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Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen, gekrümmten elektrischen
Infrarotstrahlers mit durch Verschmelzen verschlossenem gläsernem Gefäß Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen, gekrümmten elektrischen
Infrarotstrahlers mit durch Verschmelzen verschlossenem gläsernem Gefäß.
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Rohrförmige elektrische Infrarotstrahler sind in gerader Form bekannt:
Sie weisen ein rohrförmiges Gefäß aus hochschmelzendem Glas, wie Quarzglas, auf,
in dessen Achse ebenso wie bei rohrförmigen Glühlampen ein Wolframwendel-Leuchtkörper
angeordnet und mittels einer Anzahl von im Abstand voneinander angebrachter Stützscheiben
oder -drähten in seiner Lage gehalten wird. Der Leuchtkörper ist mit Stromzuführungen,
die in die an jedem Ende des Gefäßes befindlichen Quetschfüße eingeschmolzen sind,
verbunden. Bei der Herstellung wird das aus dem Leuchtkörper, den auf dem Leuchtkörper
angebrachten Stützen und den Stromzuführungen bestehende Gestell in das an beiden
Enden offene Gefäßrohr eingezogen. Aus den beiden Rohrenden werden die Quetschfüße
gebildet und dabei die Stromzuführungen in die Quetschfüße eingeschmolzen.
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Für viele Zwecke sind Strahler dieser Art nicht in gerader, sondern
in gekrümmter Form wünschenswert, insbesondere derart, daß sowohl gekrümmte oder
gebogene als auch gerade Abschnitte vorhanden sind, beispielsweise M- oder B-förmige
Strahler. Solche Strahler sind bisher nicht bekannt.
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Es wäre außerordentlich schwierig und würde unverhältnismäßig hohe
Kosten verursachen, das aus der Leuchtkörperwendel, ihren Stützen und den Stromzuführungen
bestehende Gestell in ein Gefäß= rohr, das in wenigstens einem Abschnitt seiner
Länge gebogen ist, einzuf'ü'hren und in die richtige Lage zu bringen.
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Ziel der Erfindung ist ein einfaches und zweckmäßiges Verfahren zum
Herstellen von Infrarotstrahlern der beschriebenen Art, die in wenigstens einem
Abschnitt ihrer Länge gebogen sind.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen, gekrümmten
elektrischen Infrarotstrahlers mit einem durch Verschmelzen verschlossenen gläsernen
Gefäß, das eine inerte Gasfüllung und einen sich frei über die Rohrlänge erstreckenden,
in der Rohrachse angeordneten, von den Gefäßwänden im Abstand gehaltenen Leuchtkörper
enthält und aus einem hochschmelzendem Glas besteht, das bei normalem Strahlerbetrieb
mit Nennspannung eine Temperatur von wenigstens 500° C annimmt, besteht die Erfindung
darin, daß zum Biegen des Strahlers in wenigstens einem Abschnitt der Rohrlänge
in diesem Gefäßabschnitt wenigstens drei Stützen für den Leuchtkörper im Abstand
voneinander angeordnet werden, der zu biegende Gefäßabschnitt nach dem endgültigen
Verschließen des Gefäßes mit einem nicht brennbaren Isoliermaterial umgeben wird,
der Strahler wenigstens eine Minute mit Nennspannung bis zur Erweichung des von
Isoliermaterial umgebenen Gefäßmaterials betrieben und der Gefäßabschnitt während
des Brennens des Strahlers in die gewünschte Gestalt gebogen wird'..
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Dadurch, daß das Gefäß auf seiner ganzen Länge erhitzt, aber nur in
dem zu biegenden Abschnitt die Temperatur bis zum Erweichen des Rohmaterials angehoben
wird, werden Spannungen im Glas vermieden.
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Es ist bekannt, Entladungslampen nach dem vollständigen und endgültigen
Verschließen des Gefäßes in eine Kreis- oder Teilkreisform zu krümmen, indem das
Gefäßrohr mit Heizdraht oder -band umwickelt und in einen vakuumdichten Metallbalg
gebracht
wird, der auf den niedrigen Innendruck der Lampe evakuiert
wird und mit> -dem die Lampe in erweichtem Zustand um eine passende Form gebogen
wird. Dabei kann die Heizwicklung mittels eines Asbestgeflechtes von dem Metallbalg
elektrisch isoliert sein.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird weder eine Heizumwicklung.
noch eine vakuumdichte Umhüllung verwandt. Ebensowenig treten bei den bekannten
Verfahren zum Krümmen von Entladungslampen die Probleme auf, einen sich über die
Rohrlänge erstreckenden Aufbau im gekrümmten Gefäß anzuordnen und den sich über
die Rohrlänge erstreckenden, in der Rohrachse angeordneten Wendelleuchtkörper beim
Biegen des Gefäßes in seiner Lage in der Rohrachse zu halten und zu verhindern,
daß er sich der Gefäßwand nähert.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Leuchtkörper in seiner.
Lage in der Rohrachse dadurch gehalten, daß in dem zu biegenden Gefäßabschnitt wenigstens
drei Stützen im Abstand voneinander angeordnet-"sind. Überraschend hat sich gezeigt,
daß das Gefäßrohr auch an den Stellen, an denen sich die Stützen mit ihren schmalen
Kanten von innen gegen die Gefäßwand legen, keine Beulen erhält, sondern zu einem
absatzlosen Bogen geformt werden kann.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
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F i g. 1 ist eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, eines U-förmigen
Infrarotstrahlers; F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines schraubenförmigen
Strahlers; F i g. 3 ist eine Seitenansicht eines wellenförmigen Strahlers; F i g.
4 ist eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, eines bekannten geraden Infrarotstrahlers,
der für die Umformung des "Gefäßes vorbereitet wird; F i g. 5 und 6 sind perspektivische
Ansichten zweier Vorrichtungen zur Herstellung gebogener Strahler, beispielsweise
der in den F i g. 2 und 3 dargestellten; F i g. 7 ist ein Längsschnitt durch eine
andere Vorrichtung zur Herstellung gebogener Strahler, beispielsweise des in F i
g. 1 hergestellten.
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Der in F i g. 4 gezeigte Strahler 10 besitzt ein gerades rohrförmiges
Gefäß 12 aus Quarz- oder Hartglas, einen sich darin erstreckenden langen Wolframwendel-Leuchtkörper
13, der mit Stromdurchführungen 16 verbunden ist. Die Stromdurchführungen 16 sind
in je einen Quetschfuß 18 an jedem Gefäßende eingeschmolzen. Der Leuchtkörper wird
mittels einer Anzahl im Abstand voneinander angeordneter Stützen 14 koaxial im Gefäßrohr
gehalten. Die Stützen 14 können z. B. Tantalscheiben oder Wolframdrahtschleifen
sein. Innerhalb der Hülle 21, die später beschrieben wird, haben die Stützen 14
kleinere Abstände voneinander als außerhalb der Hülle 21.
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Bevor das Gefäß bei der Herstellung des Strahlers abgeschmolzen wird,
wird es entlüftet und mit einem geeigneten inerten Gas wie Argon gefüllt. Der Gasdruck
in der Lampe ist etwas geringer als der atmosphärische und liegt z. B. bei 600 bis
700 mm Hg. Der Leuchtkörper ist so ausgelegt, daß er im Betrieb eine Temperatur
von. etwa 2600° K annimmt. Leistung und Strahlerabmessungen. sind so gewählt, daß
das Gefäß im Betrieb eine Temperatur von ungefähr 700° C erreicht, wenn der Strahler
bei Zimmertemperatur frei brennt. Der Gasdruck im Gefäß steigt im Betrieb des Strahlers.
Wenn der Füllgasdruck wie oben 600 bis 700 mm Hg beträgt, steigt der Gasdruck während
des Betriebes des Strahlers auf etwa 3 atm an. Strahler dieses Typs werden daher
so ausgelegt, daß das Gefäß Temperaturen über 500° C annehmen und der Druck des
Füllgases den Atmosphärendruck übersteigen kann, wenn der Strahler bei seiner Nennspannung
betrieben wird.
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Zum Biegen des beschriebenen geraden rohrförmigen Strahlers 10 wird
ein bestimmter, nicht an den Enden des Strahlers gelegener Abschnitt des Gefäßes
12 mit einem geeigneten nicht brennbaren Isoliermaterial umhüllt, das nicht an erweichtem
Quarzglas haftet, beispielsweise Asbest. In F i g. 4 ist eine solche Isolierhülle
mit 21 bezeichnet. Mit sechs oder sieben um das Gefäß gelegten Asbestschichten mit
einer Gesamtdicke der Hülle 21 von etwa 13 mm wurden gute Ergebnisse erzielt.
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Wenn der Strahler mit der Hülle 21 versehen ist, werden seine Anschlußleiter
20 an jedem Strahlerende über die Leitungen 22 und 23 mit einer geeigneten
Spannungsquelle verbunden. Der Strahler wird vorzugsweise mit seiner Nennspannung
ungefähr 1 oder 1/2 Minute betrieben. Der mit der Asbesthülle 21 versehene Gefäßabschnitt
erreicht dabei natürlich eine wesentlich höhere Temperatur als die freien Gefäßabschnitte.
Nach etwa einer Betriebsminute ist die Temperatur so hoch, daß das Quarzglas in
der-Hülle erweicht und so plastisch wird, daß das Gefäß zu der gewünschten Gestalt
gebogen. werden kann. Quarzglas beginnt bei etwa 1500° C seine Form unter dem Einfluß
der Schwere zu verlieren, so daß die Temperatur des umhüllten Gefäßabschnittes vor
dem Biegen etwa 1200- bis 1500° C beträgt.
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Zur Herstellung des in F i g. 1 dargestellten U-förmigen Strahlers
10a wird somit der hocherhitzte Mittelabschnitt des rohrförmigen Strahlers 10 mitsamt
seiner Isolierhülle 21 bei eingeschaltetem Strahler um 180° gebogen. Überraschend
stellte sich dabei heraus, daß der Strahler auf diese Weise zu einem absatzlosen
Bogen geformt werden kann, ohne daß sich das Gefäß einschnürt, an den Stützen 14
ausbeult oder an der Biegestelle irgendwelche Spannungen oder Unregelmäßigkeiten
im Quarzglas auftreten. Der Überdruck des erhitzten Füllgases verhindert nämlich
jede Faltenbildung und jedes Durchhängen des Quarzglases. Um jedoch zu verhindern,
daß der Leuchtkörper 13 a beim Biegen gegen die Innenseite der Gefäßwand 12a gedrückt
wird, ist der Abstand zwischen den Stützen 14 a im Biegeabschnitt so gewählt, daß
sich in der Biegung wenigstens drei Stützen befinden, wie in F i g. 1 erkennbar.
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Wenn der Strahler 10a abgekühlt ist und sich das Gefäß in seiner neuen
Gestalt gefestigt hat, wird die Umhüllung 21 aus Isoliermaterial entfernt.
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Es ist wichtig, das Gefäß 12 zu biegen, ohne den erweichten Abschnitt
irgendwie auseinanderzuziehen oder zusammenzudrücken, weil dadurch auch der Leuchtkörper
auseinandergezogen oder zusammengedrückt werden würde, was die Güte des Strahlers
beeinträchtigen würde. Wie F i g. 1 zeigt, ist es möglich, einen U-förmigen Strahler,
der in dem gebogenen Abschnitt wenigstens drei Stützen 14a aufweist, gemäß dem Verfahren
nach der Erfindung herzustellen, ohne den Leuchtkörper 13 a in irgendeiner
Weise zu beschädigen oder aus seiner ursprünglichen Lage koaxial zum Gefäß zu rücken.
Mit
Hilfe eines geeigneten Formbrettes oder einer Schablone für die ganze Länge des
leuchtenden Gefäßabschnittes kann der wendelförmige Strahler 10 b in F i g. 2 hergestellt
werden. Das entsprechende Formbrett 30 ist in F i g. 6 abgebildet und besteht aus
einem verhältnismäßig dicken zylindrischen Pfosten 31 und einer Grundplatte 32,
auf der der Pfosten 31. befestigt ist. Die durch eine gestrichelte Linie b angedeutete
Wendelgestalt wird erhalten durch Biegen des erweichten Abschnittes des Strahlergefäßes
um den Pfosten 31 zu einer Anzahl Windungen in gleichem Abstand voneinander.
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Auch andere Strahlerformen sind herstellbar. So zeigt F i g. 3 beispielsweise
einen wellen- oder M-förmigen Strahler. Zur Herstellung dieses Strahlers werden
mehrere Abschnitte eines geraden Strahlergefäßes mit geeignetem Isoliermaterial
umhüllt und nach Erweichung durch genügend langes Brennen des Strahlers nacheinander
mit Hilfe einer Schablone gebogen.
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F i g. 5 zeigt eine Schablone 24, mit deren Hilfe sowohl der U-förmige
Strahler in F i g. 1 als auch der wellenförmige Strahler in F i g. 3 hergestellt
werden kann. Die Schablone 24 besteht aus einer Grundplatte 25 und drei zylindrischen
Pfosten 26, 27 und 28, die auf der Grundplatte 25 im Abstand voneinander befestigt
sind.
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Grundplatte und Pfosten müssen aus nicht brennbarem Material bestehen.
Geeignet dazu ist ein im Handel unter der Bezeichnung »glass rock« erhältlicher
Quarz, der zu 99,8°/o aus Kieselsäure besteht und Spuren anderer Stoffe, hauptsächlich
Aluminiumoxyd, enthält.
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Zur Herstellung des U-förmigen Strahlers wird der erweichte Mittelabschnitt
eines geraden Strahlers um einen der Pfosten der Schablone 24 in F i g. 5 gebogen,
wie es die Strich-Punkt-Linie a andeutet.
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Ein wellenförmiger Strahler wie in F i g. 3 entsteht, wenn ein gerader
Strahler mit drei erweichten Gefäßabschnitten nacheinander um den Pfosten 26, den
Pfosten 27 und den Pfosten 28 gelegt wird, wie es die Strich-Punkt-Linie c andeutet.
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An Stelle der Umwicklung aus Isoliermaterial kann auch körniges Isoliermaterial
zur Erzielung der Wärmeisolierung in den zu erweichenden Gefäßabschnitten verwandt
werden. F i g. 7 zeigt einen oben offenen Behälter 34, in dem sich ein zylindrisches
Formstück 35 aus hitzebeständigem Material befindet, das sch von einer Behälterseitenwand
etwa horizontal in das Behälterinnere erstreckt. Der Behälter ist mit körnigem,
nicht brennbarem Isoliermaterial 36, beispielsweise aus Teilchen des obenerwähnten
Quarzes, angefüllt, so daß das Formstück 35 vollständig bedeckt ist.
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Ein gerader, betriebsfähiger Strahler 10 wird im Behälter unter
dem Formstück 35 angeordnet; er ist ebenfalls ganz mit Isoliermaterial bedeckt.
Die Anschlußleiter 20 des Strahlers werden über Leitungen 22 und 23 mit einer Spannungsquelle
wie bei der Vorrichtung in F i g. 4 verbunden, und der Strahler wird mit einer solchen
Spannung und so lange gebrannt, bis das Gefäß genügend weich zum Biegen ist. Die
Anschlußleiter 20 werden von geeigneten Werkzeugen 38 und 39 erfaßt und nach oben
gezogen, so daß der Strahler bis an das Formstück 35 gehoben und dann zu einem Bogen
geformt wird, so daß aus dem geraden Strahler beispielsweise der gestrichelt gezeichnete
U-förmige Strahler wird. Sodann wird die Spannung abgeschaltet, und der Strahler
kann abkühlen, bis das Gefäß wieder fest ist. Dann wird der Strahler aus dem Behälter
34
entfernt.
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An Stelle der Werkzeuge 38 und 39, die die Anschlußleiter 20 erfassen,
können auch andere Werkzeuge verwandt werden, die die Enden des Strahlers erfassen
und zum Biegen des Strahlers hochgezogen werden. Auf diese Weise vermeidet man mit
Sicherheit Beschädigungen der Stromdurchführungen oder Materialspannungen in den
Quetschfüßen beim Biegen des Strahlers.
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Selbstverständlich können die Strahlergefäße auch aus anderen gläsernen
Materialien als Quarzglas bestehen.
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Erforderlichenfalls können die gebogenen Abschnitte im Anschluß an
die beschriebenen Verfahrensschritte noch in bekannter Weise getempert werden, um
eventuell entstandene Materialspannungen zu beseitigen.
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Die beschriebenen Beispiele zeigen, daß mit dem Verfahren nach der
Erfindung einfach und billig rohrförmige Infrarotstrahler von nicht gerader Gestalt
hergestellt werden können. Die bei der Benutzung von vorgeformten Gefäßrohren auftretenden
Schwierigkeiten bei der Lampenherstellung werden umgangen, und es können zuvor hergestellte,
betriebsfähige, gerade Lampen mit vollständig und endgültig verschlossenen Gefäßen
in Massenherstellung in die verschiedensten Formen und Gestalten gebracht werden,
ohne daß der sich über die Rohrlänge erstreckende, in der Rohrachse im Abstand von
den Gefäßwänden angeordnete Leuchtkörper seine Lage verändert.