DE19812188C1

DE19812188C1 - Elektrisch betreibbarer, stabförmiger Infrarotstrahler

Info

Publication number: DE19812188C1
Application number: DE1998112188
Authority: DE
Inventors: Steinmetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2018-03-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch betreibbaren, stabförmigen keramischen Infrarotstrahler mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE 196 15 243 C1 ist ein elektrisch betreibbarer, stab förmiger keramischer Infrarotstrahler bekannt, der ein Träger rohr aus keramischer Masse und eine auf das Trägerrohr aufge wickelte Heizwendel aufweist. Das Trägerrohr besteht aus gasdicht gesintertem Al₂O₃. Die Heizwendel besteht aus einem hochschmelzenden, unedlen Metall. Die Heizwendel ist von einer Überzugsschicht aus keramischer Masse abgedeckt und so auf dem Trägerrohr gehalten. Es sind Anschlußdrähte aus einem hoch schmelzenden Edelmetall vorgesehen, die mit der Heizwendel unter der Überzugsschicht elektrisch leitend verbunden sind, über welche die Energiezufuhr zu der Heizwendel erfolgt. Diese Anschlußdrähte können aus Platin oder Platinrhodium bestehen. Die Überzugsschicht kann zumindest auf ihrer äußeren Oberfläche schwarz eingefärbt sein. Damit wird ein stabförmiger langge streckter Infrarotstrahler gebildet, der im wesentlichen aus dem Trägerrohr und der aufgewickelten Heizwendel besteht und so eingesetzt wird. Das Trägerrohr kann in seinen beiden Endbe reichen je einen Sockel aufweisen, durch die die Anschlußdrähte geführt sind. Der Infrarotstrahler läßt aufgrund seines kleinen Durchmessers eine gute Bündelung der Strahlung beim Einbau in parabolische bzw. elipsoide Reflektoren zu. Es ist möglich, ein Reflektorblech mit den Sockeln lösbar zu verbinden und so einen Teil der Strahlung zu reflektieren. Dieser bekannte Infrarot strahler kann innerhalb von ca. 30 sec. seine Betriebstemperatur von ca. 1.100°C erreichen. Es sind Strahlungsleistungen bis zu 50 W/cm Glühlänge erzielbar.

Aus der DE-Z: Elektrizitätsverwertung, 1946/47, Nr. 11/12 ist es bekannt, bei der Reflexion von Infrarotstrahlen Reflektoren ein zusetzen, die mit einem mechanisch oder elektrolytisch aufge brachten Goldbelag versehen sind. Gold, Kupfer und Silber weisen bezüglich der Reflexion die günstigsten Eigenschaften auf.

Aus dem DE-GM 19 78 757 ist ein elektrisch beheizbarer Wärme strahler bekannt, bei dem ein Reflektor aus Quarzgut, beispiels weise in Form einer Rohrhalbschale, mit einem oder mehreren Strahlerelementen verschmolzen ist. Das Strahlerelement kann aus einem Hüllrohr aus durchsichtigem Quarzglas bestehen, in welchem ein Heizleiter, beispielsweise eine Heizwendel, angeordnet ist. Der Reflektor ist konkav gekrümmt und auf der den Hüllrohren abgewandten Seite mit einem Reflexionsbelag aus Gold versehen. Ein solcher Wärmestrahler besitzt eine hohe mechanische Stabilität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stabförmigen keramischen Infrarotstrahler der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der eine besonders hohe Leistungsdichte - etwa bis zu 100 kw/m² - aufweist und geeignet ist, am Bestrahlungsgut Temperaturen bis zu etwa 700°C zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem Infrarotstrahler der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß der Reflektor als Form körper aus keramischem Material ausgebildet und auf seiner dem Trägerrohr mit der Heizwendel zugekehrten Seite goldbeschichtet ist, und daß das Trägerrohr mit der Heizwendel im Bereich der Brennlinie des Reflektors angeordnet ist.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, einen keramischen Infrarotstrahler zu schaffen, der als wesentliches Element einen Heizstab aus einem Trägerrohr mit einer aufgewickelten Heiz wendel aufweist. Der Heizstab besitzt eine langgestreckte Gestalt, wobei die Länge wesentlich größer als der Durchmesser des Trägerrohres bzw. der Heizwendel ist. Die aus einem Wider standsdraht gewickelte Heizwendel wird von einer überzugsschicht auf dem Trägerrohr gehalten und umschlossen, wobei die Überzugs schicht die einzelnen Windungen der Heizwendel auf gegenseitigem Abstand hält und fixiert. Der Reflektor ist als Formkörper aus keramischem Material ausgebildet und hat die Aufgabe, die von dem Heizstab ausgesandte Infrarotstrahlung weitgehend parallel auf das zu erwärmende Gut zu richten.

Der Reflektor weist auf seiner dem Heizstab zugekehrten Seite eine Goldbeschichtung auf. Ziel ist es, hier optimale Refle xionseigenschaften zu schaffen und eine Oxidbildung, wie sie bei Reflektoren aus Metall auftritt, an diesem Bauteil zu vermeiden. Auf der dem Trägerrohr mit der Heizwendel abgewandten Seite befinden sich Befestigungssockel, die den Einbau z. B. in ein Metallblech ermöglichen. Der Infrarotstrahler wird mit Befesti gungsfedern im Metallblech gesichert. Durch die keramischen Befestigungssockel werden die Anschlußleitungen geführt. Jede Anschlußleitung ist mit Isolierperlen und einer Aderendhülse geschützt.

Alle diese Einzelheiten zielen darauf ab, eine möglichst hohe Leistungsdichte und - je nach Abstand zu dem zu bestrahlenden Gut - Gutstemperaturen bis in den Bereich von 700°C zu erzielen. Der so geschaffene neue Infrarotstrahler ist ein Hochleistungsstrahler. Er läßt sich von 20°C in einer Aufheiz zeit unter 1 min. bis auf etwa 1.000°C aufheizen. Er gestattet Dauerbetriebstemperaturen bis zu 1.100°C und besitzt einen Strahlungswirkungsgrad bis zu 80%. Da sowohl das Trägerrohr des Heizstabes wie auch der den Reflektor bildende Formkörper aus keramischem Material bestehen, wird eine Baueinheit geschaffen, die auf hervorragende Weise thermische und mechanische Stabili tät mit optimaler Strahlungsverteilung und ausgeprägter Richt wirkung verbindet. Der neue Infrarotstrahler kann mit Hilfe metallischer Montageprofile auf einfache Weise zu Strahlungs feldern beliebiger Größe zusammengebaut werden.

Der Reflektor ist als Formkörper mit parabolischem Querschnitt ausgebildet. Im Bereich der Brennlinie des Reflektors befindet sich das Trägerrohr mit der Heizwendel.

Die Baueinheit aus Trägerrohr mit Heizwendel und Reflektor weist langgestreckte Gestalt auf. Diese langgestreckte schlanke Ge stalt erbringt die Möglichkeit, mehrere solche Infrarotstrahler hinter- und/oder nebeneinander gruppenweise einzubauen, um damit Strahlungsfelder beliebiger Abmessungen zu realisieren.

Die Heizwendel kann aus einem Widerstandsdraht aus einer Cr-Al- Fe-Legierung bestehen. Der Widerstandsdraht besteht somit aus einer vergleichsweise unedlen Metallegierung. Dies ist aber unerheblich, weil der widerstandsdraht von der Überzugsschicht aus keramischer Masse gegen Oxidation geschützt ist.

Die Überzugsschicht kann aus einer glasig-kristallinen Schmelze des Dreistoffsystems Al₂O₃-SiO₂-CaO bestehen, wobei das Al₂O₃ in einem Anteil von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% vorgesehen ist.

Die Überzugsschicht sollte eine Dicke von etwa 0,1 mm bis 0,8 mm aufweisen. Wichtig ist dabei, daß die Heizwendel mit ihrer gesamten Oberfläche in die Überzugsschicht eingebettet bzw. von dieser umschlossen ist.

Die zur Verbesserung der spektralen Leistungsverteilung schwarz eingefärbte Überzugsschicht weist einen etwa 5%igen bis 30%igen Zusatz eines Farbkörpergemisches aus zum Beispiel Eisenoxid, Kobaltoxid und Manganoxid auf.

Der Reflektor weist Seitenwände auf, in denen das Trägerrohr mit der Heizwendel gelagert ist. Zur Lagerung des Trägerrohres mit der Heizwendel in den Seitenwänden des Reflektors können Befestigungsröhrchen vorgesehen sein, die in das Trägerrohr ein greifen. Die Befestigungsröhrchen können auch die Seitenwände des Reflektors durchsetzen. Zur Kompensation der unterschiedli chen thermischen Ausdehnungen des Trägerrohres und des Reflek tors werden die Befestigungsröhrchen wahlweise im Trägerrohr oder in der Seitenwand des Reflektors mittels eines keramischen Klebers festgelegt. Da das Trägerrohr und die Befestigungs röhrchen offen sind, kann seitlich ein Thermoelement in den Infrarotstrahler eingeführt werden. In Verbindung mit einem Temperaturregler und elektrischen Schaltgliedern ist ein gere gelter Betrieb einzelner oder ganzer Gruppen von derartigen Infrarotstrahlern möglich. Dieses gewährleistet einen optimalen Energieeinsatz bei der Erwärmung und Trocknung von Gütern.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Infrarotstrahler und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Infrarotstrahler.

Der in den Figuren dargestellte Infrarotstrahler weist als wesentliches Element ein Trägerrohr 1 auf, welches aus gesinter tem Al₂O₃ besteht. Auf das Trägerrohr 1 ist eine Heizwendel 2 in einer entsprechenden Anzahl von Windungen aufgewickelt, und zwar so, daß die einzelnen Windungen auf Abstand nebeneinanderliegen. Die Windungen der Heizwendel 2 sind von einer Überzugsschicht 3 aus keramischer Masse umschlossen und gehalten. Die Überzugs schicht 3 ist vorzugsweise schwarz eingefärbt.

Ein weiteres wesentliches Element des stabförmigen Infrarot strahlers ist ein Reflektor 4, der als Formkörper aus kera mischem Material ausgebildet ist. Dieser Formkörper besitzt insbesondere einen parabolischen Querschnitt, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, wobei das Trägerrohr 1 mit seiner Achse in der Brennlinie 5 des parabolischen Querschnittes des Reflektors angeordnet ist. Die dem Trägerrohr 1 mit der Heizwendel 2 zugekehrte Innenseite des Reflektors 4 ist mit einer Goldschicht 6 versehen. Diese dient dazu, optimale Reflexionseigenschaften bereitzustellen. Zur Lagerung des Trägerrohres 1 in dem Reflektor 4 sind Befestigungsröhrchen 7 vorgesehen, also kurze Rohrabschnitte aus keramischem Material, die sowohl einerseits in das hohle Trägerrohr 1 eingreifen und andererseits eine Durchbrechung in der Seitenwandung des Reflektors 4 durchsetzen. Über einen keramischen Kleber 8 ist entweder das Befestigungs röhrchen 7 mit dem Trägerrohr verklebt, oder die Verklebung findet in der Seitenwand des Reflektors 4 statt. Auf diese Weise kann dem unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten des Trägerrohrs 1 und des Reflektors 4 Rechnung getragen werden. Da sowohl das Befestigungsröhrchen 7 wie auch das Trägerrohr 1 hohl ausgebil det sind, besteht die Möglichkeit, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Thermoelement 9 seitlich einzuführen, um damit die Betriebs temperatur des Trägerrohres 1 mit der Heizwendel 2 zu überwachen.

Es sind zwei Befestigungssockel 10 vorgesehen, die den Form körper des Reflektors 4 in den Endbereichen durchsetzen und andererseits die Montage des Infrarotstrahlers relativ zu einem Metallblech 11 gestatten. Für die Befestigung der Befestigungs sockel 10 an dem Metallblech 11 sind Befestigungsfedern 12 vorgesehen, wie dies an sich bekannt ist. Die Befestigungssockel 10 dienen auch zur Durchführung der Anschlußleitungen 13 in den beiden Endbereichen, die mit der Heizwendel Kontakt haben oder direkt aus dem gleichen Material wie die Heizwendel 2 bestehen. Die Anschlußleitungen 13 sind mit Isolierperlen 14 und je einer Aderendhülse 15 geschützt.

Bezugszeichenliste

1

- Trägerrohr

2

- Heizwendel

3

- überzugsschicht

4

- Reflektor

5

- Brennlinie

6

- Goldschicht

7

- Befestigungsröhrchen

8

- Kleber

9

- Thermoelement

10

- Befestigungssockel

11

- Metallblech

12

- Befestigungsfeder

13

- Anschlußleitung

14

- Isolierperle

15

- Aderendhülse

Claims

1. Elektrisch betreibbarer, stabförmiger keramischer Infrarot strahler, mit einem Trägerrohr (1) aus gesintertem Al₂O₃ und eine auf das Trägerrohr (1) aufgewickelte Heizwendel (2) aus einem Widerstandsdraht, die von einer zumindest auf ihrer Oberfläche schwarz eingefärbten Überzugsschicht (3) aus keramischer Masse umschlossen und gehalten ist, und mit einem parabolischen, eine Brennlinie (5) aufweisenden Reflektor (4), dadurch gekennzeich net, daß der Reflektor (4) als Formkörper aus keramischem Material ausgebildet und auf seiner dem Trägerrohr (1) mit der Heizwendel (2) zugekehrten Seite goldbeschichtet ist, und daß das Trägerrohr (1) mit der Heizwendel (2) im Bereich der Brenn linie (5) des Reflektors (4) angeordnet ist.

2. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit aus Trägerrohr (1) mit Heizwendel (2) und Reflek tor (4) langgestreckte Gestalt aufweist.

3. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (2) aus einem Widerstandsdraht aus einer Cr-Al- Fe-Legierung besteht.

4. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (3) aus einer glasig-kristallinen Schmelze des Dreistoffsystems Al₂O₃-SiO₂-CaO besteht, wobei das Al₂O₃ in einem Anteil von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% vorgesehen ist.

5. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überzugsschicht (3) eine Dicke von etwa 0,1 mm bis 0,8 mm aufweist.

6. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwarz eingefärbte Überzugsschicht (3) einen etwa 5%igen bis 30%igen Zusatz eines Farbkörpergemisches aus zum Beispiel Eisenoxid, Kobaltoxid und Manganoxid aufweist.

7. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (4) Seitenwände aufweist, in denen das Trägerrohr (1) mit der Heizwendel (2) gelagert ist.

8. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung des Trägerrohres (1) mit der Heizwendel (2) in den Seitenwänden des Reflektors (4) Befesti gungsröhrchen (7) vorgesehen sind, die in das Trägerrohr (1) eingreifen.