Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Klebstoffaushärtung mit neuester LED-Technologie

09.02.2007
LED auf dem Vormarsch - auch in der Klebstoffaushärtung. DELOLUX 80: Maßgeschneiderte Entwicklung für die schnelle Polymerisation licht- und UV-härtender Produkte. Optimierung des Prozesses durch neue technische Features. Bessere Bedingungen für die Voraktivierung von Klebstoffen.

Light Emitting Diode - kurz LED - ist das Zauberwort, wenn es heute um Licht geht. Die elektronischen Halbleiterelemente können durch die Auswahl der Materialien und der Dotierung verschiedenes Licht erzeugen und zwar in einem eng eingegrenzten Spektralbereich. Nachdem die LED lange Zeit aufgrund geringer Lichtausbeute und fehlender Verfügbarkeit aller Lichtfarben überwiegend in Nischenanwendungen eingesetzt wurden, erschließen sich der LED nun weite Einsatzbereiche z. B. in der Beleuchtungstechnik. Mitentscheidend für diesen Erfolg war die Entwicklung von so genannten III-V Halbleitern, die im blauen und grünen Spektralbereich ihr Licht emittieren und die die Erzeugung von weißem Licht ermöglichen.

Daneben wurde in den vergangenen zehn Jahren an einer Vervielfachung der Intensität der LEDs gearbeitet. Mittlerweile stehen so leistungsfähige LED Dies zur Verfügung, dass sich weitere Anwendungsbereiche eröffnen: die Polymerisierung von photoinitiiert härtenden Klebstoffen und UV-Lacken, die bisher ausschließlich über klassische Entladungslampen ausgehärtet wurden.

Einleuchtende Vorteile

Der Einsatz von LED-Technologie bietet bei der Aushärtung von Klebstoffen prinzipiell folgende Vorteile gegenüber konventionellen Strahlern.

Die Lebensdauer von LEDs liegt um den Faktor 20 höher als die von Entladungslampen. Dazu kommt, dass Entladungslampen im Prozess dauerhaft angeschaltet sein müssen. Eine LED kann beliebig oft an und ausgeschaltet werden und muss im Prozess nur in der Zeit leuchten, in der die eigentliche Härtung des Klebstoffs stattfindet. Da das Ein- und Ausschalten keinen Einfluss auf die Lebensdauer hat, sondern nur die Gesamtbetriebsdauer zählt, erhöht sich die effektive Lebensdauer der LED um ein Vielfaches.

Leuchtdioden lassen sich unbegrenzt regeln. So kann die Intensität durch die Vorgabe des Stromes stufenlos zwischen 0% und 100% eingestellt werden. Eine exakte Synchronisation im Prozess wird gewährleistet durch Einschaltvorgänge, die im Millisekundenbereich liegen. Aufgrund dieser Eigenschaften lassen sich Belichtungsrampen und Impulse in beliebiger Form erzeugen.

Bei LEDs handelt es sich um Kaltlichtquellen, die keine Strahlung im nahen und mittleren Infrarot abgeben, die zum Erhitzen des Klebstoffs oder des Bauteils führen kann.

Erste LED-Handlampen zur industriellen Klebstoffhärtung wurden auf dem Markt bereits vorgestellt. In der Praxis erwies es sich als problematisch, dass die Lampen nur eine sehr begrenzte Zeit bei voller Leistung betrieben werden können, da eine effiziente Kühlung fehlt. Die Halbleiterlichtquellen wandeln nur ca. 15% bis 20% der elektrischen Energie in Licht um, den Rest in Wärme; daher ist ein richtiges Thermomanagement Voraussetzung, um die LEDs optimal zu nutzen.

Neue Generation für schnelle Prozesse

Will man alle Vorteile der LED Technologie nutzen, muss man bei Design und Entwicklung der Lampen eine Vielzahl von Dingen beachten, die sich aus langjähriger Praxis und Erfahrung mit der Klebstoffherstellung und -verarbeitung herleiten lassen. Als erfolgreicher Systemanbieter stellt DELO Industrie Klebstoffe jetzt eine völlig neue Generation von Aushärtelampen auf Basis von Halbleiterlichtquellen vor (siehe Abb.1). Ziel der DELO-Geräteentwickler war, eine sehr intensive Lichtquelle zur Aushärtung von Acrylat- und Epoxydharzklebstoffen zu entwickeln, die sich optimal in Fertigungsprozesse integrieren lässt. Dazu wird das Licht von bis zu 20 auf einer Platine dichtest gepackten Power LED Dies in einen Konzentrator eingekoppelt. Diese Optik besitzt am Ausgang einen Durchmesser von 17 mm und eine Abstrahlcharakteristik von 30 °, wie sie für einen Flüssigkeitslichtleiter entsprechender Lichtleiterlampen typisch ist.

Die Platine der DELOLUX 80 ist flüssigkeitsgekühlt, der eigentliche LED-Kopf ist über einen flexiblen Schlauch, der sowohl die Kühlung als auch die Versorgungs- und Überwachungsleitungen enthält, mit dem Steuermodul verbunden.

Der Kühlung und Überwachung des LED-Kopfes kommt eine zentrale Rolle zu, da die empfindlichen Chips bei zu hohen Temperaturen (> 100 ° C am PN-Übergang) deutlich stärker degradieren bzw. sogar zerstört werden. Erst eine effektive Flüssigkühlung ermöglicht dauerhaft die hohen elektrischen Leistungen, die notwendig sind, um die entsprechenden Lichtintensitäten zu erreichen. Auf der anderen Seite werden für den Betrieb sicherheitsrelevante Parameter wie Temperatur an der Platine und in der Kühlflüssigkeit und deren Durchflussmenge direkt am LED-Kopf überwacht, um etwaige Fehler im Prozess sofort rückzumelden bzw. eine Beschädigung der LEDs im Störungsfall zu verhindern.

Am Austritt der Optik werden Bestrahlungsstärken von 1,2 W/cm² auf einer Fläche von ca. 230 mm² erreicht. In der unten stehenden Tabelle ist die Lichtleistung, wie sie für existierende Lichtleiterlampen typisch ist, im Vergleich zur DELOLUX 80 zusammengestellt.

UVA VIS
320 nm - 390 nm 390 nm-500 nm
Lichtleiterlampe 3,5 W - 4,5 W 2,5 W - 3,5 W
DELOLUX 80 -- 2,5 W -2,7 W
Damit weist die DELOLUX 80 im sichtbaren Spektralbereich nur eine geringfügig niedrigere Lichtleistung wie jetzige Entladungslampen mit Lichtleiter auf. Die UVA-Leistung, über die Lichtleiterlampen zusätzlich verfügen, lässt sich in vielen Anwendungen nicht nutzen, z. B. bei der Verklebung von Kunststoffen, da der Kunststoff unterhalb 400 nm nicht transparent ist. Somit werden mit der neuen LED-Lampe ähnliche Taktzeiten erreichbar sein, wie mit konventionellen Lichtleiterlampen. Bei Belichtung mit der LED-Lampe polymerisiert der Klebstoff sogar etwas schneller.

Optimiert für mehr Prozesssicherheit

Neben der maximal zu erreichenden Intensität spielt der Einschwingvorgang auf ein stabiles Intensitätsniveau ebenfalls eine wichtige Rolle für den Prozess. Bei LEDs sind Temperatur und abgegebene Lichtmenge fest miteinander verknüpft: je wärmer der Halbleiterchip, desto geringer die Lichtausbeute. Bei vielen bisher eingesetzten Kühlkonzepten wird auf aktive oder passive Luftkühlung gesetzt, die eine relativ lange Thermaliserungszeit nach dem Einschalten mit sich bringt.

Erst nach ca. einer Minute stellt sich eine konstante Temperatur und somit eine konstante Intensität ein. Bei der DELOLUX 80 hingegen ergibt sich aufgrund einer neuartigen Flüssigkeitskühlung ein Temperaturverlauf, der schon nach 0,1 s ein stabiles Niveau erreicht. Ab diesem Zeitpunkt bleibt die Intensität konstant. Somit sind auch sehr schnelle Ein- und Ausschaltvorgänge mit konstanter Intensität realisierbar.

Grundvoraussetzung für die Aushärtung von Klebstoffen ist die spektrale Übereinstimmung von Absorption des Photoinitiators und Emission der Lampe. Wirklich intensive LED Dies im blauen Spektralbereich werden von der Industrie derzeit bei Wellenlängen um 400 nm und 460 nm angeboten. Beide Wellenlängen eignen sich ideal, um lichthärtende Acrylate oder lichtaktivierbare Epoxyde zu polymerisieren und können wahlweise als Lampenkopf der DELOLUX 80 gewählt werden.

Neue Möglichkeiten für die Voraktivierung

Nahezu alle lichthärtenden Acrylate besitzen eine Absorption bis 420 nm bzw. 440 nm und können mit Wellenlängen um 400 nm ausgehärtet werden. Für lichtaktivierbare Epoxidharze empfiehlt es sich Wellenlängen um 460 nm zur Polymerisierung zu wählen. Lichtaktivierbare Epoxidharze können mit Licht genauso bis zur Endfestigkeit ausgehärtet werden wie Acrylate, besitzen darüber hinaus die herausragende Eigenschaft der Voraktivierbarkeit. Dazu wird der Klebstoff mit einer geeigneten Intensität für wenige Sekunden belichtet. Während einer darauf folgenden Offenzeit kann ein weiteres undurchstrahlbares Teil gefügt werden, und der Klebstoff härtet ohne weitere Lichtzufuhr aus. Die Stabilität dieses Prozesses wird maßgeblich von den Eigenschaften und dem Langzeitverhalten der verwendeten Lampentechnologie mit bestimmt.

Hier bietet die LED-Technologie spezifische Vorteile gegenüber Entladungslampen:

Die stabile Intensität während der Belichtung und die lange Lebensdauer kombiniert mit einem sehr geringen Intensitätsabfall, hält die Offenzeiten deutlich konstanter.

Die Reaktivität des Klebstoffs wird nicht durch Wärmeeintrag aus der Lampe beeinflusst.

Die langwellige Strahlung um 460 nm sorgt für eine homogene Voraktivierung über die gesamte Schichtdicke.

Profitieren vom Systemanbieter

Die Verwendung von Halbleiterlichtquellen bietet herausragende Vorteile beim Aushärten von Klebstoffen im Prozess. Vor allem durch die lange Lebensdauer in Kombination mit den Regelungsmöglichkeiten sind sie jetzigen Entladungslampen deutlich überlegen. Zur Erreichung hoher Intensitäten in Kombination mit langer Lebensdauer ist ein ausgeklügeltes Thermomanagement Grundvoraussetzung. All diese Anforderungen wurden dank der jahrzehntelangen Erfahrung als Klebstoffhersteller und Systemanbieter bei der Entwicklung der DELOLUX 80 berücksichtigt und machen die Lampe damit zu einem idealen Werkzeug zur Polymerisierung von Klebstoffen in hoch automatisierten Prozessen, bei denen neben Taktzeit die Prozesssicherheit höchste Priorität besitzt.

DELO Industrie Klebstoffe
Ohmstr. 3
86899 Landsberg
Telefon +49 8191 3204-0
Telefax +49 8191 3204-144
E-Mail info@DELO.de - www.DELO.de
Ansprechpartnerin:
Marion Schilcher
Telefon +49 8191 3204-147
Telefax 049 8191 3204-5147

| Deutsche Messe AG
Weitere Informationen:
http://www.DELO.de
http://www.cebit.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie CeBIT 2007:

nachricht Online: future talk CeBIT 2007, Videos, Fotos
04.04.2007 | Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH

nachricht CeBIT Highlights des Fraunhofer IAO
03.04.2007 | Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

Alle Nachrichten aus der Kategorie: CeBIT 2007 >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie