DE4419285A1 - Strahlungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsanordnung, insbesondere einen Infrarotstrahler mit wenig­ stens einer flächenhaft ausgebildeten Strahlungsquelle.

Eine derartige Strahlungsanordnung ist aus der DE-AS 17 73 336 bekannt. Hier ist ein Infrarot­ strahler zur Verwendung in einem Infrarot-Analysengerät offenbart, bei dem auf eine hochtem­ peraturbeständige, elektrisch nicht leitende Unterlage, insbesondere ein Tonerdeplättchen eine Schicht aus Widerstandsmaterial aufgeschmolzen ist, die aus einem verfestigten Binder und ei­ nem fein verteilten elektrisch leitenden Material besteht, das in diesem Binder in elektrisch lei­ tendem Verhältnis dispergiert ist. Der Binder besteht vorzugsweise aus einer Keramikmasse, während das elektrisch leitende Material ein Metall ist. Die WO 92/05411 beschreibt eine Infra­ rot-Strahlenquelle in Form eines durch Spannelemente gestrafften elektrisch leitenden Bandes, welches von einem Strom durchflossen wird. Das elektrisch leitende Band ist aus Metall gebildet.

Derartige Anordnungen sind technologisch relativ aufwendig. Zum einen ist es notwendig, einen Grundkörper der Strahlungsquelle zusätzlich zu beschichten, zum anderen ist eine federnde Aufhängung des Metallbandes zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität im gesamten Temperaturbereich des Strahlers notwendig. Dies ist sowohl hinsichtlich der Konstruktionsele­ mente als auch des Zusammenbaus mit einem relativ hohem Aufwand verbunden. Ein Strahler letztgenannten Art kann zudem nur im Bereich kleiner Leistungen effektiv eingesetzt werden, da die Wärmeabführung über die Spannelemente erfolgt, was bei Leistungserhöhungen zu Überhitzungen führt, die die Funktion des Strahlers beeinträchtigen kann. Zudem neigen derartige Anordnungen zu Ermüdungserscheinungen bei Temperaturwechselbelastungen, wo­ durch die Lebensdauer der Strahler beeinträchtigt wird.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Strahlungsanordnung zu schaffen, die auch über längere Zeit temperaturwech­ selbeständig ist und eine geringe thermische Trägheit aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Strahlungsquelle ein Karbonband in mehreren zusammenhängenden Teilabschnitten angeordnet ist, wobei die Teilabschnitte an ihren Enden in Auflagen gehaltert sind, von denen mindestens die erste und die letzte als Kon­ takte ausgebildet sind. Karbonband ist als Strahlermaterial auch größeren Temperaturwechseln gewachsen, die Kohlenstoff-Fasern behalten auch bei Temperaturen um 1000°C ihre Stabilität, leiten den Strom und besitzen einen hohen Emissionsgrad. Durch die sehr geringe thermische Trägheit des Materials kann eine Temperaturmodulation über die elektrische Leistung vorge­ nommen werden. Durch die Halterung des Kohlebandes in Auflagen werden Temperaturwech­ selreaktionen (Längenänderungen) kompensiert und Spannungen in der Strahlungsanordnung vermieden.

Die Stromleitung wird dadurch verbessert, daß die Enden der Teilabschnitte zumindest teilwei­ se mit Graphitpapier umhüllt sind. Zweckmäßigerweise ist das Karbonband zur Ausbildung ei­ nes Flächenstrahlers mäanderförmig angeordnet, wobei es an den nicht als Kontakt ausgebil­ deten Auflagen beweglich gehaltert ist, um Temperaturwechselbelastungen optimal ausglei­ chen zu können.

In einer besonderen Ausführungsform sind drei Auflagen als Kontakte ausgebildet, wobei der mittlere Kontakt das Karbonband beispielsweise halbieren kann. Durch eine derartige Anord­ nung ist es möglich, zwei Teile des Karbonbandes separat anzusteuern. Dabei ist es vorteilhaft, daß zwischen zwei benachbarten Teilabschnitten des Karbonbandes, insbesondere zwischen den durch einen Kontakt getrennten Teilabschnitten ein Mittelsteg angeordnet ist, der die bei­ den separat voneinander angesteuerten Teile des Karbonbandes gegeneinander abschirmt, um zwei unterschiedlich strahlende Abschnitte zu erzeugen. Dazu ist es vorteilhaft, daß der Mittel­ steg als Abschirmfläche ausgebildet ist.

Zweckmäßig ist es, das Karbonband zwischen einem Fenster und einem Reflektor innerhalb ei­ nes Gehäuses anzuordnen. Auf diese Weise ist die Strahlungsquelle geschützt und ein möglichst großer Strahlungsanteil gelangt durch das Fenster zu dem bestrahlenden Objekt, bei­ spielsweise zu einer Küvette eines Analysators.

Nachfolgend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung erläu­ tert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung, deren Lage in Fig. 2 als Ebene B-B gekennzeichnet ist.

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung, deren Lage in Fig. 1 als Ebene A-A gekennzeichnet ist.

Das Karbonband 1 (Karbonfaser) wird mäanderförmig ausgearbeitet, wobei dies durch Aus­ stanzen oder durch geeignete Verbindung von Streifen erfolgen kann. Die Stromleitung quer zur Faserrichtung wird durch Graphitpapier 2 unterstützt, das bei der Vorbehandlung des Strah­ lers aufgebracht worden ist. Die Verbindung zwischen Karbonband 1 und Graphitpapier 2 ist ei­ nerseits thermisch stabil, zum zweiten kann über das Graphitpapier 2 die Stromzuführung mit­ tels formschlüssiger Verbindung über Kontakte 3 erfolgen und außerdem ist die Masse der Ver­ bindungen so gering, daß die Auflage 4 nur als Transportsicherung dient, weil bei Transporten erheblich höhere Beschleunigungen auf die Bauteile wirken können als im Betrieb.

In Fig. 1 ist erkennbar, daß der Mittelsteg 5 die Strahlungsquelle in zwei Hälften teilt, wie dies für die Erzeugung einer gegenphasigen Modulation bei geteilten Küvetten eines Analysators (nicht dargestellt) erforderlich ist. Über den mittleren Kontakt kann die Masseverbindung herge­ stellt werden, über die Außenkontakte ist eine getrennte Ansteuerung der Strahlerhälften mög­ lich. Auf diese Weise kann sowohl der Nullpunkt eines Meßgerätes ohne zusätzliche mechani­ sche Bauteile (Betragsblende) abgeglichen werden, als auch eine gegenphasige Ansteuerung der Strahler und damit eine gegenphasige Modulation der IR-Strahlung erreicht werden. Die Oberfläche des Keramikträgers 8 ist glasiert und vergoldet und als Reflektor 10 ausgebildet. Da die Bautiefe der Strahlungsanordnung (Höhe des Randteiles 6) gering sein kann, vorzugsweise kleiner 15 mm, wird ein großer Teil der Strahlung, die sowohl von der dem in Halterung 7 ange­ ordneten Fenster 9 und damit der Küvette (nicht dargestellt) zugewandten Seite als auch von der dem Reflektor 10 zugewandten Seite des Karbonbandes 1 emittiert wird, in die Küvette ein­ gekoppelt. Da der Strahlungsempfänger des Meßgerätes (nicht dargestellt) die ebene Strah­ lungsquelle direkt sieht, wird auch ein hoher Parallelstrahlungsanteil bereitgestellt. Der Strahler ist beispielsweise modulierbar bis etwa 5 Hz bei einer mittleren Leistung von etwa 10 W und Modulationsgraden von ca. 50%.

Der konstruktive Aufbau der Strahlungsquelle ist verhältnismäßig einfach und kann weitgehend automatisiert werden. Dies bezieht sich beispielsweise auf die Strukturierung und Konfektionie­ rung des Karbonbandes 1 und des Graphitpapieres 2, die Herstellung der Kontakte 3 und die Fertigung der Teile des Gehäuses (4, 5, 6, 7, 8), wobei letzteres nur zu Beispielszwecken der­ artig komplex dargestellt worden ist.

Claims (9)

1. Strahlungsanordnung, insbesondere Infrarotstrahler mit wenigstens einer flächenhaft aus­ gebildeten Strahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle ein Kar­ bonband (1) in mehreren zusammenhängenden Teilabschnitten angeordnet ist, wobei die Teilabschnitte an ihren Enden in Auflagen (4) gehaltert sind, von denen mindestens die erste und die letzte als Kontakte (3) ausgebildet sind.

2. Strahlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Teil­ abschnitte zumindest teilweise mit Graphitpapier (2) umhüllt sind.

3. Strahlungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kar­ bonband (1) mäanderförmig angeordnet ist.

4. Strahlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Karbonband (1) an den nicht als Kontakt ausgebildeten Auflagen (4) beweglich gehal­ tert ist.

5. Strahlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei Auflagen als Kontakte (3) ausgebildet sind.

6. Strahlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Teilabschnitten des Karbonbandes (1) ein Mittelsteg (5) an­ geordnet ist.

7. Strahlungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelsteg (5) zwischen zwei durch einen Kontakt (3) getrennten Teilabschnitten des Karbonbandes (1) angeordnet ist.

8. Strahlungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelsteg (5) als Abschirmfläche ausgebildet ist.

9. Strahlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Karbonband (1) zwischen einem Fenster (9) und einem Reflektor (10) angeordnet ist.