DE2637338A1

DE2637338A1 - Kuehlbares infrarotstrahlerelement

Info

Publication number: DE2637338A1
Application number: DE19762637338
Authority: DE
Inventors: Karl-Juergen Ludwig; Karlfred Philipp
Original assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Priority date: 1976-08-19
Filing date: 1976-08-19
Publication date: 1978-02-23
Also published as: GB1531406A; CH614807A5; JPS5646677B2; SE7709151L; FR2362488B1; DE2637338B2; NL7708983A; FR2362488A1; JPS5324640A; DE2637338C3

Description

Hanau, den 16. Aug. 1976 PA- Dr. Hn/Rö

Patenc- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung Heraeus Quarzschmelze GmbH

"Kühlbares Infrarotstrahlerelement"

Die Erfindung betrifft ein kühlbares Infrarotstrahlerelement aus Quarzglas oder Quarzgut mit einem elektrischen Heizleiter als Strahlungsquelle.

Aus der US-PS 3 240 915 ist ein kühlbarer Infrarotstrahler bekannt. Hierbei ist das den Infrarotstrahler aufnehmende Reflektor teil mit Kühlkanälen versehen. Es wird so zwar eine gute Kühlung des Reflektorteils sichergestellt, jedoch keine oder nur eine geringe Kühlung des Infrarotstrahlers bewirkt.

Aus der DT-OS 1 960 875 sind kühlbare Infrarotstrahlerelemente bekannt. Die Strahlungsquelle, die den elektrischen Heizleiter aufweist, ist konzentrisch von einem Quarzglasrohr umgeben. Zur Kühlung kann durch das Quärzglasrohr ein Kühlmedium hin*- _^_ durchgeleitet werden, wodurch eine Erhitzung des Quarzglasrohres auf über 140⁰C vermieden wird. Das die Strahlungsquelle umgebende Quarzglasrohr kann auch doppelwandig ausgebildet sein so daß das Kühlmedium nur zwischen diesen beiden Rohrwandungen hindurchströmt. .Diese Ausbildung einesInfrarotstrahlers stellt zwar eine gute Kühlung der Strahlungsquelle sicher, was eine höhere elektrische Belastung des Heizleiters erlaubt.Weil jedoch die Strahlung auf ihrem Weg vom Heizleiter zu einem zu bestrahlenden Gegenstand immer den als Filter wirkenden Kühlmediummantel durchsetzen muß, ehe sie auf den Gegenstand gelangt, tritt eine nicht vernachlässigbare Strahlungsschwächung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein in seinem Aufbau einfaches, in kostensparender Weise herstellbares und als Bauteil leicht auswechselbares Infrarotstrahlerelement zu schaffen, das durch intensive Kühlung eine hohe elektrische Belastbarkeit des Heizleiters gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem kühlbaren Infrarotstrahlerelement aus Quarzglas oder Quarzgut mit einem in einem Hüllrohr angeordneten elektrischen Heizleiter als Strahlungsquelle

von einem
und einfim+Kühlmittel durchströmten Kühlrohr erfindungsgenäß dadurch, daß mindestens 10%, höchstens aber 90% der Wandflache des Heizleiterhüllrohres gleichzeitig Wandf lache des Küiilrohres sind. Besonders bewährt haben sich solche Infrarotstrahlerelemente, bei denen erfindungsgemäß 25 bis 75% der Wandfläche des Heizleiterhüllrohres gleichzeitig Wandfläche des Kühlrohres sind. Durch Schließen des einen Endes des Kühlrohres und Einsetzen eines Kühlmittelstromteilers, beispielsweise in Form einer lamelle oder eines Rohres,ist es möglich, die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr nur an einem Ende des Infrarotstrahlerelementes vorzusehen. Entsprechend kann auch durch Einbringen beispielsweise einer Lamelle oder eines Rohres in das Heizleiterhüllrohr die Anordnung des Heizleiters in seinem Hüllrohr so getroffen werden, daß die elektrischen Anschlüsse nur an einem Ende des Infrarotstrahlerelementes vorhanden sind. Wenn man das erfindungsgemäße Infrarotstrafelerelement in der angegebenen Weise ausbildet, daß das Kühlmittel nur an einem Ende des Kühlrohres zu- und abgeführt wird und die elektrischen Stromanschlüsse für das Heizelement nur an einem Ende des Heizleiterhüllrohres vorliegen, so trifft man vorteilhafterweise die Anordnung so, daß an einem Er.de des Infrarotstrahlerelementes die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr und am entgegengesetzten Ende die elektrischen Anschlüsse für den Heizleiter vorgesehen sind. Diese räumliche Trennung von elektrischem Anschlußteil und Kühlmittelzufuhr- 'and -abfuhr-

teil ergibt eine hohe Betriebssicherheit des Infrarotstrahlerelements. Um eine gerichtete Infrarotstrahlung zu erzeugen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen entsprechenden Teil der Wandfläche des Infrarotstrahlerelements mit einer Reflexionsschicht zu versehen, vorzugsweise zu vergolden.

Das erfindungsgemäße Infrarotstrahlerelement bietet vielseitige Verwendungsmöglichkeiten. So kann es beispielsweise in Kopiereinrichtungen, in Vorrichtungen zum Schweißen von Kunststoffbahnen, in Werkstoffprüfgeräten, in Anlagen zun Trocknen von Fäden oder von mit einer Lackschicht versehenen Metalldrähten eingebaut werden, um nur einige zu nennen.

Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlerelements ergeben sich aus den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Figur 1A eine Ansicht eines Infrarotstrahlerelements, teilweise aufgeschnitten,

Figur IB einen- Querschnitt durch Fig. 1A längs der Linie I - II,

Figur 2A eine Ansicht eines Infrarotstrahlerelements mit einseitigem Kühlmittelanschluß und einseitigem Stromanschluß, teilweise aufgeschnitten,

Figur 2B einen Querschnitt durch Fig. 2A längs der Linie III - IV,

Figur 3A eine Ansicht eines Mehrkammer-Infrarotstrahlerelements, teilweise aufgeschnitten gemäß Schnittlinie D-E nach Fig. 3B,

Figur 3B einen-Querschnitt durch Fig. 3A längs der Linie V-VT,

Figur 4A eine Ansicht eines Mehrkammer-Infrarotstrahlerelements, teilweise aufgeschnitten,

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Figur 4B einen Querschnitt durch Fig. 4A längs der Linie VII - VIII.

Vie aus Fig. 1A ersichtlich, besteht das Infrarotstrahlerelement aus einem Quarzglasrohr 1, dessen Innenraum durch eine Wand 2 in zwei Kammern 3 und 4 unterteilt ist. In der Karger 3 ist der elektrische Heizleiter 5 angeordnet, der über die Anschlüsse 6, 7 mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden kann. Ein Teil des Rohres, und zwar die obere Rohrhalbschale 1^f, und die Wand 2 bilden das Hüllrohr des elektrischen Heizleiters 5. Die Kammer 4 weist an ihren beiden Enden Stutzen 8, 9 auf. Der Stutzen S kann an eine Kühlmitt el zuführleitung angeschlossen werden, angedeutet durch Pfeil 10. Der Stutzen kann an eine Kühlmitt elabf uhr leitung angeschlossen werden, angedeutet durch Pfeil 11. Das Kühlrohr wird im dargestellten Ausführungsbeispiel gebildet durch die untere Ronrhalbschale 1" des Rohres 1 und die Wand 2, die also gleichzeitig auch einen Wandflächenteil des Heizleiterhüllrohres bildet.

Die Außenoberfläche des Kühlrohres ist mit der Reflexionsschicht 12 versehen, vorzugsweise einer Goldschicht. Anstelle dessen kann auch die dem. Heizleiter 5 abgekehrte Seite der Wand 2 mit einer Reflexionsschicht versehen sein. Sollte eine Abstrahlung in entgegengesetzter Richtung erwünscht sein, so wird anstelle der Reflexionsschicht 12 eine entsprechende Reflexionsschicht auf die Außenoberfläche des Heizleiterhüllrohres aufgebracht.

Die Herstellung des in Figur 1A dargestellten Doppelkamnsr- oder Zwillingsrohr-Infrarot strahl er elements kann in einfacher Weise so erfolgen, daß man von einem handelsüblichen gezogenen Zwillingsrohr aus Quarzglas ausgeht, in der einen Kammer den Heizleiter 5 anordnet und an jedes Ende der anderen Kammer einen Stutzen 8, 9 anschweißt für die Kühlmittelzufuhr ur.d

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-abfuhr. Man kann aber auch ein Doppelkammerrohr in der ¥eise herstellen, daß man in ein Quarzglasrohr eine Leiste aus Quarzglas einbrirgt und diese entlang ihren Längskanten in üblicher Weise mit dem Quarzglasrohr verschweißt. Danach wird das Infrarotstrahlerelement in gleicher Weise ausgebildet, wie vorstehend für ein Zwillingsrohr beschrieben.

Der Heizleiter 5 ist mittels Scheiben oder Plättchen 13 oder ähnlichen Halterungsmitteln abgestützt, die beispielsweise aus Tantal bestehen. Die Versorgung des Heizleiters mit elektrischem Strom erfolgt über die Anschlüsse 6, 7 und die Sinschmelzverbindungen 16, 17.

Bei dem in Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt

die Gesamtwandfläche des Heizleiterhüllrohres = 2570 mm , die sich aus der Wandfläche der Halbschale 1' des Quarzglasrohres 1,

F₁ = 1570 mm², und der Fläche der Wand 2, F₂ = 1000 mm², zusammensetzt. Daraus ergibt sich, daß 38,9 % der Gesamtvandfläche des Heizleiterhüllrohres gleichzeitig Wandfläche des Kühlrohres ist. Die Rohrlänge beträgt dabei 100 rm, der Innenradius der Rohrhalbschale 5 mm.

Das in den Figuren 2A und 2B dargestellte Doppekammer-Infrarotstrahlerelement unterscheidet sich im wesentlichen von den in den Figuren 1A und 1B dargestellten dadurch, daß die elektrischen Anschlüsse 6, 7 für den Heizleiter 5 an dem einen Ende des Strahiere3snents vorgesehen sind und die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr an das entgegengesetzte Ende verlegt ist. Diese Ausbildung wird dadurch ermöglicht, daß in der Kainner ein Raumteiler, beispielsweise eine Lamelle 19, und in der Kammer 4 ein Raumteiler, beispielsweise ein Rohr 20, angeordnet werden und jeweils ein Kammerende verschlossen, beispielsweise zugeschmolzen wird. Diese Raumteiler 19, 20 bestehen vorteilhafterweise aus dem gleichen Werkstoff wie das Rohr 1, also aus Quarzglas oder Quarzgut. Das Kühlmittel flie3t dann in der

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einen Teilkammer 4' hin und in der Teilkammer 4" zurück, wie durch die Pfeile 21 und 22 angedeutet ist. Der Heizleiter 5 ist in Form einer U-Schleife in der Kammer 3 ausgelegt.

Die Figuren 3A und 3B zeigen ein Mehrkammer-Infrarotstrahlerelement. Für gleiche Teile, wie in den Figuren 1A und 13, wurden gleiche Bezugsziffern verwendet. Ausgangsbauteil bilden ein Quarzglasrohr 1, dessen Innenraum mittels des Körpers 23 mit lamellenartigen Flügeln 24«, 24", 24'", 24« " ^f in mehrere Kammern unterteilt ist, wobei die Kammern 3 für den Heizleiter und die Kammer 4 für das Kühlmittel vorgesehen sind. Die verbleibende Kammer 25 ist für die Aufnahme bzw. den Durchlauf eines zu bestrahlenden Gutes vorgesehen, beispielsweise eines zu trocknenden Fadens oder lackierten Drahtes. Um dessen Einbringung in die Kammer 25 zu erleichtern, ist diese Kammer mi~ einem Schlitz 26 versehen. Der Körper 23 ist an den Längskantsn der lamellenartigen Flügel mit dem Rohr 1 verschweißt.

In den Figuren 4A und 4B ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Mehrkammer-Infrarotstrahlerelement dargestellt. Hier besitzt der den Innenraum des Quarzglasrohres in Kammern aufteilende Körper 27 im Querschnitt die Form eines Doppel-T. Die gebildeten Kammern 4 sind für das Durchleiten des Kühlmittels, die Kammer 3 für den Heizleiter 5 und d3,e mit Schlitz 25 versehene Kammer 25 für die Behandlung eines Gutes vorgesehen. Diese Ausführung mit zweifacher Kammer für das Kühlmittel hat nicht nur den Vorteil, daß infolge der intensiven Kühlung eine hohe elektrische Belastung des Heizleiters möglich ist, sondern daß diese Infrarotstrahlung auch ungeschwächt in der Behandlungskammer 25 zur Verfügung steht.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So lassen sich unter

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Berücksichtigung des Erfindungsgedankens auch Infrarotstrahlerelemente ausbilden, die mehrere Heizleiterhüllrohre und mehrere Kühlrohre aufweisen, die in beliebiger, vorgebbarer Weise und Reihenfolge angeordnet werden können.

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Claims

Patentansprüche

Kühlbares Infrarotstrahlerelement aus Quarzglas oder Quarzgut mit einem in einem Hüllrohr angeordneten elektrischen Heizleiter als Strahlungsquelle und mit einem von einem Kühlmittel durchströmten Kühlrohr, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 10 #, höchstens aber 90 $> der Wandfläche des Heizleiterhüllrohres gleichzeitig Wandfläche des Kühlrohres sind.
2. Infrarotstrahlerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 25 bis 75 % der Wandfläche des Heizleiterhüllrohres gleichzeitig Wandfläche des Kühlrohres bilden.
3. Infrarotstrahlerelement nach den Ansprüchen 1 oder 2, da-=· durch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Heizleiterhüllrohres verschlossen, sein Innenraum durch einen Raumteiler unterteilt und die elektrischen Anschlüsse des Heizleiters an einem Ende des Strahlerelementes angeordnet sind.
4. Infrarotstrahlerelement nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Kühlrohres verschlossen, sein Innenraum durch einen Raumteiler unterteilt und die Stutzen für die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr an einem Ende des Strahlerelementes angeordnet sind.
5. Infrarotstrahlerelement nach den Ansprüchen 3 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Raumteiler eine Lamelle oder ein Rohr aus Quarzglas oder Quarzgut ist.
6. Infrarotstrahlerelement nach den Ansprüchen 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse für das Heizelement am einen Ende des Strahlerelementes und die Stutzen für die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr am entgegengesetzten Ende des Strahlerelementes angeordnet sind.

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7. Infrarotstrahlerelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 es mehrere Heizleiterhüllrohre mit je einem Heizleiter urd/oder mehrere Kühlrohre für Kühlmitteldurchleitung aufweist.
8. Infrarotstrahlerelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine mit Schlitz versehene Kammer aufweist,
9. Infrarotstrahlerelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 es mit einer Reflexionsschicht versehen ist.
10.Infrarotstrahlerelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht eine Goldschicht ist.
11.Infrarotstrahlerelement nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht auf der Außenoberfläche des Kühlrohres oder der Außenoberfläche des Heizleiterhüllrohres oder auf derjenigen Oberfläche der gemeinsamen Wandfläche von Heizleiterhüllrohr und Kühlrohr, die dem Heizleiter abgekehrt ist, aufgebracht ist.

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