CN101617386B

CN101617386B - 具有不透明反射层的红外线发射器及其制造方法

Info

Publication number: CN101617386B
Application number: CN2008800057159A
Authority: CN
Inventors: 福尔克尔·赖特; 斯文·利诺
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: DE102007008696B3; WO2008101573A2; EP2122666B1; US8210889B2; ES2633447T3; JP5537953B2; KR101368537B1; PL2122666T3; KR20090114403A; CN101617386A; WO2008101573A3; US20100117505A1; EP2122666A2; JP2010519155A

Abstract

本发明涉及一种制造红外线发射器的方法，所述红外线发射器由无端式石英玻璃体制成，其中，在由石英玻璃构成的主体表面上至少部分地涂有反射涂层，其中，石英体在涂上反射涂层之后分成单独的部分。本发明还涉及一种由此方法制造的红外线发射器。

Description

具有不透明反射层的红外线发射器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种制造红外线发射器的方法，该红外线发射器由无端式的石英体制成，其中，在石英玻璃构成的石英体表面上至少部分地涂有反射涂层。本发明还涉及一种由此方法制造的红外线发射器。

背景技术

由石英玻璃构成的元件使用于各种应用中，例如在照明灯制造中用于紫外、红外及可见的光谱范围中照明灯和发射器的套管、灯泡聚光罩或反射层载体。在此，为了实现特殊的光谱属性，石英玻璃渗入有其它物质。

石英玻璃与其它玻璃材料的区别特征在于，较低的膨胀系数，在更宽波长范围内的光学透明度，以及较高的化学稳定性和热稳定性。

在生产照明灯时，功率上的时间恒定性、空间上的定向性以及输出辐射的有效作用系数在上述情况中扮演重要角色。为了使辐射损失最小化，或对辐射可选择地定向，光学发射器设有反射体。其中，或者是反射体与发射器固定连接，或者是指一个与发射器分离设置的反射体组件。

US 2980820描述了一种短波的红外线发射器。

在DE 19822829A1中公开了一种红外线发射器，在这种红外线发射器上设有形成为所谓双管的灯管。在这里，一个石英玻璃套管通过一个纵向横档被分为两个彼此平行延伸的子空间，其中，在一个或在两个子空间中延伸有加热螺旋灯丝。在所述双管的背离所述红外线发射器主发射方向的一面上，涂有一层用作反射层的金层。在新的状态下，这一金层相对总的红外线辐射具有＞95％的反射系数，且能持久地耐受最大为600摄氏度的温度，在更高的温度下则会在很短时间后就导致效能损失和金的挥发，从而导致反射特征的丧失。在DE 10211249A1中描述了一种亮金制剂(Glanzgold-Praeparat)，其能够可持久耐受的最大温度为750摄氏度，并允许短时间地在超过这一温度的情况下进行操作，而不至发生上面描述的后果。然而，由于这种金的成分，使这种金具有低于70％的较差反射性能，所以这种反射层的效能并不能满足对于反射层的要求。

具有高的反射系数(大于90％)的由金制造的反射涂层通常有这样的弱点，即，反射涂层只具备受限的温度稳定性，或者只能具备较低的反射率。

文献DE 102004051846A1描述了一种具有反射涂层的石英玻璃组件。其中，反射涂层由至少部分为不透明的石英玻璃构成。为了生产这种类型的具有反射涂层的组件，则必须将反射涂层涂制在空的发射管上，从而实现涂层烧结，这是因为这一工序温度为1250摄氏度，且在制造过程中温度还要更高。在温度高于1100摄氏度的时候，石英玻璃已经出现明显的软化。特别地，由此在一石英容器中的过压导致该石英容器膨胀。红外线发射器一般要充有气压为800毫巴至1巴的氩气，从而确保制成的发射器在反射涂层的涂层加工过程中不受到损坏。

至今已知的具有反射涂层的发射器的制造方法中，尚无法实现使石英体或石英管首先进行涂层处理，然后再进行煅烧收缩处理。反射层只能在空的发射管上进行涂层处理，因为这一工序温度超过1250摄氏度。由于这一处理条件，反射层必须在发射器制造开始之前就以一个在随后所需要的尺寸涂层到发射管上。这种反射层不能延伸到煅烧收缩区域中。而因为在煅烧收缩过程中借助于旋转式烧嘴将发射管均匀地加热，所以反射层进入到煅烧收缩区域却是必需的。在设有所述反射涂层的管上，由于在前侧和后侧不同的石英含量，或者会导致经过涂层加工的一侧没有被充分地加热而能够使其煅烧收缩，或者会导致管上未经涂层加工的区域过热而导致石英管变粘和被撕裂。

典型的用于生产白炽灯泡的煅烧收缩机由两个相对设置的、围绕待煅烧收缩的石英管旋转的燃气烧嘴构成。当石英管足够热到用以进行煅烧收缩处理时，这两个烧嘴就停止在自身的静止位上，从而使烧嘴上的两个煅烧收缩块可以共同行驶超过石英管，并且由此共同压迫石英玻璃，进而围绕钼片而闭合。煅烧收缩技术和钼片都在文献DE2947230A1中有所描述。

两个烧嘴会共同由同一条导流通道进行供给，且因此有基本相同的烧嘴功率。当整个发射管充分地进行均匀加热时，煅烧收缩处理可首先完成。然而，在这种情况下，发射管未被反射层材料覆盖的部分会变粘并且开始流动，这样，虽然通常可以将发射器闭合(verschlieβen)，但煅烧收缩的形状却是随机的和不充分的。同时，常常会出现煅烧收缩的非致密性，该非致密性要回溯归因于玻璃的不均匀的温度，或是直接在煅烧收缩之前就发生了强烈变形的管截面。利用这种方式，不能实现生产出充分数量的用于出售的发射器。进一步的，废品率会很高，并由此使生产成本上升。

当同样形状的发射器需要大批量制造时，考虑到生产成本可以承受的是，对已经截取成段的管单独地涂上反射层材料，且仅在此之后再加工制成发射器。然而，这种方案尽管具有从涂层区域到未涂层区域的过渡，但却是属于不合乎质量要求的几乎独立的成型方法，这是因为这种过渡不能经济地构成直接和清楚的形状-隆起物、喷溅、撕裂、纤维等等都会影响到视觉上的印象。

与此相反，在一个视觉上令人满意的发射器的制造中，或在少量相同尺寸的发射器的制造中，由于通常需要的后续工作非常缓慢，以及由于大量的工具和小批量的生产，而使前述方法成本昂贵。

发明内容

本发明的任务是，提供一种方法，通过所述方法能够以任意长度且小批量地制造具有不透明反射层的红外线发射器。

这一任务由独立权利要求的特征部分解决。

优选的改进方案根据各个从属权利要求得出。

根据本发明的一种红外线发射器的制造方法，所述红外线发射器由无端式(endlos)石英玻璃体制成，其中，在由石英玻璃构成的石英体的表面上至少部分地涂有反射涂层，并提供了，所述石英体在涂上所述反射涂层之后分成单独的部分。这一方法实现了，红外线发射器可以制造为任意长度。所述红外线发射器由此而具有一连续的涂层。

有优势地，所述反射涂层为SiO₂涂层。SiO₂的特征在于非常出色的化学稳定性和热稳定性以及机械的坚固性。进一步地，SiO₂还具有高的温度变化稳定性。另外，涂制由SiO₂构成的反射涂层，还具有成本优势。由石英玻璃制成的SiO₂反射涂层的制造，例如在文献DE 102004051846A1中有所描述，其中已经对此进行了充分的说明。

在此，进一步具有优势地，反射涂层为不透明的、漫散射的反射涂层。

根据本发明的方法设计为，所述石英体的单独部分在其端部通过至少一个烧嘴而煅烧收缩。其中，所述石英体的单独部分垂直直立地或水平躺倒地借助于两个烧嘴进行加热，所述两个烧嘴相对设置，并且所述两个烧嘴优选地在同时垂直于发射器轴线和两个烧嘴之间的连接轴线的平面上运动。

其中具有优势地，所述部分的端部借助于两个旋转式烧嘴而煅烧收缩。

本发明所示优势在于，两个烧嘴具有不同的燃气流。所述燃气流应该大体上实现，所述部分待煅烧收缩的全部区域都要同步地、充分地进行加热，且不在某个部分上过热。同时，发射管的内部压力能够借助于适宜的通过发射管流动的惰性气体的调节而这样设置，即，使石英体可变形的区域不至于膨胀。对此具有优势的是，在水平方向上进行煅烧收缩的情况下，下方火焰的流速是这样选择的，即，使石英体可变形的区域正好承受一受重力影响的反作用力。

本发明进一步还提供一种红外线发射器，所述红外线发射器根据上述方法制造。这种发射器可以根据需要，也就是根据涂层以及由此的反射层的涂层处理，而取得一个所期望的长度。由此，这种发射器可实现具有任意的长度。

附图说明

下面结合优选的附图及实施方式来描述本发明。

图1示出了一个具有偏心设置的旋转式烧嘴的优选实施方式；

图2示出了一个具有两个相对设置的旋转式烧嘴以及单一受控燃气流的优选实施方式；

图3示出了一个具有四个固定烧嘴且烧嘴两两分组分别受控的优选实施方式。

具体实施方式

实施例1：

图1示出了具有偏心设置的旋转式烧嘴的设备。

与现有技术不同，半侧具有用以煅烧收缩的涂层11的发射管10，并不是居中设置在环绕安装有烧嘴21、22的轴线20上，而是使发射管的对称轴12与轴线位置20成偏置设置，即，使涂层的一侧明显比未涂层的一侧更加接近旋转式烧嘴。在这种情况下，选择的偏心率的大小取决于涂层厚度与发射管管壁厚度的比例关系以及火焰的属性，尤其取决于平均温度场。

在火焰具有较强的卷吸性(Entrainment)的时候，选择较低的偏心率即可，这是因为与层状的且大范围稳定的火焰相比，这种卷吸性的火焰的温度会更快地降低。

为了煅烧收缩带有涂层(1.0毫米的反射涂层)的圆管(13.7毫米*1.5毫米)，改造一台套管煅烧收缩机，该套管煅烧收缩机带有两个相对设置的旋转式烧嘴21、22，且烧嘴距离为65毫米。烧嘴在一个10*30平方毫米的面上设有5排平行延伸的喷孔，通过这些喷孔喷出细的H₂/O₂预混合火焰。这一如此形成的焰锋23是足够稳定的，从而，为了实现良好的视觉效果以及致密的煅烧收缩，在此有5毫米的偏心率就已经足够了。

发射管被两个煅烧收缩块30、31煅烧收缩，从而在到达适宜的石英玻璃温度的时候且烧嘴21、22没有挡住路线的时候，使这两个煅烧收缩快直接彼此相向运动。紧接着，辅助块32、33相互对置地夹持，由此构成一个H形煅烧收缩。

实施例2：

图2示出了一个具有旋转式烧嘴的装置的剖面图。

在一台用于旋转式烧嘴的煅烧收缩机中，燃气导流通道是如此优化的，即，使两个烧嘴相互独立地，而角度位置相关地受控。烧嘴的功率在附加有反射涂层的区域内是以如此形式提高的，即，这一功率提高大致相关于在此处附加上去的(涂层)质量。

这种情况下，环绕的烧嘴底座50设置有两个分离的燃气导流槽51和52，导流管道53和54分别从这两个导流槽伸出并通到两个烧嘴55和56。这一底座通过一台电机(未示出)驱动，其通过多个齿轮来驱动在圆形烧嘴底座中铣出的齿轮57。分别在燃气导流槽51和52的两侧，设置有另外的多条开槽58，这些开槽中设置有“O”形密封圈59。

底座安装在一个容纳部60内，该容纳部除了设有驱动机构(未示出)之外，也设有两条燃气导流通道61和62。借助于这两条燃气导流通道，能够彼此独立地添加不同的混合燃气或者不同的燃气数量。燃气数量或混合燃气通过例如图3所示的燃气控制装置，相关于烧嘴底座的角度位置而受控。

具有反射涂层11的用于煅烧收缩的发射管10是如此设置的，即，在烧嘴高度处设置有用于压入的钼片12。此外，这一发射器的组件例如是由设置在发射管上的固定体13来固定，当线圈15在发射器内部通过自身弹力将所有组件定位的时候，在该固定体内钩住外部钼条14。

在煅烧收缩过程中，发射管中充满氩气(Argon)，从而保护内部元件不被氧化。

具体来说，这样的圆管被煅烧收缩，即，该圆管直径为19毫米，壁厚为1.6毫米，涂层为0.8毫米厚，且涂层密度大于照明灯灯管材质密度的95％、涂层范围超过发射管周长上180度的范围。对此，烧嘴每2秒钟旋转一周。在烧嘴到达反射层前方30度的区域内，烧嘴功率提高约50％，且在到达反射涂层的末端前方30度的区域内，功率再次降低。

对此，氧气与氢气的比例关系，可从细的预混合火焰转换成接近成化学计量比混合物分数(Mischungsbruch)的预混合火焰。两路气体流的混合点直接设置在气体进入旋转式烧嘴的入口之前，这样可以在尽可能短的路径上完成。然而，需观察正确较高的火焰惯性，以至于通过该现象而观察到穿过外围的一个大体上以正弦曲线方式变化的火焰功率曲线。

由于宽扇形的火焰和热导，可以使发射管同步和迅速地被加热，从而能够在加热进行通常的时间之后，并且在不会观察到发射管收缩的情况下，完成煅烧收缩工作。在实现了光学上和机械上的清洁的煅烧收缩过程中，这样加工制成的发射器具有可忽略的废品率。

实施例3：

如实施例3中的具有旋转式烧嘴的装置：

在一台用于旋转式烧嘴的煅烧收缩机中，燃气导流通道是如此优化的，即，使两个烧嘴相互独立地，而位置相关地受控。那么，烧嘴的功率在附加有反射涂层的角度区域内是以如此形式提高的，即，这一功率提高大致相关于在此处附加上去的(涂层)质量。

具体来说，这样的圆管被煅烧收缩，即，该圆管直径为19毫米，壁厚为1.6毫米，涂层为0.8毫米厚，且涂层密度大于照明灯灯管材质密度的95％、涂层范围超过发射管周长上200度的范围。对此，烧嘴每2秒钟旋转一周。

为了控制烧嘴的功率，火焰的化学成分并不受影响，而是通过燃气的出口速度来对功率进行调节。燃气导流通道在烧嘴到达反射层前方10度的区域内，对于两个烧嘴来说，功率都提高30％，而在烧嘴到达反射层末端前方10度的区域内，功率再次降低。这样的设置显示出比实施例2更快的反应时间，这是因为化学成分的改变不需要首先进入到烧嘴中，而只是需要对用于烧嘴的控制器输出的压力曲线进行调节。

由于宽扇形的火焰和热导，可以使发射管同步和迅速地被加热，从而能够在一个通常的时间之后，并且在不会观察到发射管收缩的情况下，完成煅烧收缩工作。而且这样也就不会出现废品。

实施例4：

具有旋转式烧嘴的装置：

在一台用于旋转式烧嘴的煅烧收缩机中，燃气导流通道是如此优化的，即，使两个烧嘴相互独立地，而位置相关地受控。那么，烧嘴的功率在附加有反射涂层的区域内是以如此形式提高的，即，这一功率提高大致相关于在此处附加上去的(涂层)质量。

具体来说，这样的一种双管被煅烧收缩，即，该双管尺寸为33×14毫米，平均壁厚为1.8毫米，涂层为0.9毫米厚，且涂层密度大于照明灯灯管材质密度的95％、涂层范围超过发射管周长上180度的范围。对此，烧嘴每2秒钟旋转一周。

为了控制烧嘴的功率，火焰的化学成分并不受影响，而是通过燃气的出口速度来对功率进行调节。燃气导流通道在烧嘴到达反射层前方10度的区域内，对于两个烧嘴来说，功率都提高40％，而在烧嘴到达反射层末端前方10度的区域内，功率再次降低。另外，在横档(Steg)区域处，也就是火焰发生在双管的平面侧，则两侧的烧嘴功率短时间内都进一步提高30％。

由于宽扇形的火焰和热导，可以使发射管同步和迅速地被加热，从而能够在一个通常的时间之后，并且在不会观察到发射管收缩的情况下，完成煅烧收缩工作。由此实现了，煅烧收缩处理中产生很小的煅烧收缩头(Einschnuerung)。废品率低于3％。

实施例5：

如图3所示的一种具有固定式烧嘴的装置：

在一台用于四个位置固定的烧嘴20、21、22、23的煅烧收缩机中，燃气导流通道是如此优化的，即，使每一侧的两个烧嘴共同受控。那么，烧嘴的功率在附加有反射涂层的区域内是以如此形式提高的，即，这一功率提高大致相关于在此处附加上去的(涂层)质量。

在这种情况下，燃气为氢气和氧气，并且从压力瓶中将燃气取出。然而那，本发明既不受燃气的具体选择限制，也不受燃气的储藏或导流的具体形式的限制。

然后，通过合适的导流管道将燃气流分到两组烧嘴组中，并且在频临燃气流的混合点时，借助于一个控制器(这种情况下，该控制器为一个质量流速控制器(MFC))，根据所期望的通过率以及化学成分对燃气流进行设置。然而，本发明并不限于使用MFC，使用悬浮体流速控制器

或者任何其它合适形式的燃气数量的控制器也能够产生同样好的效果。

每组烧嘴组都分别设置一个用于氧气的控制器40、41以及一个用于氢气的控制器42、43。原理上，当然也能够单独控制每一烧嘴。

具体来说，这样的圆管被煅烧收缩，即，该圆管直径为19毫米，壁厚为1.6毫米，涂层为0.8毫米厚，且涂层密度大于照明灯灯管材质密度的95％、涂层范围超过发射管周长上200度的范围。

为了实现一个基本均匀施加在发射管上的压力，火焰的化学成分应该区别选取。在反射层一侧，将火焰控制到接近于成化学计量比的比例关系。而在另一侧，则选择用同样的冲击力但是大约降低了30％的功率的细的火焰。

在石英玻璃达到其用于煅烧收缩过程所合适的温度之后，两个煅烧收缩块30、31快速地彼此靠近，来完成煅烧收缩处理。为了使煅烧收缩处理得到机械性的加强，在煅烧收缩块中磨铣有肋条部32，从而形成煅烧收缩部分上的凸出部分。

Claims

1.一种制造红外线发射器的方法，所述红外线发射器由无端式石英玻璃体制成，其中，在由石英玻璃构成的主体表面上至少部分地涂有反射涂层，其特征在于，所述石英玻璃体在涂上所述反射涂层之后分成单独的部分，然后所述石英玻璃体的单独部分通过烧嘴而煅烧收缩，其中，所述石英玻璃体的单独部分的对称轴与烧嘴的轴线位置成偏置设置，使得涂层一侧比未涂层的一侧更接近旋转式烧嘴。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用到由SiO₂构成的反射涂层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用到一种不透明的、漫散射的反射涂层。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单独的部分在其端部通过至少一个烧嘴而煅烧收缩。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部分的端部通过两个旋转式烧嘴而煅烧收缩。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧嘴由不同的燃气流来进行操作。