DE10137928A1

DE10137928A1 - Infrarot-Strahler mit einem Zwillings-Hüllrohr

Info

Publication number: DE10137928A1
Application number: DE10137928A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Schneider; Werner Kreuter; Juergen Schaack
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2003-03-06
Also published as: EP1283659B1; US20030031471A1; JP2003142239A; EP1283659A3; EP1283659A2

Abstract

Ein Infrarot-Strahler mit einem langgestreckten Zwillings-Hüllrohr weist als IR-Strahlerelement wenigstens ein Carbonband auf, das im Abstand zur Innenfläche des Hüllrohrs angeordnet ist, wobei das Carbonband an seinen Enden jeweils einen Kontaktbereich zum Anschluss an metallische Leiter enthält; dabei ist wenigstens ein metallischer Leiter als Zugfeder ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Strahler mit einem Zwillings-Hüllrohr und wenigstens einem darin befindlichen langgestreckten IR-Strahlerelement, das an zwei sich gegenüber liegenden Enden jeweils einen Kontaktbereich für einen elektrischen Anschlussleiter, von denen wenigstens einer über eine Quetschung des Hüllrohres mittels eingeschlossener Molybdänfolie zu einem nach außen liegenden Anschlusskontakt geführt ist, aufweist.
Aus der EP 0 959 645 A2 ist ein kurzwelliger Infrarotflächenstrahler bekannt, der mehrere Infrarotstrahlerelemente aufweist, die jeweils von einem Hüllrohr umgeben sind, welches vakuumdicht eine Heizwendel umschließt. Die Infrarotstrahlerelemente sind zwecks Anschluss mit einer Molybdänfolie verbunden, die im Hüllrohr eingeschmolzen ist und anschlussseitig mittels eines Kontaktstiftes aus dem Hüllrohr zur elektrischen Verbindung nach außen herausgeführt ist; dabei sind mehrere miteinander verbundene Infrarotstrahler unter Bildung einer gemeinsamen Abstrahlebene benachbart und parallel zueinander angeordnet, wobei das anschlussseitige Ende der Hüllrohre jeweils in Bezug auf die Abstrahlebene abgewinkelt ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Hüllrohre jeweils im Bereich der Quetschung um einen Winkel im Bereich zwischen 46 und 135° abgewinkelt.
Weiterhin ist aus der DE 195 45 296 ein Infrarotstrahler bekannt, welcher eine flächenhaft ausgebildete Strahlungsquelle in Form eines Carbonbandes aufweist, wobei die Enden des Bandes mindestens teilweise mit einer metallischen Kontaktschicht versehen sind, an der Anschlusselemente angreifen.
Aus der GB-A 22 33 150 ist ein Infrarotstrahler mit einem Carbonband bekannt, das aus einer Vielzahl parallel zueinander und in Form eines Bandes angeordnete Graphitfasern besteht, welches innerhalb eines beidseitig verschlossenen Quarzglasrohres angeordnet ist. Für den elektrischen Anschluss ist das Carbonband beidseitig mit metallischen Endkappen versehen.
Als problematisch erweist sich bei Carbonstrahler, dass die Flexibilität bei der Wahl der elektrischen Spannung eingeschränkt ist, da es sich lediglich um ein langgestrecktes Kohlefaserband handelt; somit ist auch die elektrische Leistung nicht beliebig einstellbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Nutzung der bekannten Zwillingsrohrtechnologie Carbon- Strahler in unterschiedlicher Anordnung in Zwillingsrohren einzusetzen, wobei eine höhere Flexibilität bei der elektrischen Spannungswahl erzielt werden soll.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als IR-Strahlerelement wenigstens ein Carbonband im Abstand zur Innenfläche des Hüllrohres angeordnet ist, wobei das Carbonband an seinen Enden jeweils einen Kontaktbereich zum Anschluss an metallische Leiter aufweist und wobei wenigstens ein metallischer Leiter als Zugfeder ausgebildet ist.
Als vorteilhaft erweist es sich, dass Carbonstrahler gegenüber Metallheizleitern eine hohe thermische Schnelligkeit bieten, so dass sie in ihrem Aufheiz- und Abkühlverhalten kurzwelligen Strahlen gleichzusetzen sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Strahlers ist ein Füllgas im Inneren der Zwillings- Hüllrohre eingesetzt, welches Edelgas aufweist; vorzugsweise wird als Füllgas Argon mit einem Kaltfülldruck im Bereich von 500 bis 900 mbar eingesetzt.
In der Praxis kann ein Strahler eingesetzt werden, bei dem sich wenigstens ein Carbonband nur über einen Teil der Länge des Inneren der Hüllrohre erstreckt. Vorteilhafterweise weist das Innere des Hüllrohres einen wenigstens annähernd elliptischen Querschnitt auf, dabei verläuft die Hauptachse der Ellipse des Querschnitts parallel zur Oberfläche des Carbonbandes.
Weiterhin ist es möglich, dass das Innere des Hüllrohres einen wenigstens annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist, in einem solchen Fall liegt der Mittelpunkt des kreisförmigen Querschnitts im Bereich des Carbonbandes.
Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Nutzung der Zwillingsrohrtechnologie eine unterschiedliche Anordnung von Zwillingsrohren, so dass es einerseits möglich ist, die elektrische Anschlussspannung durch die Länge des Carbonbandes zu variieren; weiterhin ist es vorteilhafterweise möglich, nunmehr Carbonstrahler mit einer Gesamtlänge von bis zu 3 m zu realisieren.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch die kompakte Geometrie der Zwillingsrohre höhere Flächenleistungen möglich sind, wobei Zwillingsrohres auch mechanisch stabiler sind als einzelne Rundrohre und somit in der Praxis - beispielsweise in der Lacktrocknung - eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten. Darüber hinaus wird durch den elliptischen bzw. kreisförmigen Querschnitt der Innenräume eine gute thermische Isolation der Carbonstrahler erzielt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1, 2a, 2b, 3 und 4 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein Zwillingshüllrohr aus Quarzglas mit einseitigem Stromanschluss, bei dem ein Rohr ein Carbon-Band als IR-Strahler mit Zugfeder aufweist, während das benachbarte Zwillingsrohr nur einen mit Zugfeder gespannten Stromzuleiter enthält.
Fig. 2a zeigt einen Zwillingsrohrstrahler mit einseitigem Stromanschluss und einem Carbon- Strahler in jedem der beiden Zwillingsrohre.
Fig. 2b zeigt einen Querschnitt entlang der durch Linie A-A in Fig. 2a angedeuteten Querschnittsfläche.
Fig. 3 zeigt einen Zwillingsrohrstrahler mit jeweils einzeln herausgeführten Stromanschlüssen an beiden Enden der Strahleranordnung.
Fig. 4 zeigt einen Zwillingsrohrstrahler mit jeweils einem geteilten Carbonband pro Zwillingsrohr.
Gemäß Fig. 1 weist der Infrarot-Strahler 1 zwei durch Schmelzen miteinander mechanisch fest verbundene Rohre als Zwillingsrohr aus Quarzglas auf, das an einem Ende jeweils pro Rohr einen Stromdurchgang mit je einem Dichtungsbereich bzw. Quetschungsbereich 4 aufweist, durch den eine Molybdändichtungsfolie 3 jeweils hindurchgeführt ist. Die Molybdänfolie schließt den mit Argon gefüllten Innenraum gegenüber der äußeren Atmosphäre gasdicht ab. Im Inneren des ersten Rohres 1' befindet sich ein Carbonband 2, dessen Enden jeweils mit einem Kontaktbereich 6 für den Anschluss an metallische Leiter verbunden sind; an ein Ende des Carbonbandes 2 ist ein elektrisch leitendes Federelement 7 zur Kompensation von thermischen Längendehnungen elektrisch und mechanisch fest angeschlossen, wobei das Federelement mit einem Anschlussleiter versehen ist, der dem nach innen gerichteten Kontakt mit der Molybdänfolie führt. Das andere Ende des Carbonbandes ist über einen als Strombrücke 9 ausgebildeten Leiter zu einer elektrischen Leitung 10 in das benachbarte Rohr 1" geführt. Darin ist die Leitung 10 mit einem Federelement 7 zur Kompensation der thermischen Längendehnung vorgesehen, so dass bei Stromdurchtritt keinerlei Dehnungsprobleme in der Leitung auftreten können. Die Leitung 10 ist im Quetschbereich 4 mit dem zum Inneren gerichteten Ende der Molybdän-Folie verbunden, so dass der Stromkreis für das Carbonband über die jeweiligen äußeren Anschlüsse 5', 5" des Anschlusses 5 geschlossen werden kann.
Es handelt sich somit um einen Strahler mit Zwillingshüllrohr, der einen einseitigen elektrischen Anschluss und eine einkanalige Beheizung aufweist; als vorteilhaft erweist sich die hohe mechanische Stabilität im Betriebszustand aufgrund der Zwillingsrohrkonstruktion mit einem Mittelsteg.
Fig. 2a zeigt im Längsschnitt eine Zwillingsrohranordnung, die in jedem Rohr 1', 1" ein Carbonband 2', 2" nahezu über die volle Länge des Innenraumes aufweist, welches an den jeweiligen Enden befindliche Kontaktierungsbereiche 6 enthält, die mit Anschlussleitungen, bzw. Federelementen 7 und einer Strombrücke 11 verbunden ist. Die im Inneren befindlichen Leitungen sind zwischen den Kontaktierungen der Bänder 6 und den jeweiligen Molybdändichtungsfolien 3 als Federelemente 7 zur Kompensation der thermischen Längendehnung der jeweiligen Carbonbänder 2', 2" ausgebildet.
Fig. 2b zeigt einen Querschnitt Schnitt entlang einer Fläche, welche in Fig. 2a schematisch als Linie AA dargestellt ist.
Gemäß Fig. 2b sind die beiden Zwillingsrohre 1', 1" zu einem einzigen mechanisch fest miteinander verbundenen Doppelrohr 1 ausgebildet, dessen äußerer Umfang sich aus der Zwillingsrohrkonfiguration 1', 1" ergibt, so dass die Zwillingsrohre nunmehr zu einem Gesamtstrahler zusammengefasst sind. Ein wesentliches Merkmal zur Erhöhung der mechanischen Stabilität, insbesondere bei hoher thermischer Belastung, ist im Mittelsteg 12 zu sehen. Aufgrund der Vorspannung durch Federelemente wird einerseits eine hohe Stabilität der IR-Strahleranordnung erzielt, während andererseits ein ausreichender Abstand zwischen Carbonstrahlerband 2, 2' 2" und der Zwillingsrohrkonfiguration besteht, so dass aufgrund thermischer Isolation eine rasche thermische Reaktion des Carbonbandes möglich ist.
Es handelt sich somit um einen Strahler mit einseitigem Anschluss und zweikanaliger Beheizung.
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 2a, wobei hier jedoch der Zwillingsrohrstrahler 2 voneinander unabhängig zuschaltbare Carbonbänder 2 aufweist, deren äußere Anschlüsse 5', 5" bzw. 5 ^III, 5 ^IV über eigene Stromdurchführungen an sich gegenüberliegenden Enden nach außen geführt sind, wobei die Inbetriebnahme bzw. Abschaltung der jeweiligen Carbonbänder als IR-Strahlerelemente über jeweils einen eigenen Steuerstromkreis unabhängig voneinander erfolgen kann. Dabei ist es möglich, durch unterschiedliche Arten der Stromversorgung auch unterschiedliche Spektralanteile beispielsweise für Strahlungszwecke oder Trocknungszwecke zu erzeugen. Die Quetschbereiche 4, Molybdänfolien 3, Federelemente 7 sind von ihrer Funktion her bereits aus der Beschreibung zu Fig. 1 bekannt, so dass auf weitere Erläuterungen hierzu verzichtet wird.
Es handelt sich somit um einen Strahler mit zweiseitigem Anschluss und zweikanaliger Beheizung.
Fig. 4 zeigt eine Zwillingsrohrkonfiguration mit äußeren Anschlüssen 5, 5", 5 ^III, 5 ^IV (entsprechend Fig. 3), in deren beiden Zwillingsrohren 1', 1" jeweils nur zum Teil mittels Zugfeder 7 gespannte Carbonbänder 2 vorgesehen sind, wobei diese sich entlang der jeweiligen Längsachse gesehen gegenseitig so ergänzen, dass eine Abstrahlung von Infrarot über die gesamte Strahlerlänge erfolgt. Diese Konfiguration erweist sich als besonders günstig, um große Strahlerlängen - beispielsweise im Bereich von 3 bis 6 m Länge - zu realisieren, die durch Überlappen aus kürzeren Carbonbändern in nebeneinander liegenden Kanälen der Zwillingsrohre herstellbar sind.

Claims

1. Infrarot-Strahler mit einem Zwillings-Hüllrohr und wenigstens einem darin befindlichen langgestreckten IR-Strahlerelement, das an zwei sich gegenüber liegenden Enden jeweils einen Kontaktbereich für einen elektrischen Anschlussleiter, von denen wenigstens ein Anschlussleiter über eine Quetschung des Hüllrohres mittels eingeschlossener Molybdänfolie zu einem außen liegenden Anschlusskontakt geführt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als IR-Strahlerelement wenigstens ein Carbonband (2, 2', 2") im Abstand zur Innenfläche des Hüllrohres (1, 1', 1") angeordnet ist, wobei das Carbonband an seinen Enden jeweils einen Kontaktbereich (6) zum Anschluss an metallische Leiter aufweist und wobei wenigstens ein metallischer Leiter als Zugfeder (7) ausgebildet ist.

2. Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllgas im Inneren der Zwillings-Hüllrohre (1, 1', 1") eingesetzt ist, welches Edelgas enthält.

3. Strahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllgas Argon mit einem Kaltfülldruck im Bereich von 500 bis 900 mbar eingesetzt wird.

4. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Carbonband (2, 2', 2") sich nur über einen Teil der Länge des Inneren der Hüllrohre (1, 1', 1") erstreckt.

5. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Hüllrohres (1, 1', 1") einen wenigstens annähernd elliptischen Querschnitt aufweist.

6. Infrarot-Strahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachse der Ellipse des Querschnitts parallel zur Oberfläche des Carbonbandes (2, 2', 2") verläuft.

7. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Hüllrohres (1, 1', 1") einen wenigstens annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist.

8. Infrarot-Strahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des kreisförmigen Querschnitts im Bereich des Carbonbandes (2, 2', 2") liegt.