DE19841674B4 - Elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler - Google Patents
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Abstract
Elektrisch
betreibbarer, flächiger
Infrarotstrahler (1), mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Strahlungskörper (2)
aus keramischem Material, der eine Wendelplatte (3), einen darin
eingebetteten 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) einerseits
und der Strahlerrücken (4)
andererseits als zunächst
separate Formteile miteinander dauerhaft verbunden sind, dass die
Wendelplatte (3) des Infrarotstrahlers (1) aus schwarz eingefärbtem keramischem
Material besteht oder zumindest auf ihrer die Strahlungsfläche (7)
bildenden Oberfläche
mit einer schwarzen Glasur (8) beschichtet ist, und dass der Strahlerrücken (4) auf
seiner nach rückwärts gekehrten
Oberfläche
mit einer Metallschicht (10) versehen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren, flächigen Infrarotstrahler, mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Strahlungskörper 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 hergestellt 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 ausgebildeten Strahlungskörper aus keramischem Material. Es ist eine Wendelplatte vorgesehen, die die Vorderseite des Strahlers darstellt 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 umschlossener 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 Oberflächentemperatur 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 Rückseite 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 Strahlungseigenschaften dieser keramischen Infrarotstrahler blieben jedoch unverändert, d. h. sie wurden selbst nicht verbessert. - Aus der
DE 196 15 243 C1 ist ein elektrisch betreibbarer, stabförmiger Infrarotstrahler bekannt, der ein Trägerrohr aus keramischer Masse aufweist, auf dem eine Heizwendel aufgewickelt ist. Die Heizwendel ist von einer Überzugsschicht aus keramischer Masse abgedeckt und gehalten. Die Heizwendel besteht aus einem hochschmelzenden, unedlen Metall. Die Überzugsschicht besteht aus einer glasig-kristallinen Schmelze des Dreistoffsystems Al2O3-SiO2-CaO. Die Überzugsschicht umschließt die Heizwendel auf ihrer gesamten Länge vollständig und gasdicht. Ein solcher stabförmiger keramischer Infrarotstrahler 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 Strahlungsleistungen 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. - Aus "Effekte der Physik und ihre Anwendungen", VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1988, ist bezüglich der Anwendung der Emission von Wärmestrahlung darauf hingewiesen, dass Körper, die gut emittieren sollen, an den Oberflächen geschwärzt – schwarzer Körper – werden, während umgekehrt Körper, die keine Wärme abstrahlen sollen, blanke Oberflächen erhalten.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flächigen Infrarotstrahler 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 (
3 ) einerseits und der Strahlerrücken (4 ) andererseits als zunächst separat (e) (–) Formteile miteinander dauerhaft verbunden sind, dass die Wendelplatte (3 ) des Infrarotstrahlers (1 ) aus schwarz eingefärbtem keramischem Material besteht oder zumindest auf ihrer die Strahlungsfläche (7 ) bildenden Oberfläche mit einer schwarzen Glasur (8 ) beschichtet ist, und dass der Strahlerrücken (4 ) auf seiner nach rückwärts gekehrten Oberfläche mit einer Metallschicht versehen ist. - Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Emissionseigenschaften 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 gleichbleibender Oberflächentemperatur die installierbare Leistung erheblich zu erhöhen. Während die Verbesserung der Strahlungseigenschaften auf der Vorderseite des Strahlers erstrebenswert ist, gilt für die Rückseite des Strahlers das Gegenteil: Die Abstrahlung sollte hier minimal sein. Dies wird dadurch erreicht, dass der Strahlerrücken auf seiner äußeren Oberfläche eine Metallschicht trägt, die ein signifikantes Reflexionsvermögen aufweist. Durch diese reflektierende Metallschicht sinkt die Abstrahlung des Strahlers im Bereich des Strahlerrückens auf weniger als 10 % gegenüber der schwarzen Schicht auf der Vorderseite des Strahlers.
- Der neue Infrarotstrahler weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch den beschriebenen Aufbau erhält er einen sehr hohen Strahlungswirkungsgrad. 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 Flächenleistungsdichte 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 Flächenleistungsdichte von etwa 60 auf etwa 100 kW/m2 ist ein überraschendes Ergebnis und ein unerwarteter Vorteil seines zielgerichteten Aufbaus. Die Verwendung von wärmeisolierendem Material im Hohlraum zwischen Wendelplatte und Strahlerrücken gestattet es, die Metallschicht auf der Rückseite des Strahlerrückens anzubringen, die auch bei Glüh- bzw. Betriebstemperatur des Strahlers beständig 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. Besonders günstig sind dabei diese Edelmetalle wegen ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit. Aufgrund seiner guten Verarbeitbarkeit und Beständigkeit bei hohen Temperaturen erfüllt Gold als Edelmetall die Forderung niedriger Abstrahlung am besten. Es gewährleistet auch, da 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 Strahlerrücken etwa der Dicke der Wendelplatte entspricht. Damit entsteht 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 Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf die Vorderseite eines Infrarotstrahlers, und -
2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in1 . - In den Figuren ist ein Infrarotstrahler
1 dargestellt, der im Wesentlichen aus keramischem Material besteht. Wie2 erkennen läßt, weist der Infrarotstrahler1 einen Strahlungskörper2 auf. Der Strahlungskörper2 ist aus einer Wendelplatte3 und einem Strahlerrücken4 zusammengesetzt. Sowohl bei der Wendelplatte3 wie auch dem Strahlerrücken4 handelt es sich um Formteile aus keramischem Material, die zunächst getrennt hergestellt und innerhalb des Zusammenbaus des Infrarotstrahlers dauerhaft miteinander verbunden werden. Die Wendelplatte3 und der Strahlerrücken4 sind als dünnwandige Formteile ausgebildet. In die Wendelplatte3 ist ein wendelförmiger Widerstandsdraht5 eingebettet und mäanderförmig angeordnet. Der Verlauf des Widerstandsdrahtes5 ist insbesondere aus1 erkennbar. Die Wendelplatte3 ist an den Stellen, an denen sich der Widerstandsdraht5 befindet, sowie in dem umlaufenden Randbereich mit Rippen6 versehen, um einerseits die Dicke der Wendelplatte3 möglichst dünn zu halten und andererseits den Widerstandsdraht5 vollständig einzubetten. Durch die verrippte Ausbildung der Wendelplatte3 wird auch schließlich deren Oberfläche vergrößert. Die Wendelplatte3 bildet mit ihrer dem zu bestrahlenden Gut zugekehrten Vorderseite eine Strahlungsfläche7 . - 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 Wendelplatte3 schichtweise aufzubauen und nur die Oberflächenschicht, die die Strahlungsfläche7 bildet aus einem solchen schwarz eingefärbten Material herzustellen. Eine dritte Möglichkeit besteht schließlich darin, eine schwarze Glasur8 auf die freie Oberfläche der Wendelplatte3 aufzubringen, die dann die Strahlungsfläche7 bildet. - Der Strahlerrücken
4 ist ebenfalls als Formteil aus keramischen Material ausgebildet. Der Strahlerrücken4 weist auf seiner nach rückwärts gekehrten Oberfläche des Infrarotstrahlers eine Glasur9 und darauf eine Metallschicht10 auf. Die Metallschicht10 besteht aus metallisch-blankem Metall, insbesondere Gold, Platin oder einem anderen Edelmetall. Die Metallschicht10 sorgt dafür, dass der Strahlerrücken4 nur einen geringen Bruchteil der entwickelten Wärme nach hinten abstrahlt. - Sowohl die Wendelplatte
3 wie auch der Strahlerrücken4 sind im Wesentlichen eben und plattenförmig ausgebildet. Sie sind in ihren Randbereichen miteinander dauerhaft verbunden, wobei sie einen Hohlraum11 umschließen, der mit wärmeisolierendem Material12 ausgefüllt ist. Dabei kann es sich um einen Wärmedämmstoff auf Faserbasis handeln. - Auf der Rückseite des Strahlerrückens
4 ist schließlich noch ein Sockel13 angeordnet bzw. befestigt, durch den die Anschlußlitzen14 des Widerstandsdrahtes5 hindurch in den Hohlraum11 geführt sind. - Der auf diese Weise aufgebaute Infrarotstrahler
1 sendet im Betrieb ca. 98 % der Gesamtstrahlung über seine Strahlungsfläche7 nach vorn aus, während er über die Metallschicht10 auf der Rückseite des Strahlerrückens4 nur ca. 2 % nach hinten abgibt. - Der Infrarotstrahler
1 besitzt mit seiner schwarzen Strahlungsfläche7 und seiner blanken Metallschicht10 , die im Verbindungsbereich zwischen Wendelplatte3 und Strahlerrücken4 direkt aneinander stoßen können, auch ein gefälliges und charakteristisches Aussehen. Es wird eine flache gedrungene Bauweise erzielt.1 verdeutlicht einen etwa quadratischen Querschnitt. Der flächige Infrarotstrahler1 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)
- Elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler (
1 ), mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Strahlungskörper (2 ) aus keramischem Material, der eine Wendelplatte (3 ), einen darin eingebetteten 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 ) einerseits und der Strahlerrücken (4 ) andererseits als zunächst separate Formteile miteinander dauerhaft verbunden sind, dass die Wendelplatte (3 ) des Infrarotstrahlers (1 ) aus schwarz eingefärbtem keramischem Material besteht oder zumindest auf ihrer die Strahlungsfläche (7 ) bildenden Oberfläche mit einer schwarzen Glasur (8 ) beschichtet ist, und dass der Strahlerrücken (4 ) auf seiner nach rückwärts gekehrten Oberfläche mit einer Metallschicht (10 ) versehen ist. - Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlerrücken (
4 ) auf seiner nach rückwärts gekehrten Oberfläche eine Glasur (9 ) aufweist, auf der die Metallschicht (10 ) angeordnet ist. - Infrarotstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (
10 ) aus Gold, Platin oder einem anderen Edelmetall besteht. - Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsfläche (
7 ) der Wendelplatte (3 ) entsprechend der Anordnung des Widerstandsdrahtes (5 ) verrippt ausgebildet ist. - Infrarotstrahler nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlerrücken (
4 ) im Wesentlichen eben ausgebildet ist. - Infrarotstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Hohlraums (
11 ) zwischen Wendelplatte (3 ) und Strahlerrücken (4 ) etwa der Dicke der Wendelplatte (3 ) entspricht. - 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. - Infrarotstrahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalloxid Co-, Cr-, Fe- oder Mn-Oxid Verwendung findet.
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- 1998-09-11 DE DE1998141674 patent/DE19841674B4/de not_active Expired - Fee Related
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Von ARDENNEN,M., MUSIOL,G., REBALL,S.: Effekte der Physik und ihre Anwendung. Berlin: VEB Verlag der Wissenschaften, 1988, S.696-697 |
Von ARDENNEN,M., MUSIOL,G., REBALL,S.: Effekte derPhysik und ihre Anwendung. Berlin: VEB Verlag der Wissenschaften, 1988, S.696-697 * |
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