DE19841674A1

DE19841674A1 - Elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler

Info

Publication number: DE19841674A1
Application number: DE1998141674
Authority: DE
Inventors: Manfried Steinmetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2018-09-12
Also published as: DE19841674B4

Abstract

Ein elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler (1) weist einen als Hohlkörper ausgebildeten Strahlungskörper (2) aus keramischem Material auf, der eine Wendelplatte (3), einen darin eingebetteten Widerstandsdraht (5), eine im wesentlichen ebene, im Umriß etwa rechteckig begrenzte Strahlungsfläche (7) und einen Strahlerrücken (4) auf, der mit der Wendelplatte (3) einen Hohlraum (11) umschließt, der mit einem wärmeisolierenden Material (12) ausgefüllt ist. Die Wendelplatte (3) besteht aus schwarz eingefärbtem Material oder ist zumindest auf ihrer die Strahlungsfläche (7) bildenden Oberfläche mit einer schwarzen Glasur (8) beschichtet. Der Strahlerrücken (4) ist mit einer Metallschicht (10) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren, flächigen Infrarotstrahler, mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Strah lungskörper aus keramischem Material, der eine Wendelplatte, einen darin eingebetteten Widerstandsdraht, eine im wesentlichen ebene, im Umriß etwa rechteckig begrenzte Strahlungsfläche und einen Strahlerrücken aufweist, der mit der Wendelplatte einen Hohlraum umschließt, der mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt ist. Solche keramischen Infrarotstrahler werden bei der Erwärmung technischer Güter eingesetzt. Der zur Beheizung erforderliche Widerstandsdraht ist in Form einer Wendel in die keramische Masse eingebettet. Die Einbettung der Wendel schützt vor äußerer Beschädigung und erlaubt zudem den Betrieb in allen Lagen. Solche Infrarotstrahler können in beliebiger Form herge stellt werden. Die zu installierende Leistung richtet sich nach den zu erwärmenden Materialien und deren Eigenschaften.

Ein Infrarotstrahler der eingangs beschriebenen Art ist aus der DE 29 19 964 C2 bekannt. Er besitzt einen als Hohlkörper ausge bildeten Strahlungskörper aus keramischem Material. Es ist eine Wendelplatte vorgesehen, die die Vorderseite des Strahlers dar stellt und in eingebauten Zustand dem zu bestrahlenden Gut zugekehrt ist. In der Wendelplatte ist ein Widerstandsdraht eingebettet. Die Wendelplatte besitzt eine im wesentlichen ebene, im Umriß rechteckig begrenzte Strahlungsfläche. Im Abstand zu der Wendelplatte weist der Strahlungskörper einen Strahlerrücken mit seitlichen Wänden auf, so daß ein umschlos sener Hohlraum gebildet wird, der mit einem wärmeisolierenden Material ganz oder teilweise ausgefüllt ist. Die von der Strahlungsfläche abgekehrte Seite des Strahlerrückens kann durch eine die Wärme reflektierende Schicht, insbesondere eine glänzende Metallfolie, z. B. Aluminiumfolie abgedeckt sein. Diese Metallfolie ist Bestandteil eines Bettes einer Anlage, in der mehrere keramische Infrarotstrahler feldweise nebeneinander angeordnet sind. Jeder eingesetzte Infrarotstrahler wird mit der rückseitigen Oberfläche seines Strahlerrückens benachbart zu der Metallfolie des Bettes montiert. Durch diese Ausbildung werden neben der Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Oberflächen temperatur der Strahlungsfläche Wärmeverluste, insbesondere in Richtung Befestigungsfläche und Verdrahtungsraum der Anlage, verringert. Auf diese Weise wird Energie gespart. Die auf der Rückseite des Strahlers im Bereich des Bettes eingesetzte Metallfolie deckt auch die zwischen den Infrarotstrahlern verbleibenden Spalte ab. Die Metallfolie kann auf ihrer Rück seite mit einem Wärmedämmstoff belegt sein, den sie durch ihre eigene Formgebung an Ort und Stelle hält. Durch diese Maßnahme sind die rückseitigen Wärmeverluste dieser Infrarotstrahler in der damit besetzten Anlage deutlich gesenkt. Die Strahlungs eigenschaften dieser keramischen Infrarotstrahler blieben jedoch unverändert, d. h. sie wurden selbst nicht verbessert.

Aus der DE 196 15 243 C1 ist ein elektrisch betreibbarer, stab förmiger Infrarotstrahler bekannt, der ein Trägerrohr aus kera mischer Masse aufweist, auf dem eine Heizwendel aufgewickelt ist. Die Heizwendel ist von einer Überzugsschicht aus keramisch er Masse abgedeckt und gehalten. Die Heizwendel besteht aus einem hochschmelzenden, unedlen Metall. Die Überzugsschicht besteht aus einer glasig-kristallinen Schmelze des Dreistoff systems Al₂O₃-SiO₂-CaO. Die Überzugsschicht umschließt die Heiz wendel auf ihrer gesamten Länge vollständig und gasdicht. Ein solcher stabförmiger keramischer Intrarotstrahler erreicht beim Aufheizen seine Betriebstemperatur von ca. 1100°C in einer Zeitspanne von ca. 30 Sekunden, ohne daß es zu einer Rißbildung in Folge von Materialspannungen kommt. Der Infrarotstrahler besitzt vorteilhaft ein kleines Bauvolumen. Mit ihm sind Strah lungsleistungen bis zu 50 W/cm Glühlänge erzielbar. Die auf der Strahlungsfläche des Trägerrohres angeordnete Überzugsschicht kann auf ihrer äußeren Oberfläche schwarz eingefärbt sein. Die schwarz eingefärbte Überzugsschicht kann einen etwa 5 bis 10%igen Zusatz eines Farbkörpergemisches aus z. B. Eisen-, Kobalt- und Manganoxid aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flächigen Infra rotstrahler der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, der ein hohe Flächenleistungsdichte aufweist. Unter einer hohen Flächenleistungsdichte wird eine solche verstanden, die im Bereich von 80 bis 100 kW/m² liegt.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem Infrarotstrahler der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Wendelplatte aus schwarz eingefärbtem Material besteht oder zumindest auf ihrer die Strahlungsfläche bildenden Oberfläche mit einer schwarzen Glasur beschichtet ist, und daß der Strahlerrücken mit einer Metallschicht versehen ist.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Emissionseigen schaften des Strahlers auf der Strahlungsfläche zu verbessern und gleichzeitig die Abstrahlung im Bereich des Strahlerrückens zu minimieren. Hierzu kann die Wendelplatte ganz oder teilweise, d. h. in einer ihre Oberfläche bildenden Schicht, aus schwarz eingefärbtem Material bestehen. Zumindest muß aber die die Strahlungsfläche bildende Oberfläche der Wendelplatte aus einem solch schwarz eingefärbten Material bestehen oder mit einer schwarzen Glasur beschichtet sein. Schwarz beschreibt hierbei das Abstrahlungsverhalten im Vergleich zum idealen schwarzen Strahler. Die optische Erscheinung kann dabei durchaus von der Farbe schwarz abweichen, z. B. dunkelblau, grünlich oder auch glänzend sein. Durch diese Angleichung an den idealen schwarzen Strahler wird die Oberflächentemperatur der Strahlungsfläche der Wendelplatte bei gleich bleibender Leistung deutlich gesenkt. Hieraus ergibt sich umgekehrt die Möglichkeit, bei gleichblei bender Oberflächentemperatur die installierbare Leistung erheb lich zu erhöhen. Während die Verbesserung der Strahlungseigen schaften auf der Vorderseite des Strahlers erstrebenswert ist, gilt für die Rückseite des Strahlers das Gegenteil: Die Abstrah lung sollte hier minimal sein. Dies wird dadurch erreicht, daß der Strahlerrücken auf seiner äußeren Oberfläche eine Metall schicht trägt, die ein signifikantes Reflexionsvermögen auf weist. Durch diese reflektierende Metallschicht sinkt die Ab strahlung des Strahlers im Bereich des Strahlerrückens auf we niger als 10% gegenüber der schwarzen Schicht auf der Vorder seite des Strahlers.

Der neue Infrarotstrahler weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch den beschriebenen Aufbau erhält er einen sehr hohen Strah lungswirkungsgrad. Ca. 98% der Gesamtstrahlung wird nach vorn und nur ca. 2% nach hinten abgegeben, während bisher im Stand der Technik eine Aufteilung von 85% nach vorn und 15% nach hinten bereits als günstig angesehen wurde. Der neue Strahler besitzt auch eine vergleichsweise kürzere Aufheizzeit. Die Auf heizfunktion hat eine Zeitkonstante von etwa 1,2 min. (63% vom Endwert). Weiterhin ist vorteilhaft, daß trotz hoher Flächen leistungsdichte die Oberflächentemperatur des Infrarotstrahlers nur bei etwa 900°C liegt, also vergleichsweise niedriger als bei dem beschriebenen stabförmigen Infrarotstrahler. Die mit dem neuen Infrarotstrahler erzielbare Steigerung der Flächenlei stungsdichte von etwa 60 auf etwa 100 kW/m² ist ein überraschen des Ergebnis und ein unerwarteter Vorteil seines zielgerichteten Aufbaus. Die Verwendung von wärmeisolierendem Material im Hohl raum zwischen Wendelplatte und Strahlerrücken gestattet es, die Metallschicht auf der Rückseite des Strahlerrückens anzubringen, die auch bei Glüh- bzw. Betriebstemperatur des Strahlers bestän dig ist und bleibt.

Der Strahlerrücken sollte eine Glasur aufweisen, auf der die Metallschicht angeordnet ist. Die Glasurschicht umhüllt damit nicht nur das keramische Material des Strahlers im Bereich des Strahlerrückens, sondern bildet gleichzeitig eine Haftschicht für die Aufbringung der Metallschicht. Die Metallschicht kann aus Gold, Platin oder einem anderen Edelmetall bestehen. Beson ders günstig sind dabei diese Edelmetalle wegen ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit. Aufgrund seiner guten Verarbeitbar keit und Beständigkeit bei hohen Temperaturen erfüllt Gold als Edelmetall die Forderung niedriger Abstrahlung am besten. Es gewährleistet auch, daß seine Oberfläche auch bei höheren Temperaturen blank bleibt und nicht oxidiert.

Es ist vorteilhaft, wenn die Strahlungsfläche der Wendelplatte entsprechend der Anordnung des Widerstandsdrahtes verrippt ausgebildet ist. Dies trägt zur Vergrößerung der Oberfläche, zur Reduzierung der Oberflächentemperatur und damit letztlich zu einer Erhöhung der Lebensdauer bei.

Der Strahlerrücken sollte vorteilhaft im wesentlichen eben ausgebildet und mit der Wendelplatte dauerhaft verbunden sein.

Die Dimensionierung und Ausgestaltung kann so getroffen sein, daß die Höhe des Hohlraums zwischen Wendelplatte und Strahler rücken etwa der Dicke der Wendelplatte entspricht. Damit ent steht ein flacher Infrarotstrahler, der nicht nur optimierte technische Eigenschaften aufweist, sondern darüber hinaus noch ein gefälliges Aussehen besitzt.

Das schwarz eingefärbte Material der Wendelplatte oder die die Strahlungsfläche bildende schwarze Glasur kann Anteile von einem oder mehreren Metalloxiden aufweisen. Als Metalloxid kann Co-, Cr-, Fe- oder Mn-Oxid Verwendung finden.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbei spieles weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorderseite eines Infrarot strahlers, und

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

In den Figuren ist ein Infrarotstrahler 1 dargestellt, der im wesentlichen aus keramischem Material besteht. Wie Fig. 2 erkennen läßt, weist der Infrarotstrahler 1 einen Strahlungs körper 2 auf. Der Strahlungskörper 2 ist aus Wendelplatte 3 und einem Strahlerrücken 4 zusammengesetzt. Sowohl bei der Wendel platte 3 wie auch dem Strahlerrücken 4 handelt es sich um Form teile aus keramischem Material, die zunächst getrennt herge stellt und innerhalb des Zusammenbaus des Infrarotstrahlers dauerhaft miteinander verbunden werden. Die Wendelplatte 3 und der Strahlerrücken 4 sind als dünnwandige Formteile ausgebildet. In die Wendelplatte 3 ist ein wendelförmiger Widerstandsdraht 5 eingebettet und meanderförmig angeordnet. Der Verlauf des Widerstandsdrahtes 5 ist insbesondere aus Fig. 1 erkennbar. Die Wendelplatte 3 ist an den Stellen, an denen sich der Wider standsdraht 5 befindet, sowie in dem umlaufenden Randbereich mit Rippen 6 versehen, um einerseits die Dicke der Wendelplatte 3 möglichst dünn zu halten und andererseits den Widerstandsdraht 5 vollständig einzubetten. Durch die verrippte Ausbildung der Wendelplatte 3 wird auch schließlich deren Oberfläche vergrö ßert. Die Wendelplatte 3 bildet mit ihrer dem zu bestrahlenden Gut zugekehrten Vorderseite eine Strahlungsfläche 7.

Die Wendelplatte 3 kann insgesamt aus schwarz eingefärbtem keramischen Material bestehen. Die diesbezügliche Angleichung an einen schwarzen Strahler kann durch Hinzufügen von Metalloxiden erreicht werden. Es ist aber auch möglich, die Wendelplatte 3 schichtweise aufzubauen und nur die Oberflächenschicht, die die Strahlungsfläche 7 bildet aus einem solchen schwarz eingefärbten Material herzustellen. Eine dritte Möglichkeit besteht schließ lich darin, eine schwarze Glasur 8 auf die freie Oberfläche der Wendelplatte 3 aufzubringen, die dann die Strahlungsfläche 7 bildet.

Der Strahlerrücken 4 ist ebenfalls als Formteil aus keramischen Material ausgebildet. Der Strahlerrücken 4 weist auf seiner nach rückwärts gekehrten Oberfläche des Infrarotstrahlers eine Glasur 9 und darauf eine Metallschicht 10 auf. Die Metallschicht 10 be steht aus metallisch-blankem Metall, insbesondere Gold, Platin oder einem anderen Edelmetall. Die Metallschicht 10 sorgt dafür, daß der Strahlerrücken 4 nur einen geringen Bruchteil der ent wickelten Wärme nach hinten abstrahlt.

Sowohl die Wendelplatte 3 wie auch der Strahlerrücken 4 sind im wesentlichen eben und plattenförmig ausgebildet. Sie sind in ih ren Randbereichen miteinander dauerhaft verbunden, wobei sie ei nen Hohlraum 11 umschließen, der mit wärmeisolierendem Material 12 ausgefüllt ist. Dabei kann es sich um einen Wärmedämmstoff auf Faserbasis handeln.

Auf der Rückseite des Strahlerrückens 4 ist schließlich noch ein Sockel 13 angeordnet bzw. befestigt, durch den die Anschluß litzen 14 des Widerstandsdrahtes 5 hindurch in den Hohlraum 11 geführt sind.

Der auf diese Weise aufgebaute Infrarotstrahler 1 sendet im Betrieb ca. 98% der Gesamtstrahlung über seine Strahlungsfläche 7 nach vorn aus, während er über die Metallschicht 10 auf der Rückseite des Strahlerrückens 4 nur ca. 2% nach hinten abgibt.

Der Infrarotstrahler 1 besitzt mit seiner schwarzen Strahlungs fläche 7 und seiner blanken Metallschicht 10, die im Verbin dungsbereich zwischen Wendelplatte 3 und Strahlerrücken 4 direkt aneinander stoßen können, auch ein gefälliges und charakte ristisches Aussehen. Es wird eine flache gedrungene Bauweise erzielt. Fig. 1 verdeutlicht einen etwa quadratischen Quer schnitt. Der flächige Infrarotstrahler 1 kann aber auch einen anderen Umriß, beispielsweise einen rechteckigen oder runden Umriß, aufweisen.

Bezugszeichenliste

1

Infrarotstrahler

2

Strahlungskörper

3

Wendelplatte

4

Strahlerrücken

5

Widerstandsdraht

6

Rippe

7

Strahlungsfläche

8

schwarze Glasur

9

Glasur

10

Metallschicht

11

Hohlraum

12

wärmeisolierendes Material

13

Sockel

14

Anschlußlitze

Claims

1. Elektrisch betreibbarer, flächiger Infrarotstrahler (1), mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Strahlungskörper (2) aus ke ramischem Material, der eine Wendelplatte (3), einen darin ein gebetteten Widerstandsdraht (5), eine im wesentlichen ebene, im Umriß etwa rechteckig begrenzte Strahlungsfläche (7) und einen Strahlerrücken (4) aufweist, der mit der Wendelplatte (3) einen Hohlraum (11) umschließt, der mit einem wärmeisolierenden Material (12) ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelplatte (3) aus schwarz eingefärbtem Material besteht oder zumindest auf ihrer die Strahlungsfläche (7) bildenden Ober fläche mit einer schwarzen Glasur (8) beschichtet ist, und daß der Strahlerrücken (4) mit einer Metallschicht (10) versehen ist.

2. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlerrücken (4) eine Glasur (9) aufweist, auf der die Metallschicht (10) angeordnet ist.

3. Infrarotstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Metallschicht (10) aus Gold, Platin oder einem anderen Edelmetall besteht.

4. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsfläche (7) der Wendelplatte (3) entsprechend der Anordnung des Widerstandsdrahtes (5) verrippt ausgebildet ist.

5. Infrarotstrahler nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß der Strahlerrücken (4) im wesentlichen eben ausgebildet und mit der Wendelplatte (3) dauerhaft verbunden ist.

6. Infrarotstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Hohlraums (11) zwischen Wendelplatte (3) und Strah lerrücken (4) etwa der Dicke der Wendelplatte (3) entspricht.

7. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwarz eingefärbte Material der Wendelplatte (3) oder die die Strahlungsfläche (7) bildende schwarze Glasur (8) Anteile von einem oder mehreren Metalloxiden aufweist.

8. Infrarotstrahler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxid Co-, Cr-, Fe- oder Mn-Oxid Verwendung findet.