DE19841674A1 - Elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler - Google Patents
Elektrisch betreibbarer, flächiger InfrarotstrahlerInfo
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Abstract
Ein elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler (1) weist einen als Hohlkörper ausgebildeten Strahlungskörper (2) aus keramischem Material auf, der eine Wendelplatte (3), einen darin eingebetteten Widerstandsdraht (5), eine im wesentlichen ebene, im Umriß etwa rechteckig begrenzte Strahlungsfläche (7) und einen Strahlerrücken (4) auf, der mit der Wendelplatte (3) einen Hohlraum (11) umschließt, der mit einem wärmeisolierenden Material (12) ausgefüllt ist. Die Wendelplatte (3) besteht aus schwarz eingefärbtem Material oder ist zumindest auf ihrer die Strahlungsfläche (7) bildenden Oberfläche mit einer schwarzen Glasur (8) beschichtet. Der Strahlerrücken (4) ist mit einer Metallschicht (10) versehen.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren, flächigen
Infrarotstrahler, mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Strah
lungskörper aus keramischem Material, der eine Wendelplatte,
einen darin eingebetteten Widerstandsdraht, eine im wesentlichen
ebene, im Umriß etwa rechteckig begrenzte Strahlungsfläche und
einen Strahlerrücken aufweist, der mit der Wendelplatte einen
Hohlraum umschließt, der mit einem wärmeisolierenden Material
ausgefüllt ist. Solche keramischen Infrarotstrahler werden bei
der Erwärmung technischer Güter eingesetzt. Der zur Beheizung
erforderliche Widerstandsdraht ist in Form einer Wendel in die
keramische Masse eingebettet. Die Einbettung der Wendel schützt
vor äußerer Beschädigung und erlaubt zudem den Betrieb in allen
Lagen. Solche Infrarotstrahler können in beliebiger Form herge
stellt werden. Die zu installierende Leistung richtet sich nach
den zu erwärmenden Materialien und deren Eigenschaften.
Ein Infrarotstrahler der eingangs beschriebenen Art ist aus der
DE 29 19 964 C2 bekannt. Er besitzt einen als Hohlkörper ausge
bildeten Strahlungskörper aus keramischem Material. Es ist eine
Wendelplatte vorgesehen, die die Vorderseite des Strahlers dar
stellt und in eingebauten Zustand dem zu bestrahlenden Gut
zugekehrt ist. In der Wendelplatte ist ein Widerstandsdraht
eingebettet. Die Wendelplatte besitzt eine im wesentlichen
ebene, im Umriß rechteckig begrenzte Strahlungsfläche. Im
Abstand zu der Wendelplatte weist der Strahlungskörper einen
Strahlerrücken mit seitlichen Wänden auf, so daß ein umschlos
sener Hohlraum gebildet wird, der mit einem wärmeisolierenden
Material ganz oder teilweise ausgefüllt ist. Die von der
Strahlungsfläche abgekehrte Seite des Strahlerrückens kann durch
eine die Wärme reflektierende Schicht, insbesondere eine
glänzende Metallfolie, z. B. Aluminiumfolie abgedeckt sein.
Diese Metallfolie ist Bestandteil eines Bettes einer Anlage, in
der mehrere keramische Infrarotstrahler feldweise nebeneinander
angeordnet sind. Jeder eingesetzte Infrarotstrahler wird mit der
rückseitigen Oberfläche seines Strahlerrückens benachbart zu der
Metallfolie des Bettes montiert. Durch diese Ausbildung werden
neben der Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Oberflächen
temperatur der Strahlungsfläche Wärmeverluste, insbesondere in
Richtung Befestigungsfläche und Verdrahtungsraum der Anlage,
verringert. Auf diese Weise wird Energie gespart. Die auf der
Rückseite des Strahlers im Bereich des Bettes eingesetzte
Metallfolie deckt auch die zwischen den Infrarotstrahlern
verbleibenden Spalte ab. Die Metallfolie kann auf ihrer Rück
seite mit einem Wärmedämmstoff belegt sein, den sie durch ihre
eigene Formgebung an Ort und Stelle hält. Durch diese Maßnahme
sind die rückseitigen Wärmeverluste dieser Infrarotstrahler in
der damit besetzten Anlage deutlich gesenkt. Die Strahlungs
eigenschaften dieser keramischen Infrarotstrahler blieben jedoch
unverändert, d. h. sie wurden selbst nicht verbessert.
Aus der DE 196 15 243 C1 ist ein elektrisch betreibbarer, stab
förmiger Infrarotstrahler bekannt, der ein Trägerrohr aus kera
mischer Masse aufweist, auf dem eine Heizwendel aufgewickelt
ist. Die Heizwendel ist von einer Überzugsschicht aus keramisch
er Masse abgedeckt und gehalten. Die Heizwendel besteht aus
einem hochschmelzenden, unedlen Metall. Die Überzugsschicht
besteht aus einer glasig-kristallinen Schmelze des Dreistoff
systems Al2O3-SiO2-CaO. Die Überzugsschicht umschließt die Heiz
wendel auf ihrer gesamten Länge vollständig und gasdicht. Ein
solcher stabförmiger keramischer Intrarotstrahler erreicht beim
Aufheizen seine Betriebstemperatur von ca. 1100°C in einer
Zeitspanne von ca. 30 Sekunden, ohne daß es zu einer Rißbildung
in Folge von Materialspannungen kommt. Der Infrarotstrahler
besitzt vorteilhaft ein kleines Bauvolumen. Mit ihm sind Strah
lungsleistungen bis zu 50 W/cm Glühlänge erzielbar. Die auf der
Strahlungsfläche des Trägerrohres angeordnete Überzugsschicht
kann auf ihrer äußeren Oberfläche schwarz eingefärbt sein. Die
schwarz eingefärbte Überzugsschicht kann einen etwa 5 bis
10%igen Zusatz eines Farbkörpergemisches aus z. B. Eisen-,
Kobalt- und Manganoxid aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flächigen Infra
rotstrahler der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, der
ein hohe Flächenleistungsdichte aufweist. Unter einer hohen
Flächenleistungsdichte wird eine solche verstanden, die im
Bereich von 80 bis 100 kW/m2 liegt.
Erfindungsgemäß wird dies bei dem Infrarotstrahler der eingangs
beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Wendelplatte aus
schwarz eingefärbtem Material besteht oder zumindest auf ihrer
die Strahlungsfläche bildenden Oberfläche mit einer schwarzen
Glasur beschichtet ist, und daß der Strahlerrücken mit einer
Metallschicht versehen ist.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Emissionseigen
schaften des Strahlers auf der Strahlungsfläche zu verbessern
und gleichzeitig die Abstrahlung im Bereich des Strahlerrückens
zu minimieren. Hierzu kann die Wendelplatte ganz oder teilweise,
d. h. in einer ihre Oberfläche bildenden Schicht, aus schwarz
eingefärbtem Material bestehen. Zumindest muß aber die die
Strahlungsfläche bildende Oberfläche der Wendelplatte aus einem
solch schwarz eingefärbten Material bestehen oder mit einer
schwarzen Glasur beschichtet sein. Schwarz beschreibt hierbei
das Abstrahlungsverhalten im Vergleich zum idealen schwarzen
Strahler. Die optische Erscheinung kann dabei durchaus von der
Farbe schwarz abweichen, z. B. dunkelblau, grünlich oder auch
glänzend sein. Durch diese Angleichung an den idealen schwarzen
Strahler wird die Oberflächentemperatur der Strahlungsfläche der
Wendelplatte bei gleich bleibender Leistung deutlich gesenkt.
Hieraus ergibt sich umgekehrt die Möglichkeit, bei gleichblei
bender Oberflächentemperatur die installierbare Leistung erheb
lich zu erhöhen. Während die Verbesserung der Strahlungseigen
schaften auf der Vorderseite des Strahlers erstrebenswert ist,
gilt für die Rückseite des Strahlers das Gegenteil: Die Abstrah
lung sollte hier minimal sein. Dies wird dadurch erreicht, daß
der Strahlerrücken auf seiner äußeren Oberfläche eine Metall
schicht trägt, die ein signifikantes Reflexionsvermögen auf
weist. Durch diese reflektierende Metallschicht sinkt die Ab
strahlung des Strahlers im Bereich des Strahlerrückens auf we
niger als 10% gegenüber der schwarzen Schicht auf der Vorder
seite des Strahlers.
Der neue Infrarotstrahler weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Durch den beschriebenen Aufbau erhält er einen sehr hohen Strah
lungswirkungsgrad. Ca. 98% der Gesamtstrahlung wird nach vorn
und nur ca. 2% nach hinten abgegeben, während bisher im Stand
der Technik eine Aufteilung von 85% nach vorn und 15% nach
hinten bereits als günstig angesehen wurde. Der neue Strahler
besitzt auch eine vergleichsweise kürzere Aufheizzeit. Die Auf
heizfunktion hat eine Zeitkonstante von etwa 1,2 min. (63% vom
Endwert). Weiterhin ist vorteilhaft, daß trotz hoher Flächen
leistungsdichte die Oberflächentemperatur des Infrarotstrahlers
nur bei etwa 900°C liegt, also vergleichsweise niedriger als
bei dem beschriebenen stabförmigen Infrarotstrahler. Die mit dem
neuen Infrarotstrahler erzielbare Steigerung der Flächenlei
stungsdichte von etwa 60 auf etwa 100 kW/m2 ist ein überraschen
des Ergebnis und ein unerwarteter Vorteil seines zielgerichteten
Aufbaus. Die Verwendung von wärmeisolierendem Material im Hohl
raum zwischen Wendelplatte und Strahlerrücken gestattet es, die
Metallschicht auf der Rückseite des Strahlerrückens anzubringen,
die auch bei Glüh- bzw. Betriebstemperatur des Strahlers bestän
dig ist und bleibt.
Der Strahlerrücken sollte eine Glasur aufweisen, auf der die
Metallschicht angeordnet ist. Die Glasurschicht umhüllt damit
nicht nur das keramische Material des Strahlers im Bereich des
Strahlerrückens, sondern bildet gleichzeitig eine Haftschicht
für die Aufbringung der Metallschicht. Die Metallschicht kann
aus Gold, Platin oder einem anderen Edelmetall bestehen. Beson
ders günstig sind dabei diese Edelmetalle wegen ihrer hohen
elektrischen Leitfähigkeit. Aufgrund seiner guten Verarbeitbar
keit und Beständigkeit bei hohen Temperaturen erfüllt Gold als
Edelmetall die Forderung niedriger Abstrahlung am besten. Es
gewährleistet auch, daß seine Oberfläche auch bei höheren
Temperaturen blank bleibt und nicht oxidiert.
Es ist vorteilhaft, wenn die Strahlungsfläche der Wendelplatte
entsprechend der Anordnung des Widerstandsdrahtes verrippt
ausgebildet ist. Dies trägt zur Vergrößerung der Oberfläche, zur
Reduzierung der Oberflächentemperatur und damit letztlich zu
einer Erhöhung der Lebensdauer bei.
Der Strahlerrücken sollte vorteilhaft im wesentlichen eben
ausgebildet und mit der Wendelplatte dauerhaft verbunden sein.
Die Dimensionierung und Ausgestaltung kann so getroffen sein,
daß die Höhe des Hohlraums zwischen Wendelplatte und Strahler
rücken etwa der Dicke der Wendelplatte entspricht. Damit ent
steht ein flacher Infrarotstrahler, der nicht nur optimierte
technische Eigenschaften aufweist, sondern darüber hinaus noch
ein gefälliges Aussehen besitzt.
Das schwarz eingefärbte Material der Wendelplatte oder die die
Strahlungsfläche bildende schwarze Glasur kann Anteile von einem
oder mehreren Metalloxiden aufweisen. Als Metalloxid kann Co-,
Cr-, Fe- oder Mn-Oxid Verwendung finden.
Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbei
spieles weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorderseite eines Infrarot
strahlers, und
Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.
In den Figuren ist ein Infrarotstrahler 1 dargestellt, der im
wesentlichen aus keramischem Material besteht. Wie Fig. 2
erkennen läßt, weist der Infrarotstrahler 1 einen Strahlungs
körper 2 auf. Der Strahlungskörper 2 ist aus Wendelplatte 3 und
einem Strahlerrücken 4 zusammengesetzt. Sowohl bei der Wendel
platte 3 wie auch dem Strahlerrücken 4 handelt es sich um Form
teile aus keramischem Material, die zunächst getrennt herge
stellt und innerhalb des Zusammenbaus des Infrarotstrahlers
dauerhaft miteinander verbunden werden. Die Wendelplatte 3 und
der Strahlerrücken 4 sind als dünnwandige Formteile ausgebildet.
In die Wendelplatte 3 ist ein wendelförmiger Widerstandsdraht 5
eingebettet und meanderförmig angeordnet. Der Verlauf des
Widerstandsdrahtes 5 ist insbesondere aus Fig. 1 erkennbar. Die
Wendelplatte 3 ist an den Stellen, an denen sich der Wider
standsdraht 5 befindet, sowie in dem umlaufenden Randbereich mit
Rippen 6 versehen, um einerseits die Dicke der Wendelplatte 3
möglichst dünn zu halten und andererseits den Widerstandsdraht
5 vollständig einzubetten. Durch die verrippte Ausbildung der
Wendelplatte 3 wird auch schließlich deren Oberfläche vergrö
ßert. Die Wendelplatte 3 bildet mit ihrer dem zu bestrahlenden
Gut zugekehrten Vorderseite eine Strahlungsfläche 7.
Die Wendelplatte 3 kann insgesamt aus schwarz eingefärbtem
keramischen Material bestehen. Die diesbezügliche Angleichung an
einen schwarzen Strahler kann durch Hinzufügen von Metalloxiden
erreicht werden. Es ist aber auch möglich, die Wendelplatte 3
schichtweise aufzubauen und nur die Oberflächenschicht, die die
Strahlungsfläche 7 bildet aus einem solchen schwarz eingefärbten
Material herzustellen. Eine dritte Möglichkeit besteht schließ
lich darin, eine schwarze Glasur 8 auf die freie Oberfläche der
Wendelplatte 3 aufzubringen, die dann die Strahlungsfläche 7
bildet.
Der Strahlerrücken 4 ist ebenfalls als Formteil aus keramischen
Material ausgebildet. Der Strahlerrücken 4 weist auf seiner nach
rückwärts gekehrten Oberfläche des Infrarotstrahlers eine Glasur
9 und darauf eine Metallschicht 10 auf. Die Metallschicht 10 be
steht aus metallisch-blankem Metall, insbesondere Gold, Platin
oder einem anderen Edelmetall. Die Metallschicht 10 sorgt dafür,
daß der Strahlerrücken 4 nur einen geringen Bruchteil der ent
wickelten Wärme nach hinten abstrahlt.
Sowohl die Wendelplatte 3 wie auch der Strahlerrücken 4 sind im
wesentlichen eben und plattenförmig ausgebildet. Sie sind in ih
ren Randbereichen miteinander dauerhaft verbunden, wobei sie ei
nen Hohlraum 11 umschließen, der mit wärmeisolierendem Material
12 ausgefüllt ist. Dabei kann es sich um einen Wärmedämmstoff
auf Faserbasis handeln.
Auf der Rückseite des Strahlerrückens 4 ist schließlich noch ein
Sockel 13 angeordnet bzw. befestigt, durch den die Anschluß
litzen 14 des Widerstandsdrahtes 5 hindurch in den Hohlraum 11
geführt sind.
Der auf diese Weise aufgebaute Infrarotstrahler 1 sendet im
Betrieb ca. 98% der Gesamtstrahlung über seine Strahlungsfläche
7 nach vorn aus, während er über die Metallschicht 10 auf der
Rückseite des Strahlerrückens 4 nur ca. 2% nach hinten abgibt.
Der Infrarotstrahler 1 besitzt mit seiner schwarzen Strahlungs
fläche 7 und seiner blanken Metallschicht 10, die im Verbin
dungsbereich zwischen Wendelplatte 3 und Strahlerrücken 4 direkt
aneinander stoßen können, auch ein gefälliges und charakte
ristisches Aussehen. Es wird eine flache gedrungene Bauweise
erzielt. Fig. 1 verdeutlicht einen etwa quadratischen Quer
schnitt. Der flächige Infrarotstrahler 1 kann aber auch einen
anderen Umriß, beispielsweise einen rechteckigen oder runden
Umriß, aufweisen.
1
Infrarotstrahler
2
Strahlungskörper
3
Wendelplatte
4
Strahlerrücken
5
Widerstandsdraht
6
Rippe
7
Strahlungsfläche
8
schwarze Glasur
9
Glasur
10
Metallschicht
11
Hohlraum
12
wärmeisolierendes Material
13
Sockel
14
Anschlußlitze
Claims (8)
1. Elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler (1), mit
einem als Hohlkörper ausgebildeten Strahlungskörper (2) aus ke
ramischem Material, der eine Wendelplatte (3), einen darin ein
gebetteten Widerstandsdraht (5), eine im wesentlichen ebene, im
Umriß etwa rechteckig begrenzte Strahlungsfläche (7) und einen
Strahlerrücken (4) aufweist, der mit der Wendelplatte (3) einen
Hohlraum (11) umschließt, der mit einem wärmeisolierenden
Material (12) ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wendelplatte (3) aus schwarz eingefärbtem Material besteht oder
zumindest auf ihrer die Strahlungsfläche (7) bildenden Ober
fläche mit einer schwarzen Glasur (8) beschichtet ist, und daß
der Strahlerrücken (4) mit einer Metallschicht (10) versehen
ist.
2. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Strahlerrücken (4) eine Glasur (9) aufweist, auf der die
Metallschicht (10) angeordnet ist.
3. Infrarotstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Metallschicht (10) aus Gold, Platin oder einem
anderen Edelmetall besteht.
4. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlungsfläche (7) der Wendelplatte (3) entsprechend der
Anordnung des Widerstandsdrahtes (5) verrippt ausgebildet ist.
5. Infrarotstrahler nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeich
net, daß der Strahlerrücken (4) im wesentlichen eben ausgebildet
und mit der Wendelplatte (3) dauerhaft verbunden ist.
6. Infrarotstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Höhe des Hohlraums (11) zwischen Wendelplatte (3) und Strah
lerrücken (4) etwa der Dicke der Wendelplatte (3) entspricht.
7. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das schwarz eingefärbte Material der Wendelplatte (3) oder die
die Strahlungsfläche (7) bildende schwarze Glasur (8) Anteile
von einem oder mehreren Metalloxiden aufweist.
8. Infrarotstrahler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
als Metalloxid Co-, Cr-, Fe- oder Mn-Oxid Verwendung findet.
Priority Applications (1)
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DE1998141674 DE19841674B4 (de) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | Elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler |
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