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Elektrischer Infrarotstrahler Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer
Infrarotstrahler. Derartige Strahler kommen heute in den verschiedensten Gebieten
der Technik und Wissenschaft zur Anwendung. Beispielsweise benutzt man Infrarotstrahler
an Stelle von Öfen oder Lufterhitzern, die ihre Wärme in den zu beheizenden Raum
zuerst durch Konvektion an die Luft abgeben und daher recht unwirtschaftlich sind,
weil die erwärmte Luft nach oben steigt und die unteren, für den Aufenthalt von
Personen wichtigsten Zonen kalt bleiben. Im Gegensatz dazu durchquert die elektromagnetische
Strahlung des Infrarot-Bereiches - »Infrarot« im folgenden mit »IR« bezeichnet -
die Luft praktisch widerstandslos und verwandelt sich erst beim Auftreffen auf einen
Körper in Wärmeenergie. In der Medizin finden IR-Strahler Anwendung für die Diagnose
und die Therapie.
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Man unterscheidet grundsätzlich zwischen IR-Kurzwellen und IR-Langwellen.
Erstere werden mit sogenannten hellen Strahlern und letztere mit sogenannten Dunkel-
oder Graustrahlern erzeugt. Die Grenze zwischen beiden Bereichen liegt ungefährt
bei 1,4 [.. Bis heute verwendete man als Hellstrahler für diesen Zweck speziell
ausgebildete Glühlampen, während man als Graustrahler von - Elektrizität durchflossene
Stäbe aus einem Halbleitermaterial oder längliche keramische Körper mit darin eingebetteten
Heizdrähten benutzte. Eine Möglichkeit, die zuletzt erwähnten Strahlerelemente für
die Erzeugung von kurzwelligen IR-Strahlen heranzuziehen, kannte man nicht, und
man war daher für den kurzwelligen Bereich auf die glühlampenartigen Strahler angewiesen,
die teuer sind und infolge ihrer Form und verhältnismäßig geringen Leistung im wesentlichen
nur für die Strahlenbehandlung des menschlichen Körpers und in technischen Anlagen
Verwendung finden, wo der Anschaffungspreis hinter anderen Erfordernissen zurücktritt,
wie z. B. in Lacktrocknungsanlagen für Automobile usw. Für Heizung in Wohn- und
anderen Räumen und vielen ähnlichen Zwecken war man vornehmlich auf die IR-Graustrahler
angewiesen, obschon den langwelligen Strahlen Besonderheiten anhaften, die zum Teil
unerwünscht sind.
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Dies wird begreiflich bei Berücksichtigung folgender Tatsachen: Bei
der Bestrahlung des menschlichen Körpers mit IR-Strahlen zeigt sich ein ausgesprochener
Resonanzeffekt. Die Durchlässigkeit des Gewebes ist für kurzwelliges Licht sehr
klein, steigt gegen das rote Licht an, erreicht bei einer Wellenlänge von etwa 1
I, das Maximum und sinkt hierauf wieder rasch ab. Bei etwa 1,4 #t Wellenlänge ist
das Gewebe schon fast undurchlässig. Dieses Aufnahmevermögen entspricht etwa der
Sonnenstrahlung, deren Anteil an IR-Langwellenstrahlen durch den Wasserdampf der
Atmosphäre absorbiert wird. IR-Strahlen mit einer Wellenlänge oberhalb 1,4 #t werden
infolge ihrer geringen Eindringtiefe in den äußeren Schichten der Haut in Wärme
umgewandelt, was sich als unangenehme Belastung bemerkbar macht, ohne daß der Körper
viel Wärmeenergie aufnehmen kann. Diese - Strahlen haben also im Gegensatz zu den
Strahlen der sogenannten »therapeutischen Wärmeoktave« (Wellenlänge =0,7-1,4 #t)
einen geringen Tiefeneffekt.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg zur Schaffung einen einfachen und
praktisch unverwüstlichen IR-Strahlers, der sich besonders für die Erwärmung des
menschlichen Körper eignet (Heizung oder Therapie) und bei dem die kurzwelligen
IR-Strahlen im Gegen-. Satz zu bekannten Strahlern nicht unterdrückt oder in langwellige,
hautbelastende Strahlen umgewandelt werden, sondern zur Wirkung kommen für die Erzeugung
von die Gewebefunktionen anregenden, angenehm empfundenen Reizen.
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Die Erfindung geht aus von den bekannten Infrarotstrahlern, bei denen
der Heizdraht unmittelbar in die Masse des flächigen Trägerkörpers so eingebettet
ist, daß sich der Heizdraht bzw. die Heizdrähte über die flächenartige Ausdehnung
des Trägerkörpers verteilen.
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Bekannt sind dabei Infrarotstrahler mit wärme-und leuchtstrahldurchlässigen
Massen sowie solche;
bei denen auf der Rückseite der Oberfläche
des Trägerkörpers eine Metallschicht zwecks Verspiegelung angeordnet war.
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Durch die Erfindung wird ein IR-Strahler angegeben, dessen Wirtschaftlichkeit
gegenüber den bekannten Strahlern erheblich gesteigert ist und der darüber hinaus
auch den Vorteil aufweist, daß er eine langwellige, aus einer Eigenaufheizung des
Strahlers herrührende Eigenemission weitgehend vermeidet, ohne große Widerstandskraft
gegen äußere Einflüsse aufweist, z. B. mit Wasser besprengt werden kann, ohne zu
zerspringen, sehr unempfindlich gegen mechanische Stoßbeanspruchungen ist und eine
sehr gleichmäßig verteilte, diffuse Strahlung abgeben kann, wobei auch die mit dem
erfindungsgemäß ausgebildeten Strahler erzielbare Erhöhung der Bestrahlungsstärke
von erheblichem Vorteil ist.
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Erfindungsgemäß werden die angegebenen Vorteile des IR-Strahlers aus
für kürzerwellige Strahlen durchlässigen Substanzen mit über die ganz Strahlerfläche
verteiltem, darin eingelagertem Heizdraht oder Heizdrähten dadurch erzielt, daß
der flächenhafte, Lampen-oder dach- oder V-artig ausgebildete Strahlerträger eine
geringe Wandstärke aufweist, an seiner Vorderseite geätzt und an seiner Rückseite
in bekannter Weise mit einer reflektierenden Metallschicht versehen ist.
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Ein solcher Strahler ist nicht nur billig -in der Herstellung, sondern
er vereinigt auch im Gebrauch eine Reihe von Vorteilen. Obwohl in gewissen Fällen
Strahlerelemente in Form von innenverspiegelten Rohren, in deren Material die Heizdrähte
eingebettet sind, vorzügliche Dienste leisten können, wird man den ebenen oder gewölbten
flächigen Strahlern mit geringer Wandstärke in den meisten Fällen den Vorzug geben.
Mittels solchen, im Verhältnis zu Länge und Breite dünnen Elementen lassen sich
beispielsweise Strahler von der Größe einer Glühlampe bauen. Derartige Strahler
können dazu noch mit einem Glühlampensockel ausgerüstet sein. Aber auch andere Möglichkeiten
sind gegeben, nämlich längliche Bach-oder V-artige Formen. Die Heizdrähte sind den
äußeren Einflüssen entzogen. Der Strahler nach der Erfindung hat bei sachgemäßer
Behandlung eine unbeschränkte Lebensdauer. Zudem ist es noch möglich, den IR-Strahler
in einfachster Weise mit einer ungleichartigen Strahlenquelle, wie einer Ultraviolett-Strahlenquelle
- »Ultraviolett« im folgenden mit ;>UV« bezeichnet -, eine Lichtquelle od. dgl.
zu vereinigen.
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Als Materialien für den Trägerkörper der Heizdrähte eignen sich alle
hitzebeständigen Substanzen, welche die kürzerwelligen IR-Strahlen wenigstens zum
Teil nicht aufhalten. Mit Vorzug ist auch eine gewisse Durchlässigkeit für langwellige
IR-Strahlen und für sichtbares Licht vorhanden. Es ergibt sich dann bei geeigneter
Temperatur der Heizdrähte ein Strahlengemisch, das auf der Hautoberfläche eine vielfach
erwünschte, leichte Temperaturerhöhung verursacht und in den Barunterliegenden Geweben
gewisse physiologische Vorgänge auslöst, was ein Optimum an Behaglichkeit und gesundheitsfördernder
Wirkung gewährleistet. Solchen Anforderungen entsprechen vor allem gewisse wärmebeständige
Spezialgläser cder glasähnliche Materialien des sogenannten Glas-Randgebietes, die
Lava-Bestandteile, Bestandteile der Hochofenschlacke oder auch Glasursubstanzen
enthalten. Bei den für das Glasieren von Porzellan oder anderen keramischen Materialien
gebräuchlichen Stoffen ist es bekannt, daß durch einen höheren Magnesit- oder Marmoranteil
glasklare Werkstücke erzeugt werden können.
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Die auf der Rückseite des Strahlerelementes liegende Metallschicht
besteht aus Aluminium, Silber od. dgl. und kann zweckmäßigerweise aufgedampft oder
aufgespritzt sein. Ein solcher Reflektor setzt die Verluste des Strahlers herab
und verhindert die unnötige Bestrahlung von Teilen, denen keine Wärmeenergie zugeführt
werden soll. Die Primärstrahlung wird dadurch bei gegebener Leistungsaufnahme des
Strahlers erhöht, und es wird nur ein kleiner Anteil der kurzwelligen Strahlen in
langwellige Strahlen umgewandelt. Die reflektierende Metallschicht hat ihre besonderen
Vorteile in Verbindung mit dünnen und flächenhaft ausgestalteten Strahlern.
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Zwecks Unterdrückung der Reflexion der von den Heizdrähten ausgehenden
oder von der Metallschicht reflektierten Strahlen an der nicht mit einem Metallbelag
versehenen Oberfläche des Trägerkörpers wird diese Oberfläche bei dem Strahler nach
der Erfindung geätzt. Dies bringt zudem noch den Vorteil mit sich, daß die Heizdrähte
von außen weniger gut ersichtlich sind.
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Es seien nun an Hand der Zeichnung mehrere beispielsweise Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Fig. 1 zeigt im Schnitt und in Perspektive einen mit einer Luftkonvektionskammer
kombinierten IR-Strahler; Fig. 2 veranschaulicht im Schnitt einen grundsätzlich
gleich ausgebildeten Strahler mit dachartig ausgebildetem Strahlkörper, der im Gegensatz
zum Strahler nach Fig. 1 noch mit einer Lichtquelle vereinigt ist; Fig. 5 stellt
einen als Deckenpendel ausgebildeten, mit einer Lichtquelle vereinigten Strahler
mit V-artig ausgebildetem Strahlkörper dar; Fig.4 betrifft ein weiteres Beispiel
des Strahlers nach der Erfindung, und Fig. 5 zeigt ein Gerät für IR- und UV-Strahlung,
wobei die Strahler gemäß Fig. 4 und 5 einen lampenartig ausgebildeten Strahlkörper
besitzen.
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Der IR-Strahler nach Fig. 1 ist für Raumheizungszwecke gedacht. Er
ist länglich und läßt sich beispielsweise in einem Zimmer ähnlich einer Zierleiste
in einer gewissen Höhe, eventuell in Deckennähe, horizontual befestigen. Man kan
auch, wenn in einem Zimmer zu wenig Strahler benötigt werden, um einen günstigen
ästhetischen Eindruck hervorzurufen, diese Strahler durch technisch unwirksame Zierelemente
vervollständigen, die analog ausgebildet sind und wie die Strahlerelemente, im Gegensatz
zu diesen aber keine Heizdrähte enthalten. Ein Blechgehäuse 4 ist mit zwei längslaufenden
U-förmigen Rinnen 5 und 6 für das Einschieben eines ebenfalls gestreckten, dachartigen,
flächigen Strahlerelementes mit einer etwas gewölbten Querschnittsform ausgestaltet.
In einem Trägerkörper 1, dessen Dicke etwa 0,7 cm betragen kann, sind Heizdrähte
2 eingelegt, die über nicht zeichnerisch dargestellte elektrische Anschlüsse und
Schaltmittel an eine Stromquelle anschließbar sind. Der Trägerkörper 1 ist, wie
bereits erwähnt, für wenigstens einen Teil der- durch die Heizdrähte beim Glühen
emittierten IR-Strahlen mit einer Wellenlänge unterhalb 1,41t durchlässig. Die äußere
Seite des-Trägerkörpers 1 ist geätzt. Auf
der Rückseite ist das
Strahlerelement verspiegelt. Die zu diesem Zweck vorgesehene Metallschicht 3 ist
natürlich kein idealer Reflektor, und es wird daher ein kleiner Anteil der elektromagnetischen
Strahlen den Reflektor beim Auftreffen durch Energieumwandlung erwärmen. Damit nun
auch diese Wärme nutzbringend verwertet wird, ist hinter dem Strahler-. element
eine Luftkonvektionskammer angeordnet, die einerseits durch die Metallschicht 3
und andererseits durch eine wärmeisolierende Asbestwand 9 mit rückseitigem Metallbelag
10 begrenzt ist. Die in dieser Kammer erwärmte Luft dehnt sich aus und tritt in
Richtung des Pfeiles B durch die Öffnungen 8 aus. Kühle Luft kann bei A durch die
Öffnungen 7 nachströmen. Dergestalt ist die verbrauchte Energie optimal ausgenutzt,
und es wird kurze Zeit nach dem Einschalten des Strahlers eine behagliche Wärme
empfunden. Bei dieser Luftbewegung werden übrigens keine Staubteilchen mitgerissen
wie bei einer Luftumwälzung mit Hilfe von mechanisch arbeitenden. Ventilatoren.
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Praktisch gleich aufgebaut ist der Strahler nach Fig.2. Das Strahlerelement
und die Konvektionskammer unterscheiden sich überhaupt nicht von den. entsprechenden
Teilen des Beispiels nach Fig. 1, und es sind zweckentsprechend gleiche Bestandteile
auch mit gleichen Hinweiszeichen versehen. Zusätzlich zur IRrStrahlenquelle ist
hier noch am oberen Teil des Gehäuses 4 eine Leuchtstoffröhre 13 in einer Fassung
14 gelagert. Ein Blechstreifen 12 dient als Reflektor. Des weiteren reflektiert
auch die Innenseite eines Abdeckbleches 11 das von der Röhre 13 ausgehende Licht,
und es dient so der Strahler, vorausgesetzt, daß er in genügender Höhe an einer
Wand befestigt ist, gleichzeitig als Beleuchtungskörper für indirektes Licht.
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Ebenfalls für Erwärmung und Beleuchtung ist das in Fig. 3 dargestellte
Deckenpendel vorgesehen. Ein Heizdrähte 2 aufnehmender Trägerkörper 1 V-förmigen
Querschnitts ist auf der nach oben gerichteten Seite mit einem reflektierenden Metallbelag
3 überzogen, der zugleich als Rückstrahler für das Licht einer Gasentladungsröhre
15 mit einer Leuchtstoffschicht wirkt. Das Ganze ist durch den Träger 16 zusammengehalten
und wird mittels des Pendelarms 17 an einer Decke aufgehängt.
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Wie die -Fig. 4 zeigt, kann der Strahler auch etwa, die Form einer
Glühlampe besitzen und mit einem Glühlampensockel 18 ausgerüstet sein. Ein solcher
Strahler ist vorwiegend für Geflügelzucht und IR-Therapie gedacht. Der Träger 1
mit den eingebetteten Heizdrähten 2 ist kelchartig geformt. Mit Vorteil ist die
Masse des Trägerkörpers 1 mit dem Sockel 18 fest verbunden und die Metallschicht
3 auf diese Masse aufgespritzt oder aufgedampft.
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Schließlich ist in Fig.5 eine Variante eines IR-Strahlers ersichtlich,
bei dem im Inneren eines als Reflektor eines ringartigen Hartglasträgers 1 mit Heizdrähten
2 dienenden Metallkelches 3 .ein UV-Quarzbrenner 19 angeordnet ist. Zwischen diesem
und einem Anschlußsockel 18 liegt ein die UV-Strahlen gegen die öffnung des Kelches
3 werfender Blechreflektor 20. Mit diesem Strahler lassen sich Hautschäden und Schäden
des unter der Haut liegenden Gewebes behandeln. Die kombinierte Bestrahlung mit
UV- und kurzwelligen IR-Strahlen hat sich bereits bewährt. Die bis heute dazu üblichen
Mittel waren aber viel komplizierter. A m Kelch 3 sind noch Federn 21 mittels Niete
22 befestigt. ES lassen sich dermaßen leicht und rasch irgendwelche Strahlenfilter
am Rand des Kelches 3 fixieren. Ein solches ist auf der Zeichnung mit 23 angedeutet.
Die Niete halten auch noch vier kleine Metallwinkel 24 fest, auf die man zwecks
Ausscheidung bestimmter Bereiche des vom Brenner 19 erzeugten UV-Spektrums Filter
mit entsprechenden Eigenschaften auflegen kann. Damit das innere Filter während
der Benutzung des Strahlers nicht herausfallen kann, sind an vier Stellen des Kelches,
gegenüber den Federn 21 versetzt, mittels Niete 25 federnde Winkel 26 angeheftet.
An Stelle solcher federnder Zurückhalteelemente könnte man selbstverständlich auch
Auswechselfilter mit Bajonettverschluß wählen.
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Der Erfindungsgegenstand kann durch andere, nicht beschriebene zusätzliche
Ausgestaltungen des Strahlers verbessert werden. Als Beispiel sei nur noch die Möglichkeit
angeführt, in den Bereich der durch eine Luftkonvektionskammer nach Fig. 1 und 2
aufsteigenden Luft eine UV-Strahlenquelle zur Luftentkeimung zu legen, was für Krankenhäuser,
Säuglingsheime usw. spezifische Vorteile bietet, ohne den Apparat allzusehr zu verteuern.
Wesentlich ist aber immer, daß das den bzw. die Heizdrähte aufnehmende Trägermaterial
nicht undurchlässig ist für die IR-Kurzwellen.