DE10309561B4 - Elektrisches Heizelement für einen Infrarotstrahler, Infrarotstrahler und seine Verwendung - Google Patents

Elektrisches Heizelement für einen Infrarotstrahler, Infrarotstrahler und seine Verwendung Download PDF

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Abstract

Elektrisches Heizelement für einen Infrarotstrahler, das einen Grundkörper aus einem elektrisch leitenden Heizleiter aufweist, wobei der Grundkörper an seiner Oberfläche zumindest teilweise eine keramische Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus mindestens einem Oxid mindestens eines Metalles aus der Gruppe der Lanthaniden gebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizelement für einen Infrarotstrahler, das einen Grundkörper aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, wobei der Grundkörper an seiner Oberfläche zumindest teilweise eine keramische Beschichtung aufweist, sowie einen Infrarotstrahler mit einem solchen Heizelement und seine Verwendung.
  • Derartige Heizelemente sind beispielsweise aus der JP 61293369 A bekannt, die ein zylindrisches Heizelement offenbart, das an der Zylinderinnenseite eine Metalloxidkeramik zur Abstrahlung von Infrarotstrahlung aufweist.
  • EP 0 368 080 A1 offenbart einen Infrarotstrahler, der ein Substrat mit mindestens einem elektrisch isolierenden Bereich aufweist, auf welchem eine Metallschicht als Widerstandsheizelement ausgebildet ist. Die Metallschicht weist Infrarot-strahlende Partikel auf, die gleichmäßig in der Metallschicht verteilt sind. Die Partikel sind dabei aus Keramik wie z.B. Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder deren Mischungen gebildet.
  • US 4,965,434 offenbart eine Heizwendel aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung in einem Schutzrohr aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid, wobei das Schutzrohr eine Beschichtung trägt, die fernes Infrarot abstrahlt. Dabei sind keramische Beschichtungen, wie zum Beispiel aus Lanthanoxid, offenbart. Es handelt sich hierbei also um eine indirekte Beheizung eines Schutzrohres.
  • JP 02118329 A offenbart einen Metallstreifen mit einer Beschichtung, die fernes Infrarot abstrahlen kann. Der Metallstreifen inklusive der Beschichtung ist indirekt über einen Infrarotstrah ler mit einem Quarzglashüllrohr und einer Heizwendel beheizt. Die vom Infrarotstrahler abgestrahlte Wellenlänge wird über den Metallstreifen samt Beschichtung verändert.
  • JP 60134126 A offenbart einen Infrarotstrahler für fernes Infrarot, bei welchem eine Metallplatte mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Polymer auf Siliziumbasis mit zusätzlichen Metalloxiden, die unter anderem Seltenerdoxide enthalten, aufweist.
  • US 5,630,974 offenbart einen Infrarot-Emitter aus einem Kompositmaterial, welches Trägerfasern aus Siliziumoxid, Platin, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Nextel 440 oder anderen Keramiken aufweist. Zwischen den Trägerfasern sind Fasern von Seltenerdoxiden wie Holmium-, Erbium- oder Ytterbium-Oxid eingelagert.
  • Die Veröffentlichung „Thermovoltaik: Strom aus Wärmestrahlung", Elektronik 512000, E.-K. Aschmoneit, Seiten 22 – 24, offenbart eine Brennerplatte, die mit weißglühenden Yb2O3-Nädelchen bedeckt ist, aus welcher Flammen züngeln. In Bild 1 ist dabei die Infrarot-Ausstrahlung von Ytterbium-, Erbium- und Holmium-Oxid gezeigt.
  • Weiterhin beschreibt DE 824 976 B einen Infrarotstrahler, bei dem nicht das elektrisch leitende Material, sondern eine Hülle oberflächlich mit einer selektiv strahlenden Schicht überzogen ist, um die abgestrahlte Wellenlänge auf den jeweiligen Anwendungsfall einzustellen.
    •
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Heizelement für einen Infrarotstrahler beziehungsweise einen Infrarotstrahler bereitzustellen, dessen abgestrahlte Wellenlänge auf den jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden kann.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Beschichtung auf dem Grundkörper eines elektrisch leitenden Heizleiters aus mindestens einem Oxid mindestens eines Metalles aus der Gruppe der Lanthaniden gebildet ist. Eine derartige Beschichtung ermöglicht es, das Emissionsspektrum des Grundkörpers, das dieser in unbeschichteter Form bei direkter elektrischer Beheizung aufweist, zu verändern und durch eine geeignete Auswahl der Materialien für die Beschichtung an die jeweiligen Anforderungen anzupassen.
  • Dabei hat es sich bewährt, wenn das Oxid zumindest teilweise in den Grundkörper eindiffundiert ist.
  • Der Grundkörper ist Idealerweise aus einem Metall, einer Metall-Legierung oder einem Kohlenstoffmaterial gebildet. Besonders sind dabei Wolfram oder ein Carbonfasern aufweisendes Carbonband geeignet.
  • Es hat sich bewährt, wenn die Beschichtung aus Er2O3 und/oder Yb2O3 und/oder Ho2O3 und/oder Nd2O3 gebildet ist.
  • Der Grundkörper kann jede erdenkliche Form annehmen. Besonders bevorzugt ist dabei allerdings, wenn der Grundkörper als Wendel ausgestaltet ist.
  • Für einen Infrarotstrahler wird das elektrische Heizelement gasdicht in einem Schutzrohr aus Kieselglas angeordnet Das Schutzrohr ist dabei vorzugsweise mit mindestens einem Edelgas befüllt oder evakuiert.
  • Die Verwendung eines derartigen Infrarotstrahlers zur Druckfarbentrocknung und/oder -härtung oder zur Umformung von Kunststoffen ist ideal.
  • Nachfolgend wird die Herstellung von erfindungsgemäßen elektrischen Heizelements beispielhaft erläutert. Zur Beschichtung des Grundkörpers eignet sich beispielsweise ein Sol-Gel-Prozess, ein Aufsintern oder auch Aufdampfen hervorragend.
  • Beispiel 1:
  • Ein vorcarbonisiertes Carbonband aus Carbonfasern wird mit Oxiden aus der Gruppe der Lanthaniden bedampft und carbonisiert. Geeignete Carbonbänder können beispielsweise der DE 198 39 547 A1 entnommen werden.
  • Beispiel 2:
  • Eine Wolfram Wendel wird mittels eines Sol-Gel-Prozesses mit Oxiden aus der Gruppe der Lanthaniden beschichtet und die Beschichtung zumindest teilweise unter Wärmebehandlung in die Oberfläche der Wolfram-Wendel eindiffundiert.
    •
  • Die 1 und 2 zeigen beispielhaft einen erfindungsgemäßen Infrarotstrahler mit elektrischem Heizelement. Dabei zeigt
  • 1 einen Infrarotstrahler mit einem Heizleiter aus Carbonband
  • 2 einen Infrarotstrahler mit einem Heizleiter aus einer Wolfram-Wendel.
  • 1 zeigt den Infrarotstrahler 1, der ein elektrisches Heizelement 2 in Form eines langgestreckten Carbonbandes 2a in einem Schutzrohr 3 aus Kieselglas aufweist. Das Carbonband 2a weist dabei eine Beschichtung 2b aus Er2O3 auf und ist an seinen beiden Enden mittels Strom durchführungen 4a, 4b elektrisch kontaktiert. Die Stromdurchführungen 4a, 4b sind hier aus Molybdändraht und Molybdänfolie gebildet, wobei die Molybdänfolie wie üblich in das Kieselglas des Schutzrohres eingequetscht ist und ein gasdichter Abschluss des Heizelementes 2 im Schutzrohr 3 erzeugt wird.
  • 2 zeigt den Infrarotstrahler 1, der ein elektrisches Heizelement 2 in Form eines gewendelten Wolframdrahtes 2a in einem Schutzrohr 3 aus Kieselglas aufweist. Der Wolframdrahr 2a weist dabei eine Beschichtung 2b aus Yb2O3 auf und ist an seinen beiden Enden mittels Stromdurchführungen 4a, 4b elektrisch kontaktiert. Die Stromdurchführungen 4a, 4b sind hier aus Molybdändraht und Molybdänfolie gebildet, wobei die Molybdänfolie wie üblich in das Kieselglas des Schutzrohres 3 eingequetscht ist und ein gasdichter Abschluss des Heizelementes 2 im Schutzrohr 3 erzeugt wird.
  • Weitere mögliche Ausgestaltungen ergeben sich für den Fachmann in einfacher Weise.

Claims (10)

  1. Elektrisches Heizelement für einen Infrarotstrahler, das einen Grundkörper aus einem elektrisch leitenden Heizleiter aufweist, wobei der Grundkörper an seiner Oberfläche zumindest teilweise eine keramische Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus mindestens einem Oxid mindestens eines Metalles aus der Gruppe der Lanthaniden gebildet ist.
  2. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxid zumindest teilweise in den Grundkörper eindiffundiert ist.
  3. Elektrisches Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem Metall, einer Metall-Legierung oder einem Kohlenstoffmaterial gebildet ist.
  4. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus Wolfram gebildet ist.
  5. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem Carbonfasern aufweisenden Carbonband gebildet ist.
  6. Elektrisches Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Er2O3 und/oder Yb2O3 und/oder Ho2O3 und/oder Nd2O3 gebildet ist.
  7. Elektrisches Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper als Wendel ausgestaltet ist.
  8. Infrarotstrahler mit einem elektrischen Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement gasdicht in einem Schutzrohr aus Kieselglas angeordnet ist.
  9. Infrarotstrahler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr mit mindestens einem Edelgas befüllt oder evakuiert ist.
  10. Verwendung eines Infrarotstrahlers nach einem der Ansprüche 8 bis 9 zur Druckfarbentrocknung und/oder – härtung oder zur Umformung von Kunststoffen.
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