DE2407619C3 - Sandwichartiger Infrarotemitter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen sandwicharligen Infrarotemitter mit einem drahtartigen, zwischen zwei isolierenden Platten in Windungen verlegten Heizelement, das mittels einer mittleren, mit den Platten verbundenen isolierenden Schicht festgelegt ist.

Sandwichartige Infrarotemitter dieser Art werden üblicherweise zu Emitteranordnungen zusammengefaßt, wie sie in der US-PS 34 93 724 beschrieben sind und welche Stützrahmen sowie verschiedene Netzwerkkomponenten zur Erzielung einer bestimmten Strahlriciitung aufweisen. Emitteranordnungen der vorstehend beschriebenen Art werden in der Industrie für eine Vielzahl von Anwendungszwecken verwendet, beispielsweise zum Rösten, Härten, Plastifizieren, Ummanteln mit Schrumpffolie oder dergleichen. Die beiden isolierenden Platten jedes sandwichartigen Infrarolemitters der gattungsgemäßen Art bestehen aus hitzebeständigem Material, beispielsweise aus Keramikfasern, die insbesondre aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid hergestellt sein können, wobei zusätzlich in den Fasern noch bestimmte Modifikatoren vorgesehen sind. Für die Platten können auch andere mineralische Fasern mit einem Schmelzpunkt oberhalb der Arbeitstemperatur des Heizelementes verwendet werden. Wichtig ist, so daß das Material der isolierenden Platten auch bei wiederholtem Kühlen und Aufheizen bruchbeständig ist und gute elektrisch isolierende Eigenschaften sowie einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist. Schließlich ist noch wichtig, daß das Material, aus dem die beiden isolierenden Platten bestehen, eine hinreichende Wärmeleitfähigkeit besitzt, um nämlich Wärme von einer Fläche des sandwichartigen Infrarotemitters auf die entgegengesetzte Fläche der Platte übertragen zu können. e>o

Bei dem bekannten sandwichartigen Infrarotemitter, bei dem die mittlere, mit den Platten verbundene isolierende Schicht sich im wesentlichen über die gesamte Plattenfläche erstreckt, hat es sich als ungünstig herausgestellt, daß nicht nur die Herstellung h5 des Infrarotemitters wegen der großen, für die isolierende Schicht erforderlichen Materialmenge relativ unwirtschaftlich ist, sondern daß insbesondere die Tatsache, daß das Heizelement über seine gesamte Fläche mit den beiden isolierenden Platten verbunden ist, im Betrieb zu starken mechanischen Beanspruchungen des Heizelementes führt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Heizelement sich nicht frei gegenüber den benachbarten isolierenden Platten ausdehnen und zusammenziehen kann, wie es bei den wechselnden thermischen Beanspruchungen an sich wünschenswert wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen sandwichanfigen Infrarotemitter der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem das Heizelement sich im wesentlichen frei gegenüber den benachbarten isolierenden Platten ausdehnen und zusammenziehen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mittlere, isolierende Schicht als in der Längsachse der Windungen des Heizelementes verlaufendes Band ausgeführt ist, das die äußeren Bereiche der Windungen des Heizelementes frei läßt

Bei dem sandwichartigen Infrarotemitter nach der Erfindung steht zwar das Heizelement ebenso wie beim Stand der Technik mit den benachbarten isolierenden Platten in fester Verbindung, jedoch nur in einer begrenzten, sich quer über das Heizelement erstreckenden Zone, so daß der größere Abschnitt des Heizelementes sich im wesentlichen frei ausdehnen und zusammenzieher kann. Die äußeren Bereiche der Windungen des Heizelementes, die durch die als Band ausgeführte mittlere isolierende Schicht freigelassen sind, stehen unmittelbar mit den beiden isolierenden Platten in Kontakt, woraus ein im Verhältnis zu den bekannten sandwichartigen Infrarotemittern verbesserter Emissionsfaktor resultiert, der wiederum höhere Arbeitstemperatuten gestattet, als dies bei den bisher bekannten sandwichartigen Infrarotemittern der gattungsgemäßen Art möglich war.

Bei dem Infrarotemitter nach der Erfindung dient als Wärmequelle naturgemäß ausschließlich das in Windungen verlegte Heizelement, welches durch die als schmale? Band ausgebildete mittlere isolierende Schicht in der richtigen Betriebsslellung zwischen den beiden isolierenden Platten gehalten wird. Die Vorteile des sandwichartigen Infrarotemitters nach der Erfindung liegen darin, daß die Emittertafel wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann als die bisher bekannten Emitterlafeln, bei denen das Heizelement über die gesamte Fläche mit den beiden isolierenden Platten durch die mittlere isolierende Schich* verbunden ist. Außerdem lassen sich Heizelemente aus einem Widerstandsmaterial mit größerem Kontraktions· und Expansionskoeffizienten verwenden, als dies bisher bei derartigen sandwichartigen Infrarotemittern möglich wa;\ Der erfindungsgemäße sandwichartige Infrarotemitter, im folgenden kurz als »Emitlertafel« bezeichnet, ist infolge des geringen Materialbedarfes der als Band ausgebildeten mittleren isolierenden Schicht extrem leicht, so daß er wesentlich schneller auf Betriebstemperatur gebracht werden kann als die bekannten Emittertafeln. Dadurch, daß die mittlere, isolierende Schicht nur als schmales Band in der oben angegebenen Weise ausgeführt ist, beeinträchtigt sie die Gesamtflexibilität der Mitteltafel nicht, wodurch diese eine hohe Stoßfestigkeit aufweist. Hierdurch wird wiederum die Lebensdauer der Emittertafel beträchtlich verlängert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die als Band ausgeführte isolierende Schicht durch eine Leimschicht mit den

isolierenden Platten verbunden ist Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Länge der als Band ausgeführten isolierenden Schicht der Breite der beiden isolierenden Platten entspricht

Nachfolgend wird ein Ausführungsheispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 in Explosionsdarstellung einen erfindungsgemäßen sandwichartigen Infrarotemitter, F i g. 2 den Infrarotemitter in der Vorderansicht, F i g. 3 eine Seitenansicht des Infrarotemitters, F i g. 4 eine Rückansicht des Infrarotemitters, Fig.5 einen horizontalen Querschnitt entlang der Linie 5-5 von F i g. 4,

Fig. 6 den sanc'wichartigen Infrarotemitter in der Rückansicht, wobei ein Teil der liickwärtigen isolierenden Platte und der Deckblätter weggebrochen ist, und

Fig.7 einen vertikalen Schnitt entlang der Linie 7-7 von F i g. 4.

In der Zeichnung ist ein sandwichartiger, im ganzen mit »A« bezeichneter Infrarotemitter nach der Erfindung — im folgenden kurz als Emittertafel bezeichnet — gezeigt, der zwei Platten 1, 2 aus isolierendem, hoehtemperaturbeständigem Material aufweist. Zwischen den Platten I₁2, deren Dicke vorzugsweise bis zu 0,3 cm beträgt, ist sandwichartig ein Heizelement 3 angeordnet, welches vorzugsweise aus einem einzigen Stück elektrischen Widerstandsdrahtes besteht, beispielsweise aus einer Legierung aus 60% Nickel, 24% Eisen, 16% Chrom und 0,1% Kohlenstoff. Der Widerstandsdraht ist im wesentlichen Zickzack- oder schlangenförmig, also serpentinenartig angeordnet, wobei das entstehende Muster im wesentlichen die gesamte Fläche der Platten 1, 2 einnimmt, jedoch verständlicherweise auch geringfügig kleiner sein kann. Der Draht des Heizelementes 3 kann rund oder auch flach ausgebildet sein. Der Querschnitt des Drahtes ist so gewählt, daß er mit der aufzunehmenden Heizleistung verträglich ist.

Jeder Endabschnitt 4, 5 des Heizelementes 3 weist einen vergrößerten Querschnitt auf, bewirkt beispielsweise durch eine doppelte Verdrillung der Endabschnitte, so daß die Endabschnitte sich bei der Strombeaufschlagung des Heizelementes 3 unter der Einwirkung der erzeugten Wärme nur wenig ausdehnen. Hierdurch wird die Bruchgefahr der Emittertafel A infolge thermischer Beanspruchung reduziert. Die Endabschnitte 4, 5 sind dabei durch öffnungen der Emittertafel A herausgeführt und an eine elektrische Stiomquelle angeschlossen.

Das Heizelement 3 wird mittels eines verhältnismäßig schmalen Bandes 6, dessen Breite zwischen etwa 5 und 7,8 cm liegt und dessen Länge der Breite der Platten 1, 2 entspricht, in seiner Stellung zwischen den Platten I₁ 2 gehalten. Das Band 6 deckt dabei die volle Breite des Heizelementes 3 ab. Das Band 6 ist aus einer Aufschlämmung von feinem Blähton und kolloidalem Siliziumoxid zusammen mit Keramikfasern hergestellt. Das kolloidale Siliziumoxid wirkt als Binder, wobei sich auch andere geeignete hochtemperatjrbeständige Bin- ho der verwenden lassen, beispielsweise saures Aluminiumphosphat. Das Band 6 wird n ί urm einer Paste oder einer Aufschlämmung aufgebracht und durch die bei der Strombeaufschlagung des Heizelementes 3 erzeugte Wärme verfestigt oder getrocknet. Wie bereits im iv> Hinblick auf die Platten 1,2 ausgeführt wurde, kann das Band 6 aus feinem Blähton, Kaolin oder ähnlichem bestehen. Wahrend das Heizelement 3 so angeordnet ist, daß es an der normalerweise innen liegenden Fläche der Platte 1 anliegt, erstreckt sich das Band 6 quer über die zentrale Zone des Heizelementes 3 und ist starr mit dem mit ihm in Kontakt stehenden Abschnitt des Heizelementes 3 sowie mit dem entsprechenden Abschnitt der Platte 1 verbunden, beispielsweise durch einen Hochtemperaturbinder, wie kolloidales Siliziumoxid, saures Aluminiumphosphat oder dergleichen. Beim Verfestigen des Binders wird nur ein schmaler, zentraler Abschnitt des Heizelementes 3 fest mit der Platte 1 verbunden, so daß der übrige Teil des Heizelementes, nämlich der größere Abschnitt, zusammen mit den schlaufenförmigen Endstücken, wie bei 7 gezeigt, sich frei innerhalb der Platten I₁2 bewegen kann. Die Platte 2 ist an der gegenüberliegenden Fläche des Bandes 6 festgeklebt, wodurch die Sandwichverbindung vervollständigt ist Die vorstehend genannten Abschnitte des Heizelementes 3 sind jedoch auch hier nicht festgelegt. In Übereinstimmung mit der herkömmlichen Praxis können diejenigen Flächen der Platten 1, 2, die zum Heizelement 3 zeigen, mit schwarzer Farbe behandelt sein, um so die Wärmeabsorptions- und Wärmeemissionskapazität der Platten 1,2 zu verbessern.

Es ist zu beachten, daß das Band 6 im Gegensatz zu den bisher zum Festhalten der gewickelten Widerstandsdrähte in ihrer Stellung verwendeten festen keramischen Zusammensetzung flexibel ausgebildet ist. Durch diese Flexibilität ergibt sich eine hohe Stoßfestigkeit, wodurch die Emittertafel A praktisch unzerbrechlich wird. Da das Heizelement 3 auf diese Weise nur in einem sehr kleinen Bereich festgelegt wird, kann es sich in einem bisher unbekannten Ausmaße zusammenziehen und ausdehnen. Diese Eigenschaft ermöglicht eine wesentlich stärkere Wärmebelastung, als dies bisher bei Emittertafeln der gattungsgemäßen Art für möglich gehalten wurde. Umgekehrt läßt sich wegen des verbesserten Wirkungsgrades auch Draht mit verhältnismäßig geringem Druchmesser verwenden.

Die Emittertafel A ist durch ein Deckblatt 8 vervollständigt, das gitterartig ausgeführt ist und aus hochisolierendem Material, beispielsweise aus Glasfasern besteht. Das Deckblatt 8 ist so angeordnet, daß es an der Platte 1 gegenüber derjenigen Fläche anliegt, welche zum Heizelement 3 weist, wobei die Randabschnitte des Deckblattes 8, wie bei 8' gezeigt, überlappend um die vom Heizelement 3 (Fig.4) wegweisende Fläche der Platte 2 gefaltet sind. Das Deckblatt 8 ist leicht ausgebildet und dient dazu, den inneren Sandwich zusammenzuhalten und gleichzeitig die Emittertafel A zu schützen, damit diese bei unsachgemäßer Behandlung nicht beschädigt wird. Ein Binder, der beispielsweise aus einer Mischung von Ton, kolloidalem Siliziumoxid oder saurem Aluminiumphosphat bestehen kann, wird dazu verwendet, das Deckblatt 8 mit den übrigen Komponenten der Emittertafel A zu verbinden. Die Außenfläche des Deckblattes 8 ist schwarz beschichtet, beispielsweise durch eine Mischung von kolloidalem Siliziumoxid und schwarzem Farbstoff in einem geeigneten Träger, wie Wasser. Nach dem Trocknen bilden die Feststoffe eine schwarze Fläche, welche den Wirkungsgrad der Infrarotemission verbessert. Wie bereits weiter oben ausgeführt, erstrecken sich die Endabschnitte 4, 5 des Heizelementes 3 durch öffnungen 9, welche in der Platte 2 sowie in den gefalteten Randabschnitten des Deckblattes 8 vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   J. Sandwichartiger Infrarotemitter mit einem drahtartigen, zwischen zwei isolierenden Platten in Windungen verlegten Heizelement, das mittels einer mittleren, mit den Platten verbundenen isolierenden Schicht festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere, isolierende Schicht als in der Längsachse der Windungen des Heizelementes (3) verlaufendes Band (6) ausgeführt ist, das die äußeren Bereiche der Windungen des Heizelementes frei läßt.
2. 2. Sandwichartiger Infrarotemitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Band (6) ausgeführte isolierende Schicht durch eine Leimschicht mit den isolierenden Platten (1,2) verbunden ist
3. 3. Sandwichartiger Infrarotemitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der als Band (6) ausgeführten isolierenden Schicht der Breite der beiden isolierenden Platten (1, 2) entspricht.