DE19812188C1 - Electrically powered tubular ceramic IR emitter for heating and drying materials - Google Patents
Electrically powered tubular ceramic IR emitter for heating and drying materialsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch betreibbaren, stabförmigen keramischen Infrarotstrahler mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to an electrically operated, rod-shaped ceramic infrared radiators with those in the preamble of claim 1 specified features.
Aus der DE 196 15 243 C1 ist ein elektrisch betreibbarer, stab förmiger keramischer Infrarotstrahler bekannt, der ein Träger rohr aus keramischer Masse und eine auf das Trägerrohr aufge wickelte Heizwendel aufweist. Das Trägerrohr besteht aus gasdicht gesintertem Al2O3. Die Heizwendel besteht aus einem hochschmelzenden, unedlen Metall. Die Heizwendel ist von einer Überzugsschicht aus keramischer Masse abgedeckt und so auf dem Trägerrohr gehalten. Es sind Anschlußdrähte aus einem hoch schmelzenden Edelmetall vorgesehen, die mit der Heizwendel unter der Überzugsschicht elektrisch leitend verbunden sind, über welche die Energiezufuhr zu der Heizwendel erfolgt. Diese Anschlußdrähte können aus Platin oder Platinrhodium bestehen. Die Überzugsschicht kann zumindest auf ihrer äußeren Oberfläche schwarz eingefärbt sein. Damit wird ein stabförmiger langge streckter Infrarotstrahler gebildet, der im wesentlichen aus dem Trägerrohr und der aufgewickelten Heizwendel besteht und so eingesetzt wird. Das Trägerrohr kann in seinen beiden Endbe reichen je einen Sockel aufweisen, durch die die Anschlußdrähte geführt sind. Der Infrarotstrahler läßt aufgrund seines kleinen Durchmessers eine gute Bündelung der Strahlung beim Einbau in parabolische bzw. elipsoide Reflektoren zu. Es ist möglich, ein Reflektorblech mit den Sockeln lösbar zu verbinden und so einen Teil der Strahlung zu reflektieren. Dieser bekannte Infrarot strahler kann innerhalb von ca. 30 sec. seine Betriebstemperatur von ca. 1.100°C erreichen. Es sind Strahlungsleistungen bis zu 50 W/cm Glühlänge erzielbar.From DE 196 15 243 C1 an electrically operable, rod-shaped ceramic infrared radiator is known which has a carrier tube made of ceramic material and a heating coil wound up on the carrier tube. The carrier tube consists of gas-tight sintered Al 2 O 3 . The heating coil consists of a high-melting base metal. The heating coil is covered by a coating layer made of ceramic material and thus held on the support tube. There are connecting wires made of a high-melting noble metal, which are electrically conductively connected to the heating coil under the coating layer, via which the energy supply to the heating coil takes place. These connecting wires can consist of platinum or platinum rhodium. The coating layer can be colored black at least on its outer surface. So that a rod-shaped elongated infrared radiator is formed, which consists essentially of the support tube and the wound heating coil and is used. The carrier tube can have a base in both of its two ends, through which the connecting wires are guided. Due to its small diameter, the infrared radiator allows the radiation to be well bundled when installed in parabolic or elipsoid reflectors. It is possible to releasably connect a reflector plate to the bases and thus reflect part of the radiation. This known infrared radiator can reach its operating temperature of approx. 1,100 ° C within approx. 30 seconds. Radiant powers of up to 50 W / cm incandescent length can be achieved.
Aus der DE-Z: Elektrizitätsverwertung, 1946/47, Nr. 11/12 ist es bekannt, bei der Reflexion von Infrarotstrahlen Reflektoren ein zusetzen, die mit einem mechanisch oder elektrolytisch aufge brachten Goldbelag versehen sind. Gold, Kupfer und Silber weisen bezüglich der Reflexion die günstigsten Eigenschaften auf.From DE-Z: Elektrizitätsverwertung, 1946/47, No. 11/12 it is known in the reflection of infrared rays reflectors add up with a mechanically or electrolytically brought gold plating are provided. Show gold, copper and silver the most favorable properties in terms of reflection.
Aus dem DE-GM 19 78 757 ist ein elektrisch beheizbarer Wärme strahler bekannt, bei dem ein Reflektor aus Quarzgut, beispiels weise in Form einer Rohrhalbschale, mit einem oder mehreren Strahlerelementen verschmolzen ist. Das Strahlerelement kann aus einem Hüllrohr aus durchsichtigem Quarzglas bestehen, in welchem ein Heizleiter, beispielsweise eine Heizwendel, angeordnet ist. Der Reflektor ist konkav gekrümmt und auf der den Hüllrohren abgewandten Seite mit einem Reflexionsbelag aus Gold versehen. Ein solcher Wärmestrahler besitzt eine hohe mechanische Stabilität.From DE-GM 19 78 757 is an electrically heatable heat spotlight known, in which a reflector made of quartz material, for example wise in the form of a pipe half-shell, with one or more Radiator elements is fused. The radiator element can be made a cladding tube made of transparent quartz glass, in which a heating conductor, for example a heating coil, is arranged. The reflector is concavely curved and on the cladding tubes facing side with a reflection coating made of gold. Such a heat radiator has a high mechanical Stability.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stabförmigen keramischen Infrarotstrahler der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der eine besonders hohe Leistungsdichte - etwa bis zu 100 kw/m2 - aufweist und geeignet ist, am Bestrahlungsgut Temperaturen bis zu etwa 700°C zu erreichen.The invention has for its object to provide a rod-shaped ceramic infrared radiator of the type described above, which has a particularly high power density - about up to 100 kw / m 2 - and is suitable to reach temperatures up to about 700 ° C on the material to be irradiated.
Erfindungsgemäß wird dies bei dem Infrarotstrahler der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß der Reflektor als Form körper aus keramischem Material ausgebildet und auf seiner dem Trägerrohr mit der Heizwendel zugekehrten Seite goldbeschichtet ist, und daß das Trägerrohr mit der Heizwendel im Bereich der Brennlinie des Reflektors angeordnet ist.According to the invention this is the case with the infrared radiator described type achieved in that the reflector as a shape body made of ceramic material and on its Gold-plated support tube with the heating coil facing side is, and that the support tube with the heating coil in the area of Focal line of the reflector is arranged.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, einen keramischen Infrarotstrahler zu schaffen, der als wesentliches Element einen Heizstab aus einem Trägerrohr mit einer aufgewickelten Heiz wendel aufweist. Der Heizstab besitzt eine langgestreckte Gestalt, wobei die Länge wesentlich größer als der Durchmesser des Trägerrohres bzw. der Heizwendel ist. Die aus einem Wider standsdraht gewickelte Heizwendel wird von einer überzugsschicht auf dem Trägerrohr gehalten und umschlossen, wobei die Überzugs schicht die einzelnen Windungen der Heizwendel auf gegenseitigem Abstand hält und fixiert. Der Reflektor ist als Formkörper aus keramischem Material ausgebildet und hat die Aufgabe, die von dem Heizstab ausgesandte Infrarotstrahlung weitgehend parallel auf das zu erwärmende Gut zu richten.The invention is based on the idea of a ceramic To create infrared radiator, which is an essential element Heating rod from a carrier tube with a wound heater has spiral. The heating element has an elongated one Shape, the length being much greater than the diameter of the support tube or the heating coil. The one from a contra The filament wound heating coil is covered by a coating layer held on the support tube and enclosed, the coating layer the individual turns of the heating coil on each other Keeps distance and fixed. The reflector is made as a molded body ceramic material and has the task of infrared radiation emitted to the heating element largely in parallel to be directed towards the goods to be heated.
Der Reflektor weist auf seiner dem Heizstab zugekehrten Seite eine Goldbeschichtung auf. Ziel ist es, hier optimale Refle xionseigenschaften zu schaffen und eine Oxidbildung, wie sie bei Reflektoren aus Metall auftritt, an diesem Bauteil zu vermeiden. Auf der dem Trägerrohr mit der Heizwendel abgewandten Seite befinden sich Befestigungssockel, die den Einbau z. B. in ein Metallblech ermöglichen. Der Infrarotstrahler wird mit Befesti gungsfedern im Metallblech gesichert. Durch die keramischen Befestigungssockel werden die Anschlußleitungen geführt. Jede Anschlußleitung ist mit Isolierperlen und einer Aderendhülse geschützt.The reflector has on its side facing the heating element a gold coating. The aim is to find optimal refle to create xion properties and an oxide formation, as in Metal reflectors should be avoided on this component. On the side facing away from the support tube with the heating coil are mounting base, which the installation z. B. in a Allow metal sheet. The infrared heater is attached springs secured in the metal sheet. Through the ceramic The connecting leads are attached to the mounting base. Each Connection cable is with insulating beads and a ferrule protected.
Alle diese Einzelheiten zielen darauf ab, eine möglichst hohe Leistungsdichte und - je nach Abstand zu dem zu bestrahlenden Gut - Gutstemperaturen bis in den Bereich von 700°C zu erzielen. Der so geschaffene neue Infrarotstrahler ist ein Hochleistungsstrahler. Er läßt sich von 20°C in einer Aufheiz zeit unter 1 min. bis auf etwa 1.000°C aufheizen. Er gestattet Dauerbetriebstemperaturen bis zu 1.100°C und besitzt einen Strahlungswirkungsgrad bis zu 80%. Da sowohl das Trägerrohr des Heizstabes wie auch der den Reflektor bildende Formkörper aus keramischem Material bestehen, wird eine Baueinheit geschaffen, die auf hervorragende Weise thermische und mechanische Stabili tät mit optimaler Strahlungsverteilung und ausgeprägter Richt wirkung verbindet. Der neue Infrarotstrahler kann mit Hilfe metallischer Montageprofile auf einfache Weise zu Strahlungs feldern beliebiger Größe zusammengebaut werden.All of these details aim to be as high as possible Power density and - depending on the distance to the one to be irradiated Good - Good temperatures in the range of 700 ° C too achieve. The new infrared emitter created in this way is a High power radiator. It can be heated from 20 ° C time less than 1 min. Heat up to about 1,000 ° C. He allows Continuous operating temperatures up to 1,100 ° C and has one Radiation efficiency up to 80%. Since both the support tube of the Heating rod as well as the molded body forming the reflector ceramic material, a structural unit is created, the excellent thermal and mechanical stabili with optimal radiation distribution and pronounced direction effect connects. The new infrared heater can help metallic mounting profiles to radiation in a simple way fields of any size can be assembled.
Der Reflektor ist als Formkörper mit parabolischem Querschnitt ausgebildet. Im Bereich der Brennlinie des Reflektors befindet sich das Trägerrohr mit der Heizwendel.The reflector is a shaped body with a parabolic cross section educated. Located in the focal line of the reflector the support tube with the heating coil.
Die Baueinheit aus Trägerrohr mit Heizwendel und Reflektor weist langgestreckte Gestalt auf. Diese langgestreckte schlanke Ge stalt erbringt die Möglichkeit, mehrere solche Infrarotstrahler hinter- und/oder nebeneinander gruppenweise einzubauen, um damit Strahlungsfelder beliebiger Abmessungen zu realisieren. The unit consists of a support tube with a heating coil and reflector elongated shape. This elongated, slender Ge stalt provides the possibility of several such infrared emitters to be installed in series and / or next to each other in order to Realize radiation fields of any dimensions.
Die Heizwendel kann aus einem Widerstandsdraht aus einer Cr-Al- Fe-Legierung bestehen. Der Widerstandsdraht besteht somit aus einer vergleichsweise unedlen Metallegierung. Dies ist aber unerheblich, weil der widerstandsdraht von der Überzugsschicht aus keramischer Masse gegen Oxidation geschützt ist.The heating coil can be made of a resistance wire made of a Cr-Al Fe alloy exist. The resistance wire thus consists of a comparatively base metal alloy. But this is irrelevant because of the resistance wire from the coating layer from ceramic mass is protected against oxidation.
Die Überzugsschicht kann aus einer glasig-kristallinen Schmelze des Dreistoffsystems Al2O3-SiO2-CaO bestehen, wobei das Al2O3 in einem Anteil von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% vorgesehen ist.The coating layer can consist of a glassy-crystalline melt of the three-substance system Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO, the Al 2 O 3 being provided in a proportion of 20% by weight to 80% by weight.
Die Überzugsschicht sollte eine Dicke von etwa 0,1 mm bis 0,8 mm aufweisen. Wichtig ist dabei, daß die Heizwendel mit ihrer gesamten Oberfläche in die Überzugsschicht eingebettet bzw. von dieser umschlossen ist.The coating layer should have a thickness of about 0.1 mm to 0.8 mm exhibit. It is important that the heating coil with their entire surface embedded in the coating layer or from this is enclosed.
Die zur Verbesserung der spektralen Leistungsverteilung schwarz eingefärbte Überzugsschicht weist einen etwa 5%igen bis 30%igen Zusatz eines Farbkörpergemisches aus zum Beispiel Eisenoxid, Kobaltoxid und Manganoxid auf.The black to improve the spectral power distribution colored coating layer has an approximately 5% to 30% Addition of a color body mixture of, for example, iron oxide, Cobalt oxide and manganese oxide.
Der Reflektor weist Seitenwände auf, in denen das Trägerrohr mit der Heizwendel gelagert ist. Zur Lagerung des Trägerrohres mit der Heizwendel in den Seitenwänden des Reflektors können Befestigungsröhrchen vorgesehen sein, die in das Trägerrohr ein greifen. Die Befestigungsröhrchen können auch die Seitenwände des Reflektors durchsetzen. Zur Kompensation der unterschiedli chen thermischen Ausdehnungen des Trägerrohres und des Reflek tors werden die Befestigungsröhrchen wahlweise im Trägerrohr oder in der Seitenwand des Reflektors mittels eines keramischen Klebers festgelegt. Da das Trägerrohr und die Befestigungs röhrchen offen sind, kann seitlich ein Thermoelement in den Infrarotstrahler eingeführt werden. In Verbindung mit einem Temperaturregler und elektrischen Schaltgliedern ist ein gere gelter Betrieb einzelner oder ganzer Gruppen von derartigen Infrarotstrahlern möglich. Dieses gewährleistet einen optimalen Energieeinsatz bei der Erwärmung und Trocknung von Gütern.The reflector has side walls in which the support tube with the heating coil is stored. For storing the carrier tube with the heating coil in the side walls of the reflector Attachment tubes can be provided, which in the carrier tube to grab. The mounting tubes can also be the side walls of the reflector. To compensate for the different Chen thermal expansion of the support tube and the reflect The mounting tubes are optionally in the support tube or in the side wall of the reflector by means of a ceramic Glue set. Because the support tube and the attachment tubes are open, a thermocouple can be inserted into the side of the Infrared heaters are introduced. In connection with one Temperature controller and electrical switching elements is a more common valid operation of individual or whole groups of such Infrared radiators possible. This ensures an optimal one Use of energy for heating and drying goods.
Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:The invention is based on a preferred embodiment further explained and described. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Infrarotstrahler und Fig. 1 shows a longitudinal section through the infrared radiator and
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Infrarotstrahler. Fig. 2 shows a cross section through the infrared radiator.
Der in den Figuren dargestellte Infrarotstrahler weist als wesentliches Element ein Trägerrohr 1 auf, welches aus gesinter tem Al2O3 besteht. Auf das Trägerrohr 1 ist eine Heizwendel 2 in einer entsprechenden Anzahl von Windungen aufgewickelt, und zwar so, daß die einzelnen Windungen auf Abstand nebeneinanderliegen. Die Windungen der Heizwendel 2 sind von einer Überzugsschicht 3 aus keramischer Masse umschlossen und gehalten. Die Überzugs schicht 3 ist vorzugsweise schwarz eingefärbt.The infrared radiator shown in the figures has, as an essential element, a carrier tube 1 which consists of sintered Al 2 O 3 . A heating coil 2 is wound onto the carrier tube 1 in a corresponding number of turns, in such a way that the individual turns lie next to one another at a distance. The turns of the heating coil 2 are enclosed and held by a coating layer 3 made of ceramic mass. The coating layer 3 is preferably colored black.
Ein weiteres wesentliches Element des stabförmigen Infrarot strahlers ist ein Reflektor 4, der als Formkörper aus kera mischem Material ausgebildet ist. Dieser Formkörper besitzt insbesondere einen parabolischen Querschnitt, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, wobei das Trägerrohr 1 mit seiner Achse in der Brennlinie 5 des parabolischen Querschnittes des Reflektors angeordnet ist. Die dem Trägerrohr 1 mit der Heizwendel 2 zugekehrte Innenseite des Reflektors 4 ist mit einer Goldschicht 6 versehen. Diese dient dazu, optimale Reflexionseigenschaften bereitzustellen. Zur Lagerung des Trägerrohres 1 in dem Reflektor 4 sind Befestigungsröhrchen 7 vorgesehen, also kurze Rohrabschnitte aus keramischem Material, die sowohl einerseits in das hohle Trägerrohr 1 eingreifen und andererseits eine Durchbrechung in der Seitenwandung des Reflektors 4 durchsetzen. Über einen keramischen Kleber 8 ist entweder das Befestigungs röhrchen 7 mit dem Trägerrohr verklebt, oder die Verklebung findet in der Seitenwand des Reflektors 4 statt. Auf diese Weise kann dem unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten des Trägerrohrs 1 und des Reflektors 4 Rechnung getragen werden. Da sowohl das Befestigungsröhrchen 7 wie auch das Trägerrohr 1 hohl ausgebil det sind, besteht die Möglichkeit, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Thermoelement 9 seitlich einzuführen, um damit die Betriebs temperatur des Trägerrohres 1 mit der Heizwendel 2 zu überwachen.Another essential element of the rod-shaped infrared radiator is a reflector 4 , which is designed as a shaped body made of ceramic material. This shaped body has in particular a parabolic cross section, as can be seen from FIG. 2, the support tube 1 being arranged with its axis in the focal line 5 of the parabolic cross section of the reflector. The inside of the reflector 4 facing the support tube 1 with the heating coil 2 is provided with a gold layer 6 . This serves to provide optimal reflection properties. For mounting the support tube 1 in the reflector 4 , fastening tubes 7 are provided, that is to say short tube sections made of ceramic material, which both engage in the hollow support tube 1 on the one hand and penetrate an opening in the side wall of the reflector 4 on the other hand. Via a ceramic adhesive 8 , either the fastening tube 7 is glued to the carrier tube, or the gluing takes place in the side wall of the reflector 4 . In this way, the different expansion behavior of the carrier tube 1 and the reflector 4 can be taken into account. Since both the mounting tube 7 and the carrier tube 1 are hollow ausgebil det, there is the possibility, as shown in Fig. 1, to insert a thermocouple 9 laterally so that the operating temperature of the carrier tube 1 with the heating coil 2 can be monitored.
Es sind zwei Befestigungssockel 10 vorgesehen, die den Form körper des Reflektors 4 in den Endbereichen durchsetzen und andererseits die Montage des Infrarotstrahlers relativ zu einem Metallblech 11 gestatten. Für die Befestigung der Befestigungs sockel 10 an dem Metallblech 11 sind Befestigungsfedern 12 vorgesehen, wie dies an sich bekannt ist. Die Befestigungssockel 10 dienen auch zur Durchführung der Anschlußleitungen 13 in den beiden Endbereichen, die mit der Heizwendel Kontakt haben oder direkt aus dem gleichen Material wie die Heizwendel 2 bestehen. Die Anschlußleitungen 13 sind mit Isolierperlen 14 und je einer Aderendhülse 15 geschützt.There are two mounting bases 10 which enforce the shape of the reflector 4 in the end regions and on the other hand allow the installation of the infrared radiator relative to a metal sheet 11 . For the attachment of the mounting base 10 on the metal sheet 11 mounting springs 12 are provided, as is known per se. The mounting base 10 also serve to carry out the connecting lines 13 in the two end regions which are in contact with the heating coil or are made directly from the same material as the heating coil 2 . The connecting lines 13 are protected with insulating beads 14 and one ferrule 15 each.
11
- Trägerrohr
- support tube
22nd
- Heizwendel
- heating coil
33rd
- überzugsschicht
- coating layer
44th
- Reflektor
- reflector
55
- Brennlinie
- focal line
66
- Goldschicht
- Gold layer
77
- Befestigungsröhrchen
- mounting tube
88th
- Kleber
- Glue
99
- Thermoelement
- thermocouple
1010th
- Befestigungssockel
- mounting base
1111
- Metallblech
- Metal sheet
1212th
- Befestigungsfeder
- mounting spring
1313
- Anschlußleitung
- connecting line
1414
- Isolierperle
- insulating bead
1515
- Aderendhülse
- ferrule
Claims (8)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |