

In einem Metall-Gehäuse sind insgesamt acht UV-Strahler in Form von Quecksil- berniederdrucklampen mit jeweils einem Strahlerhüllrohr mit kreisrunden Quer- schnitt angeordnet. Die Längsachsen der Strahler verlaufen parallel und in einer gemeinsamen Strahlerebene, so dass sie insgesamt eine flächige Strahler- Anordnung bilden.

Das Metall-Gehäuse hat ein nach oben ausgewölbtes Gehäuse-Oberteil, an dem ein Gehäuse-Unterteil angeschraubt ist, in dem eine Quarzglasscheibe als Strahl austrittsfenster gehalten ist. Die Quarzglasscheibe liegt über einen Dichtring auf einem umlaufenden Absatz auf und wird mittels eines mechanischen Niederhal- ters auf den Dichtring gepresst. Diese Abdichtung hält den Reinigungszyklen mit starkem Strahlwasser, wie dies beispielsweise in Anlagen der Nahrungsmittelin- dustrie üblich ist, ohne weiteres stand, so dass das Strahler-Modul für den Einsatz unter dem Hygiene-Standard IP66 dauerhaft geeignet ist.

Technische Aufgabenstellung

Das UV-Strahlermodul ist im Desinfektionssystem so angeordnet, dass mindes- tens in einem Bestrahlungsbereich eine Bestrahlung des Substrats mit einer vor- gegebenen Mindestbestrahlungsdosis erfolgt. Aus Kostenaspekten besteht die Tendenz und aus Platzgründen häufig sogar die Anforderung, die Anzahl der UV- Strahler zu Gunsten des Einsatzes leistungsstarker UV-Strahler möglichst gering zu halten.

Allerdings wird der Gesamtwirkungsgrad des Desinfektionssystems wesentlich von der Homogenität des Strahlungsfeldes bestimmt. Denn eine lokale Erhöhung der Bestrahlungsintensität ist in der Regel nicht schädlich, wohl aber eine lokal reduzierte Intensität, die zu einer unzureichende Behandlung führen kann. Daher ist im Sinne einer hohen Entkeimungseffizienz eine möglichst homogene Vertei- lung der Strahlungsintensität hilfreich. Die Anforderungen an die Kompaktheit des UV-Strahlermoduls aufgrund eines kleinen zur Verfügung stehenden Bauraums einerseits, und an die Homogenität und damit Effizienz der UV-Bestrahlung andererseits sind demnach gegensätzli- cher Art und nicht einfach gleichzeitig zu erfüllen.

Darüber hinaus sind bei Einsatz des Strahlermoduls in Prozessen der Nahrungs- mittelindustrie Hygiene-Standards einzuhalten, wie etwa die US-amerikanische 3A-Zertifizierung („AAA Hygienic Design“ oder„3-A Sanitary Standards“), der EHEDG Richtlinie (European Hygienic Engineering and Design Group) oder die Norm DIN EN 1672-2, in denen konstruktive Details des entsprechenden Zube- hörs in Verbindung mit Herstellung, Reinigung und Verpackung von verzehrbaren Produkten festgelegt sind. Die Materialauswahl, Oberflächengüte, Präzision in der Fertigung, Lage und Anzahl von Schweißnähten, Spaltgröße spielen dabei eine wichtige Rolle.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein UV-Strahlermodul der ein- gangs genannten Gattung auf Einhaltung von Hygiene-Standards und gleichzeitig in Bezug Homogenität und Kompaktheit zu verbessern.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Verwendung des UV-Strahlermoduls anzugeben.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Gehäuse eine erste Luftführungszone für die Zufuhr von Kühlluft und eine von der ersten Luftführungs- zone insbesondere fluidisch getrennte zweite Luftführungszone für die Ableitung erwärmter Kühlluft ausgebildet sind, wobei in einem Querschnitt durch das Ge- häuse senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen und in Blickrichtung von der Unterseite zur Oberseite gesehen das Strahlaustrittsfenster, die Strahleranordnung und die Luftführungszonen hintereinander angeordnet sind, und wobei die erste Luftführungszone einen Zuluftkanal mit mindestens einem Luftleitmittel zur Zuführung von Kühlluft zur Strahleranordnung ausgestattet ist.

Beim erfindungsgemäßen UV-Strahlermodul sind insbesondere folgende Aspekte vorteilhaft: Mindestens ein Teil der UV-Strahler der Strahleranordnung, bevorzugt alle Strahler der Strahleranordnung, sind Quecksilberniederdrucklampen. Queck- silberniederdrucklampen haben im Vergleich zu Quecksilbermitteldrucklampen oder Quecksilberhochdrucklampen eine höhere Energieeffizienz. Sie zeigen außerdem eine höhere Entkeimungseffizienz in dem Sinne, dass der Anteil an UV-Strahlung im Wellenlängenbereich um 254 nm am Gesamt- Emissionsspektrum vergleichsweise groß ist. UV-Strahlung im Wellenlängen- bereich um 254 nm erweist sich bei der Entkeimung als besonders wirksam. Zur Kühlung der Strahleranordnung verfügt das Gehäuse über einen Zuluftka- nal für die Zufuhr von Kühlluft und demnach über einen Anschluss an eine Kühlluftquelle. Grundsätzlich ist eine Kühlung von Quecksilberniederdrucklam- pen nicht erforderlich. Die beim erfindungsgemäßen UV-Strahlermodul zu- schaltbare Kühlung erweist sich aber in mehrfacher Hinsicht als förderlich zur Lösung der oben genannten technischen Aufgabe:

a. Sie ermöglicht den Einsatz und Betrieb von Quecksilberniederdrucklam- pen mit vergleichsweise hoher Leistung ohne die Gefahr einer Überhit- zung der Strahleranordnung. Bei einer Überhitzung kommt es zu einem Abfall des spektralen Anteils der UV-Emission, einhergehend mit einer Verringerung der UV-Bestrahlungsleistung, insbesondere im Wellenlän- genbereich um 254 nm.

So kann beispielsweise bei einer besonders geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls, bei dem die Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen in einer gemeinsamen Strahlerebene verlaufen, durch den Einsatz und Betrieb von Quecksilberniederdrucklam- pen mit vergleichsweise hoher Leistung, die Strahleranordnung so ausge- legt werden, dass eine UV-Bestrahlungsintensität von mindestens

100 mW/cm², vorzugsweise mindestens 120 mW/cm², bewirkt wird - ge- messen in einem Abstand von 48 mm von der Strahlerebene.

b. Die Gefahr einer Überhitzung der flächigen Strahleranordnung besteht insbesondere im Bereich von deren Zentrum, weniger an den Randberei- chen. Durch die erzwungene Kühlung der Quecksilberniederdrucklampen durch Zuleitung von Kühlluft ist über Länge und Breite der Strahleranord- nung ein vergleichsweise homogenes Temperaturprofil einstellbar, und damit einhergehend auch ein örtlich homogenes Bestrahlungsprofil der emittierten UV-Strahlung.

Zwecks Vermeidung einer Überhitzung der Strahleranordnung wird die Kühlleistung der Kühlluft daher vorzugsweise so ausgelegt, dass sich auf der Strahleranordnung eine Maximaltemperatur von weniger als 150 °C, besonders bevorzugt von weniger als 120 °C einstellt.

Das Gehäuse ist geschlossen und wasserdicht. Die Wasserdichtheit entspricht mindestens dem Schutzgrad 6 des oben definierten IP-Codes, das heißt, es hält Reinigungszyklen mit starkem Strahlwasser dauerhaft stand.

Innerhalb des Gehäuses verlaufen mindestens ein Zuluftkanal für die Kühlluft und mindestens ein Abluftkanal zur Ableitung der erwärmten Kühlluft. Die Kühl luft gelangt über Luftleitmittel, wie beispielsweise eine oder mehrere Öffnungen oder Leitungen auf die Strahleranordnung, kühlt diese und erwärmt sich dadurch. Da das Gehäuse geschlossen ist, wird das gesamte Kühlluftvolumen als erwärmte Kühlluft aus dem Gehäuse über den Abluftkanal definiert und re- produzierbar abgeführt, was im Hinblick auf Hygieneanforderungen eine vor- teilhafte Maßnahme darstellt.

Die Kanäle sind beispielsweise als Schlauch oder Rohr ausgeführt und können am Gehäuseausgang mit Anschlusselementen versehen sein. Luft stellt dabei das technologisch einfachste und kostengünstigste Kühlmittel dar. Selbstver- ständlich sind anstelle oder ergänzend zu Luft auch andere Gase oder auch Flüssigkeiten als Kühlmittel einsetzbar.

Im Folgenden wird die Erstreckung des Gehäuses in Längsachsenrichtung der Quecksilberniederdrucklampen als„Gehäuse-Länge“, die Erstreckung in der oben definierten Blickrichtung als„Gehäuse-Höhe“, und die Erstreckung in der verbleibenden Raumrichtung wird als„Gehäuse-Breite“ bezeichnet. Diese Be- zeichnungen und auch im Zusammenhang mit der Beschreibung des Gehäu- ses verwendete Positionsangaben, wie„Oberseite“ oder„Unterseite“ und Ortsadverbien wie„oberhalb“,„übereinander“,„oben“,„obere“ und dergleichen beziehen sich auf die im Ausführungsbeispiel dargestellte Orientierung des Gehäuses; sie dienen lediglich der Definition der relativen Orientierung von Komponenten zueinander und stellen weder eine Festlegung für eine bestimm- te räumliche Orientierung des Gehäuses noch der betreffenden Komponenten beim bestimmungsgemäßen Einsatz dar.

Die erste Luftführungszone und die zweite Luftführungszone sind innerhalb des Gehäuses voneinander insbesondere fluidisch getrennt, so dass es nicht zu einer Vermischung von noch kalter Kühlluft und bereits erwärmter Kühlluft im Gehäuse kommt. Die erste Luftführungszone für die Zuleitung der kalten Kühl luft verfügt über einen Zuluftkanal, der wiederum mit mindestens einem Luft- leitmittel zur definierten Zuführung kalter Kühlluft auf die Strahleranordnung ausgestattet ist. Die erwärmte Kühlluft gelangt als Abluft über die zweite Luft- führungszone zu einem Abluftkanal oder zu einem Gasauslass, über den sie aus dem Gehäuse ausgeleitet wird.

In Richtung der Gehäuse-Höhe gesehen verlaufen erste und zweite Luftfüh- rungszone über mindestens einen Teil der Gehäuse-Länge übereinander. Vor- zugsweise ist dabei im Querschnitt durch das Gehäuse senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen und in Blickrichtung von der Unterseite zur Oberseite gesehen die erste Luftführungszone vor der zweiten Luftführungszone vorgelagert. Das heißt, der die Kühlluft transportierende Zu- luftkanal verläuft nahe der Strahleranordnung, so dass die Kühlluft aus dem Zuluftkanal über die Luftleitmittel vergleichsweise einfach in Richtung auf die Strahleranordnung ausgeleitet werden kann.

Durch die„Übereinander-Anordnung“ von Strahlaustrittsfenster, Strahleranord- nung und den beiden Luftführungszonen ergeben sich über mindestens einen Teil der Gehäuse-Länge schematisch folgende vier übereinander angeordnete Ebenen:

(i) Die Fensterebene, in der das Strahlaustrittsfenster angeordnet ist.

(ii) Die Strahlerebene, in der die Längsachsen der Quecksilberniederdrucklam- pen verlaufen.

(iii) Die untere Luftführungsebene, in der vorzugsweise die Längsachse des Zu- luftkanals verläuft. (iv)Die obere Luftführungsebene, in der vorzugsweise die Längsachse eines Abluftkanals oder eines Gehäuse-Gasauslasses verläuft.

Die genannten Ebenen können geneigt zueinander verlaufen, im bevorzugten Fall verlaufen sie aber parallel zueinander. Die„Übereinander-Anordnung“ die ser Komponenten trägt in Richtung der Gehäuse-Höhe auf, ermöglicht aber ei- ne besonders geringe Gehäuse-Breite. Die vergleichsweise geringe Gehäuse- breite kann bei engem Bauräumen hilfreich sein und trägt zur Homogenität der Strahlung im Bestrahlungsbereich bei, vor allem wenn mehrere UV- Strahlermodule in Transportrichtung des Substrats hintereinander angeordnet sind.

Insbesondere im Hinblick auf eine möglichst geringe Gehäuse-Breite und der da- mit einhergehenden hohen Homogenität des Strahlungsfeldes bei einer derartigen Hintereinander-Anordnung mehrerer UV-Strahlermodule werden auch folgende Ausführungsformen des UV-Strahlermoduls bevorzugt:

(a) Ausführungsformen, bei der der Zuluftkanal eine Zuluftkanal-Mittelachse und die zweite Luftführungszone eine Abluftkanal-Mittelachse aufweisen, wobei die Zuluftkanal-Mittelachse und die Abluftkanal-Mittelachse parallel zueinander in einer gemeinsamen Gehäuse-Mittelebene verlaufen, die sich senkrecht zum Strahlaustrittsfenster erstreckt.

Die Abluftkanal-Mittelachse entspricht der Längsachse eines etwaigen Abluft- kanals beziehungsweise der Mittelachse eines Gehäuse-Gasauslasses. Die Luftführungszonen für Zuluft und Abluft verlaufen hierbei in Blickrichtung gese- hen nicht nur hintereinander sondern die Achsen von Zuluftkanal und Abluftka- nal beziehungsweise Gasauslass verlaufen in der Gehäuse-Mittelebene auch übereinander. Dadurch ergibt sich eine besonders geringe Gehäuse-Breite.

(b) Ausführungsformen, bei denen das Gehäuse Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Gehäuse-Mittelebene aufweist.

(c) Ausführungsformen, bei denen die erste Luftführungszone einen Zuluftkanal- Innendurchmesser und die zweite Luftführungszone einen Abluftkanal- Innendurchmesser aufweisen, wobei der Abluftkanal-Innendurchmesser um weniger als +/- 10% vom Zuluftkanal-Innendurchmesser abweicht, und vor- zugsweise der Abluftkanal-Innendurchmesser und der Zuluftkanal- Innendurchmesser gleich sind.

Bei gleichem Innendurchmesser stellen sich dieselben Strömungsgeschwin- digkeiten für Kühlluft und Abluft und dieselben Gasdrücke ein. Ein kleinerer Ab- luftkanal-lnnendurchmesser würde hingegen zu einem größeren Strömungswi- derstand als im Zuluftkanal führen und als Engstelle der Kühlluftströmung wir- ken.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des UV-Strahlermoduls weist die Gehäuse-Oberseite eine Wölbung auf, und zwar im Querschnitt durch das Ge- häuse senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen.

Die nach außen gewölbte Gehäuse-Oberseite erleichtert das Abfließen von Flüs sigkeit, beispielsweise bei der Reinigung des Strahlermoduls. Diese Maßnahme erleichtert das rückstandfreie Reinigen und trägt zur Einhaltung und Verbesserung des Hygiene-Standards bei.

Die Wirkung der gewölbten Oberseite im Hinblick auf das rückstandfreie Reinigen des Strahlermoduls wird noch verstärkt, wenn sich die beiden Seitenwände an die Wölbung der Oberseite anschmiegen und dabei (in ihrer gedachten Verlängerung) einen Winkel im Bereich zwischen 5 und 40 Grad miteinander einschließen.

Für die Dichtheit des Gehäuses gegen Spritzwasser ist insbesondere die Befesti- gung des Strahlaustrittsfensters am Gehäuse entscheidend. In der oben bereits zitierten DE 20 2017 101 112 U1 werden dafür mechanische Maßnahmen vorge- schlagen, die jedoch aufwändig sind. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungs- form des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls wird die Dichtheit dadurch ge- währleistet, die Strahlaustrittsöffnung einen umlaufenden Absatz aufweist, mit dem das Strahlaustrittsfenster verklebt ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen UV- Strahlermoduls ist die Strahleranordnung auf ihrer dem Strahlaustrittsfenster ab- gewandten Seite mindestens teilweise von einem Reflektor umgeben.

Der Reflektor erstreckt sich in Richtung der Gehäuse-Länge und der Gehäuse- Breite zwischen der Strahlerebene und der unteren Luftkanalebene; wobei er die Strahleranordnung vorzugsweise vollständig überdeckt. Er trägt zur Erhöhung der Bestrahlungsintensität bei und er verbessert die Homogenität des Strahlungsfel- des.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls hat mindestens eine der Gehäuse-Seitenwände eine mit einer Markierung verse- hene Sichtseite, wobei die Markierung durch Lasergravur erzeugt ist und an- schließend die Sichtseite durch Elektropolieren geglättet ist.

Die Elektropolitur beseitigt etwaige Rückstände der Markierungserzeugung und trägt zur Verbesserung hinsichtlich des Hygienestandards bei. Es hat sich gezeigt, dass die Abfolge der Verfahrensschritte Reihenfolge Lasergravur und Elektropoli- tur stellt sich nach der Elektropolitur im Bereich der Gravur eine Oberfläche mit anderer Beschaffenheit als bei der nicht gravierten Oberfläche ein, so dass die Markierung sichtbar bleibt. Die Markierung der Sichtseite umfasst beispielsweise einen Schriftzug, ein Logo oder Ziffern.

Hinsichtlich der Verwendung des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es in einem Desinfektionssystem zur Ultraviolett-Bestrahlung von Verpackungsmaterial für Nahrungsmittel oder Arzneimittel eingesetzt wird. Bevorzugt wird das UV- Strahlermodul dabei in einem Modul-Ensemble eingesetzt, bei dem mehrere bau- gleiche UV-Strahlermodule in Transportrichtung eines zu bestrahlenden Substrats gesehen hintereinander angeordnet sind.

Ausführunqsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und eines Ausführungs- beispiels näher erläutert. Im Einzelnen zeigt:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls in einer räumlichen Darstellung,

Figur 2 eine technische Zeichnung des UV-Strahlermoduls in einer Drauf- sicht auf das Strahlaustrittsfenster, teilweise als Ausbruch mit Sicht auf die Strahleranordnung,

Figur 3 das UV-Strahlermodul in einem Querschnitt entlang der Linie B-B von Figur 2 in vergrößerter Darstellung, Figur 4 das UV-Strahlermodul in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A von Figur 2 teilweise im Schnitt, und

Figur 5 eine Aneinanderreihung von UV-Strahlermodulen in schematischer

Darstellung.

Die Ausführungsform des UV-Strahlermoduls 1 von Figur 1 hat ein metallisches Gehäuse 2 mit einer Unterseite 3, einer nach außen gewölbten Oberseite 4, zwei plane Seitenwände 5 und zwei sich gegenüberliegende stirnseitige Abschluss- wände 6. Die Gehäuse-Länge beträgt etwa 1050 mm, die Gehäuse-Höhe etwa 300 mm und die maximale Gehäuse-Breie an der Unterseite 3 liegt bei etwa 160 mm.

Der größte Teil der Unterseite 3 wird von einer rechteckigen Öffnung eingenom- men, die von einem Strahlaustrittsfenster 7 in Form einer Quarzglasplatte mit den Abmessungen 856 x 142 mm wasserdicht verschlossen ist.

Die Wölbung der Oberseite 4 hat einen Radius von etwa 90 mm und erstreckt sich über die gesamte Gehäuse-Länge von einer Abschlusswand 6 zur anderen.

Die beiden planen Seitenwände 5 verlaufen von der Unterseite 3 zur Oberseite 4 und schmiegen sich an deren Wölbung an. Sie laufen schräg aufeinander zu und schließen dabei in ihrer gedachten Verlängerung einen Winkel von 14 Grad mitei- nander ein. Die Seitenwände 5 und die gewölbte Oberseite 4 sind aus einem Blechstück gefertigt. Auf die Sichtseite der einen Seitenwand 6 ist mittels Laser ein Schriftzug 8 eingraviert und daraufhin die Seitenwand vollständig elektropoliert worden.

Aus der einen Abschlusswand 6 ragen ein unterer Anschluss 9 eines Zuluftkanals (Figur 3; Bezugsziffer 31 ) für die Zufuhr von Kühlluft in das Gehäuse 2 und ein weiterer, oberer Anschluss 10 eines Abluftkanals (Figur 3; Bezugsziffer 32) für die Ableitung von erwärmter Kühlluft aus dem Gehäuse 2. Aus derselben Abschluss- wand 6 ist auch ein Kabel für den elektrischen Anschluss von vier UV-Strahlern 12 herausgeführt, die aus der Ansicht von Figur 2 erkennbar sind.

Die UV-Strahler 21 sind Quecksilberniederdrucklampen mit einem zylinderförmi- gen Lampenrohr aus Quarzglas und sich darin gegenüberliegenden Elektroden auf. Das Lampenrohr hat einen Außendurchmesser von 28 mm und ist an beiden Enden gasdicht mittels Quetschung verschlossen, durch die hindurch in üblicher Weise die Stromanschlüsse zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden geführt sind. Gefüllt ist das Lampenrohr mit einem Quecksilber-Amalgam und Neon; jedes Lampenrohr verfügt über ein Amalgamdepot. Die UV-Strahler 21 bilden eine flä- chige Strahler-Anordnung 20, in der die Strahlerlängsachsen parallel zueinander und in einer gemeinsamen Ebene (Figur 3; Strahlerebene E2) verlaufen. Die Strahleranordnung 21 erstreckt sich gleichmäßig zu beiden Seiten einer Spiegel- ebene M des Gehäuses 2 (in Figur 3 besser erkennbar). Der Abstand zwischen den Strahlerlängsachsen beträgt 36 mm. Die nominale elektrische Anschlussleis- tung der einzelnen Quecksilberdampfentladungslampen beträgt 580 W. Der Strah- lungsfluss kann bis zu 150 W betragen. Die Quecksilberniederdrucklampen 21 zeigen ein Emissionsspektrum mit hoher Effizienz der charakteristischen Emissi- onslinie bei 254 nm. In einem Abstand von 48 mm von der Strahlerebene E2 (das sind 20 mm unterhalb der Gehäuse-Unterkante 3) ergibt sich eine UV- Bestrahlungsintensität von 140 mW/cm².

Aus der Schnittdarstellung von Figur 3 ist die vertikale Anordnung der wesentli- chen Komponenten des UV-Strahlermoduls 1 innerhalb des Gehäuses 2 gut zu erkennen. Die Oberseite des Strahlaustrittsfensters 7 verläuft in der Fensterebene E1 und darüber die flächige Anordnung 20 der vier UV-Strahler 21 , deren Längs- achsen die Strahlerebene E2 aufspannen. Der Abstand zwischen den Ebenen E1 und E2 beträgt 21 mm. Die Anordnung 20 der UV-Strahler 21 ist nach oben und seitlich von einem Reflektorblech 33 mit trapezförmigem Profil umgeben. Darüber verläuft der Zuluftkanal 31 für die Kühlluft, dessen Mittelachse die Horizontalebene E3 definiert. Und darüber verläuft der Abluftkanal 32, der lediglich als kurzer Stut- zen mit einer Länge von 2 cm ausgeführt ist, und dessen Mittelachse die Horizon- talebene E3 definiert.

Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene M. Das Strahlaustrittsfenster 7 hat eine Plattenstärke von 4 mm; es liegt auf einer Abkantung der Seitenwände 5 auf und ist damit wasserdicht verklebt. Das Reflek- torblech 33 verläuft über die gesamte Länge der UV-Strahler-Anordnung 20. Der Zuluftkanal 31 hat einen Innendurchmesser von 85 mm. Seine Mittelachse liegt in der einer Spiegelebene M. Er erstreckt sich entlang der Gehäuse-Länge vom stirnseitigen Anschluss 9 bis zu einer in der Gehäusemitte angeordneten Gasver- teilerkammer (Figur 4; Bezugsziffer 41 ). Auch der Abluftkanal 32 hat einen Innen- durchmesser von 85 mm, und dessen Mittelachse liegt ebenfalls in der Spiegel- ebene M. Es ist erkennbar, dass der Abluftkanal 32 die Wölbung der Gehäuse- Oberseite 4 vorgibt und diese nahezu vollständig ausfüllt.

Aus der Ansicht von Figur 4 ist zu entnehmen, dass der Zuluftkanal 31 in die Gasverteilerkammer 41 mündet. Die Gasverteilerkammer 41 ist an ihrer dem Re- flektorblech 33 zugewandten Seite mit einer Vielzahl von Öffnungen 43 versehen, durch die hindurch die Kühlluft in den Raum einströmt, in dem sich die Anordnung 20 der UV-Strahler 21 befindet. An den Öffnungen 43 der Gasverteilerkammer 41 endet eine erste Luftführungszone, die die Luftführung der kalten Kühlluft vom Zu- luftkanal-Anschluss 9 bis zur Strahleranordnung 20 vorgibt.

Die Luftführung der erwärmten Kühlluft bis zum Abluftkanal-Anschluss 10 wird durch eine zweite Luftführungszone definiert. Dabei wird das erwärmte Kühlluft- Volumen ausgehend von der Strahleranordnung 20 über den freien Innenraum 44 des Gehäuses 2 dem in das Gehäuse 2 hineinragenden Ende des Abluftkanals 32 zugeführt und über den Abluftkanal-Anschluss 10 aus dem Gehäuse 2 vollständig entfernt. Eine Vermischung mit kalter Kühlluft findet dabei nicht statt, da die zweite Luftführungszone von der ersten Luftführungszone insbesondere fluidisch getrennt ist.

Die Kühlleistung der Kühlluft wird so ausgelegt, dass sich auf der Strahleranord- nung 20 eine Maximaltemperatur von weniger als 110 °C einstellt. Und zum Errei- chen einer möglichst örtlich homogenen Verteilung des UV-Bestrahlungsprofils werden die Kühlleistung und die örtliche Verteilung der Kühlluft so ausgelegt, dass sich zwischen der Maximaltemperatur und der Minimaltemperatur an den Queck- silberdepots der einzelnen Quecksilberniederdrucklampen 21 der Strahleranord- nung 20 eine Temperaturdifferenz von weniger als 10 °C einstellt.

Zur einfachen Wartung und zum Austausch der Quecksilberniederdrucklampen 21 lässt sich das UV-Strahlermodul 1 schubladenartig öffnen. Dabei verbleibt das Metall-Gehäuse 2, inklusive einer der beiden stirnseitigen Wände 6 und dem Strahlaustrittsfenster 7 fest am Ort. Herausgezogen wird die gegenüberliegende, mit dem Anschlusskabel 11 versehene stirnseitige Wand 6 mit den damit mecha- nisch verbundenen Komponenten wie den Quecksilberniederdrucklampen 21 , der Gasverteilerkammer 41 und dem Zuluftkanal 31. Das in das Gehäuse 2 hineinra- gende Ende der„Schublade“ ist mit einem elektrischen Stecker versehen, der sich beim Wiedereinschieben mit einer korrespondierenden Buchse in der Halterung 42 zu einer elektrischen Steckverbindung fügt.

Das erfindungsgemäße Strahler-Modul genügt auch hohe Anforderungen der ein- gangs genannten Hygiene-Standards und erfüllt den Grad der Abdichtung gemäß IP66.

Bei dichter Aneinanderreihung (theoretisch ohne Lücke; wobei in der Praxis eine kleine Lücke sinnvoll ist, damit Flüssigkeit ablaufen kann) baugleicher UV-

Strahlermodule 1 , wie in Figur 5 schematisch dargestellt, ergibt sich zwischen den UV-Strahlern 21 benachbarter Module 1 ein freier Abstand von lediglich 13,7 mm und ein Abstand der Mittelachsen von 55,4 mm. Das erfindungsgemäße UV- Strahlermodul 1 ist daher besonders geeignet für den Einsatz in einem Desinfekti- onssystem zur Ultraviolett-Bestrahlung von Verpackungsmaterial 51 für Nah- rungsmittel oder Arzneimittel. Dabei sind in Transportrichtung 52 des zu bestrah- lenden Verpackungsmaterials 51 mehrere UV-Strahlermodule 1 so hintereinander angeordnet, dass die Mittelachsen der Quecksilberniederdrucklampen parallel zu- einander und quer zur Transportrichtung 52 verlaufen.

Claims

Patentansprüche

1. UV-Strahlermodul (1 ) zur Ultraviolett-Bestrahlung eines Substrats (51 ), mit einem wasserdichten Gehäuse (2), das eine Strahleranordnung (20) umgibt, die mehrere jeweils eine Längsachse aufweisende Quecksilberniederdruck- lampen (21 ) umfasst, und das eine Unterseite (3), eine Oberseite (4) sowie mindestens zwei die Unterseite (3) und die Oberseite (4) miteinander verbin- dende Seitenwände (5; 6) sowie an der Unterseite (3) eine von einem Strahl- austrittsfenster (7) abgeschlossene Strahlaustrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) eine erste Luftführungszone (9; 31 ;

41 ) für die Zufuhr von Kühlluft und eine von der ersten Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) getrennte zweite Luftführungszone (10; 32; 44) für die Ableitung er- wärmter Kühlluft ausgebildet sind, wobei in einem Querschnitt durch das Ge- häuse (2) senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen (21 ) und in Blickrichtung von der Unterseite (3) zur Oberseite (4) gesehen das Strahlaustrittsfenster (7), die Strahleranordnung (20) und die Luftfüh- rungszonen (9; 31 ; 41 ; 10; 32; 44) hintereinander angeordnet sind, und wo- bei die erste Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) einen Zuluftkanal (31 ) umfasst, der mit mindestens einem Luftleitmittel (42) zur Zuführung von Kühlluft zur Strah- leranordnung (20) ausgestattet ist.

2. UV-Strahlermodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Querschnitt durch das Gehäuse (2) senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen (21 ) und in Blickrichtung von der Unterseite (3) zur Oberseite (4) gesehen die erste Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) der zweiten Luftführungszone (10; 32; 44) vorgelagert ist.

3. UV-Strahlermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) eine Zuluftkanal-Mittelachse und die zweite Luftführungszone (10; 32; 44) eine Abluftkanal-Mittelachse aufweisen, und dass die Zuluftkanal-Mittelachse und die Abluftkanal-Mittelachse parallel zueinander in einer gemeinsamen Gehäuse-Mittelebene (M) verlaufen, die sich senkrecht zum Strahlaustrittsfenster (7) erstreckt.

4. UV-Strahlermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ge- häuse (2) Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Gehäuse-Mittelebene (M) auf- weist.

5. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die erste Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) einen Zuluftkanal- Innendurchmesser und die zweite Luftführungszone (10; 32) einen Abluftka- nal-lnnendurchmesser aufweisen, und dass der Abluftkanal- Innendurchmesser um weniger als +/- 10% vom Zuluftkanal- Innendurchmesser abweicht, und dass vorzugsweise der Abluftkanal- Innendurchmesser und der Zuluftkanal-Innendurchmesser gleich sind.

6. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass im Querschnitt durch das Gehäuse (2) senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen (21 ) die Gehäuse- Oberseite (4) eine Wölbung aufweist.

7. UV-Strahlermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Seitenwände (5) an die Wölbung der Oberseite (4) anschmiegen und einen Winkel im Bereich zwischen 5 und 40 Grad miteinander einschließen.

8. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Strahlaustrittsöffnung einen umlaufenden Absatz aufweist, mit dem das Strahlaustrittsfenster (7) verklebt ist.

9. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen (21 ) in einer gemeinsamen Strahlerebene (E2) verlaufen und dass die Strahler- anordnung (20) so ausgelegt ist, dass sie auf dem Substrat (51 ) eine UV- Bestrahlungsintensität von mindestens 100 mW/cm², vorzugsweise mindes- tens 120 mW/cm² bewirkt - gemessen in einem Abstand von 48 mm von der Strahlerebene (E2).

10. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Strahleranordnung (20) auf ihrer dem Strahlaustritts fenster (7) abgewandten Seite mindestens teilweise von einem Reflektor (33) umgeben ist.

11. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens eine der Gehäuse-Seitenwände (5) eine mit einer Markierung (8) versehene Sichtseite hat, wobei die Markierung (8) durch Lasergravur erzeugt ist und anschließend die Sichtseite durch Elektro- polieren geglättet ist.

12. Verwendung eines UV-Strahlermoduls (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Desinfektionssystem zur Ultraviolett-Bestrahlung von Verpa- ckungsmaterial für Nahrungsmittel oder Arzneimittel.