DE19850865A1 - Lampen- und Reflektoranordnung - Google Patents
Lampen- und ReflektoranordnungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lampen- und Reflektoranordnung (1) zur Bestrahlung von Objekten in Richtungen einer Vorderseite (8) der Anordnung, insbesondere zur Strahlungserwärmung von Objekten, mit einer Kombination einer Infrarotlampe (2) und eines Reflektors (3). Die Infrarotlampe (2) weist eine langgestreckte Infrarot-Strahlungsquelle (5) zur Emission von Infrarotstrahlung und eine langgestreckte strahlungsdurchlässige Umhüllung (4) der Infrarot-Strahlungsquelle (5) auf. Der Reflektor dient der Reflexion von nicht in Richtung der Vorderseite (8) emittierter Strahlung und erstreckt sich entlang der Infrarotlampe (2) in deren Längsrichtung. Die Reflektoroberfläche des Reflektors (3) weist quer zur Längsrichtung ein zweischenkliges, sich beidseitig der Mittelebene der Infrarotlampe (2) erstreckendes Querschnittsprofil auf, gemäß dem die Schenkel der Reflektoroberfläche von einem in der Mittelebene liegenden Scheitel (10) aus zunächst in rückwärtige, von der Vorderseite (8) der Anordnung wegweisende Richtungen verlaufen, im weiteren Verlauf, mit zunehmendem Abstand zur Mittelebene, jedoch umkehren und in zur Vorderseite (8) weisende Richtungen verlaufen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Lampen- und Reflektoranordnung zur
Bestrahlung von Objekten in Richtungen einer Vorderseite der
Anordnung, insbesondere zur Strahlungserwärmung von Objekten,
mit einer Kombination einer Infrarotlampe und eines Reflektors.
Die Infrarotlampe weist eine langgestreckte Infrarot-
Strahlungsquelle zur Emission von Infrarotstrahlung und eine
langgestreckte, strahlungsdurchlässige Umhüllung der Infrarot-
Strahlungsquelle auf. Der Reflektor dient der Reflexion von
nicht in Richtung der Vorderseite emittierter Strahlung und
erstreckt sich entlang der Infrarotlampe in deren
Längsrichtung.
Ähnliche Anordnungen sind bereits aus der Beleuchtungstechnik
bekannt, wobei jedoch anstelle einer Infrarot-Strahlungsquelle
eine Lichtquelle zur Erzeugung von sichtbarem Licht vorgesehen
ist.
Zur Strahlungserwärmung von Objekten sind bereits Anordnungen
der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, wobei die
Reflektoroberfläche des Reflektors quer zur Längsrichtung der
Infrarotlampe ein trapezförmiges Querschnittsprofil aufweist,
welches symmetrisch zu einer Mittelebene der Infrarotlampe ist.
Die Mittelebene schneidet die Infrarot-Strahlungsquelle in der
Ebene des Querschnitts bzw. erstreckt sich in Längsrichtung
durch die Infrarot-Strahlungsquelle, falls diese in gerader
Richtung verläuft. Bei dieser Lampen- und Reflektoranordnung
bildet also ein ebener Oberflächenbereich der
Reflektoroberfläche die Rückseite der Anordnung.
Soll die von der Infrarotlampe abgegebene Infrarot-Strahlung
wesentliche Strahlungsleistung im Wellenlängenbereich des
kurzen Infrarot haben (Wellenlängen kleiner als 2 µm) beträgt
die Oberflächentemperatur der Infrarot-Strahlungsquelle mehr
als 1400 K. Um diese Temperaturen zu erreichen und
aufrechtzuerhalten, ist es bei vielen Anwendungen erwünscht,
daß auch die strahlungsdurchlässige Umhüllung, insbesondere
eine Quarzglasröhre, hohe Temperaturen erreicht, oder
jedenfalls aufgrund der unvermeidbaren Absorption eines Teils
der von der Infrarot-Strahlungsquelle emittierten Strahlung
erwärmt wird.
In neuerer Zeit sind jedoch Anwendungen bekannt geworden, bei
denen es auf eine reaktionsschnelle Steuerbarkeit der
emittierten Strahlungsleistung ankommt. Für diese Anwendungen
wurde bereits vorgeschlagen, sowohl die Umhüllung als auch die
Reflektoroberfläche zu kühlen, d. h. in der Regel auf Raum-
oder Umgebungstemperatur zu halten. Auf diese Weise wird
einerseits die von der Umhüllung bzw. der Reflektoroberfläche
selbst in Richtung des zu bestrahlenden Objekts emittierte
Strahlungsleistung minimiert und wird andererseits eine
schnelle Abkühlung der Infrarot-Strahlungsquelle ermöglicht.
Für die Kühlung der Umhüllung und/oder der Reflektoroberfläche
werden bekanntermaßen Luftstrom-Kühleinrichtungen eingesetzt,
die eine Zwangskonvektions-Kühlung bewirken. Bei den bekannten
Luftstrom-Kühleinrichtungen erfolgt die Luftströmung in
Längsrichtung der Lampen- und Reflektoranordnung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lampen- und
Reflektoranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die
den Bedarf für eine Kühlung der Umhüllung der Infrarot-
Strahlungsquelle gering hält. Für den Fall, daß noch
Kühlungsbedarf besteht, soll die Lampen- und Reflektoranordnung
eine möglichst effektive Kühlung ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch eine Lampen- und Reflektoranordnung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Kerngedanken der Erfindung weist die
Reflektoroberfläche des Reflektors quer zur Längsrichtung der
Infrarotlampe ein zweischenkliges, sich beidseitig einer
Mittelebene der Infrarotlampe erstreckendes, vorzugsweise
symmetrisches, Querschnittsprofil auf. Gemäß dem
Querschnittsprofil verlaufen die Schenkel der
Reflektoroberfläche von einem in der Mittelebene liegenden
Scheitel aus zunächst in rückwärtige, von der Vorderseite der
Anordnung wegweisende Richtungen (Rückwärtsrichtungen), kehren
jedoch im weiteren Verlauf, mit zunehmendem Abstand zur
Mittelebene um und verlaufen in Richtungen der Vorderseite der
Lampen- und Reflektoranordnung (Vorwärtsrichtungen). Das Profil
ist also im wesentlichen W-förmig.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird zumindest ein Teil
der in Rückwärtsrichtungen emittierten Strahlung der
Infrarotlampe von den in Rückwärtsrichtungen verlaufenden
Oberflächenbereichen der Reflektoroberfläche derart
reflektiert, daß er nicht wieder auf die Umhüllung der
Infrarot-Strahlungsquelle trifft. Auf diese Weise wird
vermieden, daß erneut ein Teil der Strahlungsenergie dieses
Teils der Strahlung von der Umhüllung absorbiert und in Wärme
umgewandelt wird. Der Kühlbedarf ist somit gering. Insbesondere
bei trapezförmigen Reflektorprofilen mit einem sich weder in
Vorwärtsrichtungen noch in Rückwärtsrichtungen erstreckenden
Oberflächenbereich auf der Rückseite der Infrarotlampe wird
dagegen die in Richtung dieses Oberflächenbereichs emittierte
Strahlung zumindest in wesentlichen Teilen in Richtung der
Umhüllung zurückreflektiert.
Vorzugsweise verlaufen die Schenkel der Reflektoroberfläche
beidseitig der Mittelebene so weit in Vorwärtsrichtungen, daß
sich zumindest Teile der Infrarot-Strahlungsquelle zwischen den
Schenkeln befinden. Dadurch findet eine Konzentration der
Strahlung in Richtungen statt, die im Bereich der zentralen
Vorwärtsrichtungen liegen, welche parallel zur Mittelebene bzw.
Symmetrieebene der Infrarotlampe verlaufen. Anders ausgedrückt
wird die Strahlungsleistung ähnlich der Konzentrationswirkung
eines im Querschnitt parabolischen Reflektor zu einem lediglich
gering divergierenden Strahlungsbündel konzentriert. Wird also
die Bestrahlungsstärke in einer zur Mittelebene senkrechten
Bestrahlungsebene betrachtet, so nimmt die Bestrahlungsstärke
mit zunehmendem Abstand von der Mittelebene zunächst nur
geringfügig ab, um dann jenseits des Randes des konzentrierten
Strahlungsbündels mit weiter zunehmendem Abstand zur
Mittelebene steil abzufallen. Gegenüber dem parabolischen
Reflektorprofil hat das erfindungsgemäße Reflektorprofil, wie
bereits vorstehend beschrieben, den Vorteil, daß nur ein
geringer Teil der von der Reflektoroberfläche reflektierten
Strahlung zurück auf die Umhüllung fällt.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung weisen
die beiden Schenkel der Reflektoroberfläche jeweils zumindest
zwei ebene Oberflächenbereiche auf, die sich in Längsrichtung
der Infrarot-Strahlungsquelle erstrecken und die gerade
Teilstücke des Querschnittsprofils definieren. Dabei verläuft
jeweils zumindest einer der Oberflächenbereiche in eine
Rückwärtsrichtung und verläuft jeweils zumindest einer der
Oberflächenbereiche, in größerem Abstand zu der Mittelebene, in
eine Vorwärtsrichtung. Fertigungstechnisch ist eine
Reflektoroberfläche mit ebenen Oberflächenbereichen mit
geringem Aufwand verbunden.
Insbesondere verläuft jeweils einer der ebenen
Oberflächenbereiche in eine Rückwärtsrichtung und verlaufen
jeweils zwei der ebenen Oberflächenbereiche aneinander
anschließend und gegeneinander abgewinkelt in
Vorwärtsrichtungen. Vorzugsweise endet dabei der in die
Rückwärtsrichtung verlaufende Oberflächenbereich in einem
geringeren Abstand zur Mittelebene als die Umhüllung der
Infrarot-Strahlungsquelle.
Bei einer Weiterbildung führen zwei der in Rückwärtsrichtung
verlaufenden ebenen Oberflächenbereiche, jeweils einer von
beiden Schenkeln, an der Mittelebene zusammen und schließen
einen Winkel zwischen sich ein, der größer als 90° ist,
insbesondere größer als 135°. Durch die flache Neigung dieser
Oberflächenbereiche gegen eine zur Mittelebene senkrechte Ebene
wird gewährleistet, daß die reflektierte Strahlung möglichst
geringfügig von den zentralen Vorwärtsrichtungen abweichend die
Lampen- und Reflektoranordnung verläßt und/oder eine möglichst
geringe Anzahl von Reflexionen durchläuft. Weiterhin wird
vermieden, daß in Richtung des in Rückwärtsrichtung
verlaufenden Oberflächenbereichs emittierte Strahlung durch
Mehrfachreflexion dennoch wieder auf die Umhüllung trifft.
Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung, bei der die
schwache Neigung des in Rückwärtsrichtung verlaufenden ebenen
Oberflächenbereichs gegen die zur Mittelebene senkrechte Ebene
groß genug ist, um auch nahe der Mittelebene auftreffende, von
der Strahlungsquelle emittierte Strahlung an der Umhüllung
vorbeizuleiten. Hierbei ist der Neigungswinkel bzw. der
Scheitelwinkel zwischen den Schenkeln auf den Abstand des
Scheitels zur Infrarot-Strahlungsquelle und auf die Form und
Größe der Umhüllung, insbesondere den Durchmesser der
Umhüllung, abgestimmt.
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung nehmen die beiden
Schenkel im Querschnitt einen evolventenförmigen Verlauf, wobei
die Krümmungsstärke vom Scheitel aus gesehen abnimmt.
Vorzugsweise setzen die Evolventen am Scheitel an und enden
etwa an der am weitesten in Vorwärtsrichtung liegenden Stelle
der Schenkel. Der evolventenförmige Verlauf kann insbesondere
auch mit einer Mehrzahl von ebenen Oberflächenbereichen des
Reflektors angenähert verwirklicht werden. Die
evolventenförmige oder evolventenartige Gestaltung des
Reflektorprofils stellt einen guten Kompromiß zwischen den
hervorragenden Konzentrations- und Bündelungseigenschaften
parabolischer Reflektoren und der Vermeidung von
Rückreflexionen auf die Umhüllung der Infrarot-Strahlungsquelle
dar. Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Reflektors wird
ein sich nahe der Mittelebene evolventenartig erstreckender
Oberflächenbereich mit einem in größerem Abstand zur
Mittelebene in Vorwärtsrichtung verlaufenden Oberflächenbereich
kombiniert, der eine parabolische Krümmung aufweist.
Insbesondere zur Bestrahlung großer Objektflächen ist bei einer
Weiterbildung der erfindungsgemäße Lampen- und
Reflektoranordnung eine Mehrzahl der Kombinationen mit
Reflektor und Infrarotlampe nebeneinander angeordnet, wobei die
Längsachsen der Infrarotlampen parallel zueinander verlaufen.
Dabei können die Reflektorprofile der einzelnen Kombinationen
unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere können auch die
Reflektorschenkel am Rande der Anordnung asymmetrisch zu den
jeweiligen Reflektorschenkeln derselben Lampen- und
Reflektorkombination ausgestaltet sein.
Falls die Anordnung mindestens drei der Infrarotlampen- und
Reflektorkombinationen aufweist, hat vorzugsweise jeweils die
Infrarotlampe der am Rande der Anordnung liegenden Kombination
eine größere Strahlungsleistung, insbesondere eine um einen
Faktor größer oder gleich 1,5, größere Strahlungsleistung. Auf
diese Weise wird der oben beschriebene unstetige Verlauf der
Bestrahlungsstärke mit zunehmendem Abstand von der Mittelebene
noch weiter ausgeprägt. Am Rande des konzentrierten
Strahlungsbündels, das für die Bestrahlung von Objekten genutzt
werden soll, kann die Bestrahlungsstärke gleich groß, oder
sogar größer sein als im Zentralbereich des Strahlungsbündels.
In letzterem Fall sind daher Wärmeverluste am Rande des zu
bestrahlenden Objekts bzw. des zu bestrahlenden Bereichs
kompensierbar.
Vorzugsweise werden als strahlungsdurchlässige Umhüllung der
Infrarot-Strahlungsquelle rohrförmige Umhüllungen, insbesondere
Quarzglasröhren, verwendet, wobei die Öffnungsbreite des
Reflektors etwa doppelt so groß wie der Außendurchmesser wie
der Umhüllung ist.
Ist, je nach Anwendung der erfindungsgemäßen Lampen- und
Reflektoranordnung, noch Bedarf für eine Zwangskonvektions-
Kühlung, so wird vorgeschlagen, mit einer solchen die Umhüllung
und die Reflektoroberfläche von der Lampenseite aus zu kühlen.
Zusätzlich kann eine Kühlung der Reflektoroberfläche von der
anderen Seite der Reflektoroberfläche aus vorgenommen werden.
Für eine derartige Kühlung kommen als Kühlmedien nicht nur
Gase, sondern auch Flüssigkeiten in Betracht.
Wird der Luftstrom oder ein anderer Fluidstrom etwa in
Längsrichtung des rinnenartigen Reflektorraumes geführt, in
welchem sich die reflektierte oder die in Richtung des
Reflektors emittierte Strahlung ausbreitet, so hat die
erfindungsgemäße Anordnung gegenüber einer Anordnung mit
trapezförmigem Reflektorprofil den Vorteil, daß größere
Luftströme zwischen der Umhüllung und der Reflektoroberfläche
hindurchgeführt werden können.
Alternativ wird vorgeschlagen, den Luftstrom quer zur
Längsrichtung der Infrarotlampe- und Reflektorkombination zu
führen, wobei der Luftstrom zumindest teilweise durch einen
Zwischenraum zwischen der Umhüllung und dem Scheitel des
Reflektors geführt ist. Bevorzugtermaßen sind dabei die
Abmessungen des Zwischenraumes und die Stärke des Luftstromes
derart aufeinander abgestimmt, daß zumindest im Bereich des
Zwischenraumes Luftwirbel auftreten. Im Vergleich zu laminaren
Strömungen findet dabei ein schnellerer Wärmeübergang von der
Umhüllung und/oder der Reflektoroberfläche auf die
vorbeiströmende Luft statt. Eine Wirbelbildung im Bereich des
Reflektorscheitels ist vorteilhaft, da sich in diesem Bereich
die Umhüllung in geringem Abstand zu der Reflektoroberfläche
befindet bzw. da sich die Reflektoroberfläche in diesem Bereich
in geringem Abstand zu der Infrarot-Strahlungsquelle befindet.
Eine effektive Kühlung in diesem Bereich ist daher besonders
wichtig.
Besonders zweckmäßig ist die Kombination einer Infrarotlampe
mit einem erfindungsgemäß gestalteten Reflektorprofil, wenn die
Infrarotlampe derart ausgebildet und betreibbar ist, daß ein
spektrales Strahlungsflußdichte-Maximum der emittierten
Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot liegt.
Unter nahem Infrarot wird der Wellenlängenbereich verstanden,
der zwischen dem sichtbaren Wellenlängenbereich und 1,4 µm
liegt. Besonders bevorzugt wird die Verwendung einer
Infrarotlampe, die bei Oberflächentemperaturen der Infrarot-
Strahlungsquelle von 2500 K oder größer, insbesondere bei
2900 K oder größer, betreibbar ist.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher
beschrieben. Dabei wird Bezug auf die beigefügte Zeichnung
genommen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese
Ausführungsbeispiele beschränkt. Die einzelnen Figuren der
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungs
gemäße Lampen- und Reflektoranordnung im Querschnitt
und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel im Querschnitt mit
vier Infrarotlampen- und Reflektorkombinationen, die
parallel versetzt nebeneinander angeordnet sind.
Fig. 1 zeigt eine Lampen- und Reflektoranordnung 1 mit einer
Infrarotlampe 2, die einen Glühfaden 5 aufweist, der sich
entlang einer Zentrumslinie einer Quarzglasröhre 4 erstreckt.
Die Quarzglasröhre 4 bildet eine strahlungsdurchlässige
Umhüllung des Glühfadens 5. Der Glühfaden 5 ist insbesondere
ein Wolframfaden. Weiterhin weist die Lampen- und
Reflektoranordnung 1 einen Reflektor 3 auf. Sämtliche
beschriebenen Anordnungsteile erstrecken sich in zur Bildebene
senkrechter Richtung bei im wesentlichen unverändertem
Querschnittsprofil.
Der Reflektor 3 weist einen Scheitel 10 auf, der sich in einer
Mittelebene der Infrarotlampe 2 befindet. Die Mittelebene, die
aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in Fig. 1 eingezeichnet
ist, bildet eine Symmetrieebene für den Reflektor 3 und die
Infrarotlampe 2. Eine Mittelebene 9 einer ähnlichen Lampen- und
Reflektorkombination ist in Fig. 2 dargestellt.
Im Querschnittsprofil verläuft jeder der beiden sich an einer
Seite der Mittelebene erstreckenden Schenkel des Reflektors 3
zunächst in eine von einer Vorderseite 8 der Lampen- und
Reflektoranordnung 1 wegweisende Richtung (Rückwärtsrichtung).
In diesem Bereich, wie auch in anderen Bereichen, ist die
Reflektoroberfläche als ebene Fläche ausgebildet.
Im weiteren Verlauf der beiden Schenkel des Reflektors 3
schließt sich jeweils ein weiterer, in Rückwärtsrichtung
verlaufender Oberflächenbereich an und wiederum daran schließen
jeweils drei weitere ebene Oberflächenbereiche an, die jedoch
jeweils in eine Vorwärtsrichtung, in Richtung der Vorderseite
8, verlaufen. Die aneinander anschließenden ebenen
Oberflächenbereiche sind jeweils gegen ihre Nachbarn
abgewinkelt, so daß die Schenkel insgesamt annähernd einen bei
gleicher Krümmungsrichtung um die Quarzglasröhre 4 von der
Rückseite zur Vorderseite herumführenden gekrümmten Verlauf
nehmen. Von dem Scheitel 10 aus gesehen ist der Verlauf der
Schenkel ab dem zweiten ebenen Oberflächenbereich etwa
evolventenförmig, wobei die Krümmungsstärke der angenäherten
Evolvente im Verlauf von dem Scheitel 10 bis zu den an der
Vorderseite liegenden Enden abnimmt. Am Scheitel 10 ist der
Übergangsbereich zwischen den beiden im Bereich der Mittelebene
ansetzenden ebenen Oberflächenbereichen abgerundet.
Beispielhaft sind in Fig. 1 die Ausbreitungsrichtungen von
einigen der von dem Glühfaden 5 emittierten Strahlen
dargestellt. Ein in Rückwärtsrichtung emittierter Strahl wird
beispielsweise zweimal von dem Reflektor 3 reflektiert. Er
trifft zum Beispiel auf den zweiten ebenen Oberflächenbereich
des linken Schenkels und wird dort zum ersten Mal reflektiert,
so daß er auf das weiter von der Mittelebene entfernt liegende
Ende des vierten ebenen Oberflächenbereichs trifft. Dort wird
er zum zweiten Mal reflektiert, so daß er sich annähernd
parallel zu dem fünften ebenen Oberflächenbereich in Richtung
der Vorderseite 8 ausbreitet. Aus diesem Grund ist der Strahl
ein Randstrahl, der in Fig. 1 mit I bezeichnet ist. Dieser
Randstrahl I definiert etwa den Rand des von der Lampen- und
Reflektoranordnung 1 abgestrahlten Strahlungsbündels, das auf
einer ebenen, zur Mittelebene senkrecht stehenden
Bestrahlungsfläche eine räumlich etwa konstante
Bestrahlungsstärke hat. Außerhalb des Strahlungsbündels, d. h.,
mit weiter zunehmendem Abstand zur Mittelebene fällt die
Bestrahlungsstärke dagegen steil ab.
In Fig. 1 ist noch ein weiterer in Rückwärtsrichtung
emittierter Strahl dargestellt, der zweifach von dem rechten
Schenkel des Reflektors 3 reflektiert wird. Dieser Strahl fällt
dichter als der andere, von dem linken Schenkel reflektierte
Strahl an der Mittelebene auf den zweiten ebenen
Oberflächenbereich, wird von diesem in Richtung des näher an
der Mittelebene liegenden Endes des fünften ebenen
Oberflächenbereichs reflektiert und wird dort in eine
Vorwärtsrichtung reflektiert, die etwa parallel zu der
Ausbreitungsrichtung des Randstrahls I ist. Weiterhin sind in
Fig. 1 noch in Vorwärtsrichtungen emittierte Strahlen
dargestellt, die keiner Reflexion durch den Reflektor 3
unterliegen.
Fig. 2 zeigt eine Lampen- und Reflektoranordnung 11 mit
insgesamt vier Lampen- und Reflektorkombinationen, die jeweils
die gleiche geometrische Gestaltung haben. Der jeweilige
Reflektor 13 weist im Unterschied zu dem Reflektor 3, der in
Fig. 1 dargestellt ist, pro Schenkel nur drei ebene
Oberflächenbereiche 14, 15 auf. Nur der Oberflächenbereich 15
verläuft in eine Rückwärtsrichtung. Die Oberflächenbereiche 15
der beiden Schenkel eines Reflektors 13 schließen am Scheitel
10 des Reflektors 13 einen Scheitelwinkel α zwischen sich ein,
der etwa 136° beträgt. Der zweite ebene Oberflächenbereich 14
definiert die Richtungsumkehr von dem in Rückwärtsrichtung
verlaufenden Teilstück des Schenkels in eine Vorwärtsrichtung.
Er schließt mit der Mittelebene 9 bzw. mit einer parallel zu
der Mittelebene 9 verlaufenden Ebene einen Umkehrwinkel γ ein,
der etwa 65° beträgt. Die dritten ebenen Oberflächenbereiche 14
zweier benachbarten Reflektoren 13 schließen zwischen sich
einen Anschlußwinkel β ein, der etwa 50° beträgt. Dabei
erstrecken sich die dritten ebenen Oberflächenbereiche 14
soweit in Vorwärtsrichtung, daß sich der gesamte Glühfaden 5
der Infrarotlampen 2 zwischen den Schenkeln befindet. Der
Anschlußbereich, in dem die dritten ebenen Oberflächenbereiche
14 der benachbarten Reflektoren 13 ineinander übergehen, ist
abgerundet. Die Öffnungsbreite der einzelnen Reflektoren 13, d.
h. der Abstand zwischen den Enden der dritten ebenen
Oberflächenbereiche 14, die im abgerundeten Anschlußbereich
bzw. im abgerundeten Randbereich liegen, beträgt etwa das
Doppelte des Außendurchmessers einer der Quarzglasröhren 4.
Die in Fig. 2 gezeigte Lampen- und Reflektoranordnung 11 wird
durch eine nicht dargestellte Kühleinrichtung durch
Zwangskonvektions-Kühlung luftgekühlt. Der Luftstrom erstreckt
sich quer zur Längsrichtung der Anordnung. Er verläuft somit
etwa in Bildebene der Fig. 2. In dem Reflektorraum des am
weitesten rechts in Fig. 2 dargestellten Reflektors 13 sind
beispielhaft Strömungslinien des Luftstromes dargestellt. Der
Luftstrom tritt von rechts kommend in den Zwischenraum zwischen
der Umhüllung 4 und dem rechten Schenkel des Reflektors 13 ein.
Im Eintrittsbereich verläuft die Luftströmung noch laminar. Der
im Bereich des Scheitels 10 geringere Abstand zwischen der
Umhüllung 4 und dem Reflektor 13 bewirkt jedoch, daß die
Luftströmung in diesem Bereich Wirbel aufweist, wie durch
Pfeile dargestellt ist. Die lokal auf diesen Bereich begrenzte
Verwirbelung führt zu einem besonders guten Wärmeübergang, so
daß der für die Kühlung kritische Bereich ausreichend gekühlt
wird. Der Bereich um den Scheitel 10 kann einerseits von der
Innenseite des Reflektors nicht so gut gekühlt werden wie der
Bereich um den zweiten ebenen Oberflächenbereich 14 und
empfängt andererseits mehr Strahlungsenergie pro
Oberflächeneinheit als die anderen Bereiche des Reflektors 13,
da er näher an dem Glühfaden 5 liegt.
Durch die erfindungsgemäße Lampen- und Reflektoranordnung wird
im Vergleich zu bekannten Anordnungen, insbesondere mit
trapezförmigem Reflektorprofil, ein geringerer Anteil der in
Rückwärtsrichtungen emittierten Strahlung wieder in Richtung
der Umhüllung reflektiert. Dadurch wird einerseits weniger
Strahlungsenergie in der Umhüllung absorbiert und wird
andererseits ein geringerer Anteil der Strahlung von der
Umhüllung in Richtungen gestreut, d. h. durch Brechung in
Richtungen gelenkt, die weit von der durch die Mittelebene
definierte Richtung abweichen. Dadurch kann der Kühlungsbedarf
verringert werden und wird ein größerer Anteil der Strahlung in
Richtung der Objekte abgegeben, die bestrahlt werden sollen und
die üblicherweise etwa symmetrisch zur Mittelebene angeordnet
werden. Bei gleicher Lampenleistung ist daher die
Bestrahlungsleistung größer. Weiterhin wird eine größere
Lebensdauer der Infrarotlampe erreicht, da die Umhüllung
geringeren thermischen Wechselbelastungen ausgesetzt ist.
1
Lampen- und Reflektoranordnung
2
Infrarotlampe
3
Reflektor
4
Quarzglasröhre
5
Glühfaden
6
rechter Schenkel
7
linker Schenkel
8
Vorderseite
9
Mittelebene
10
Scheitel
11
Lampen- und Reflektoranordnung
13
Reflektor
14
ebener Oberflächenbereich
15
ebener Oberflächenbereich
I Randstrahl
α Scheitelwinkel
β Anschlußwinkel
γ Umkehrwinkel
I Randstrahl
α Scheitelwinkel
β Anschlußwinkel
γ Umkehrwinkel
Claims (15)
1. Lampen- und Reflektoranordnung (1; 11) zur Bestrahlung von
Objekten in Richtungen einer Vorderseite (8) (Vorwärts
richtungen) der Anordnung, insbesondere zur Strahlungser
wärmung von Objekten, mit einer Kombination, die folgendes
aufweist:
- 1. eine Infrarotlampe (2), die eine langgestreckte Infrarot-Strahlungsquelle (5) zur Emission von Infrarotstrahlung und eine langgestreckte strahlungsdurchlässige Umhüllung (4) der Infrarot- Strahlungsquelle (5) aufweist, und
- 2. einen Reflektor (3; 13) zur Reflexion von nicht in Richtung der Vorderseite (8) emittierter Strahlung der Infrarot-Strahlungsquelle (5), der sich entlang der Infrarotlampe (2) in deren Längsrichtung erstreckt, wobei die reflektierende Reflektoroberfläche des Reflektors (3; 13) quer zur Längsrichtung ein zweischenkliges, sich beidseitig einer Mittelebene (9) der Infrarotlampe (2) erstreckendes Querschnittsprofil aufweist, gemäß dem die Schenkel der Reflektoroberfläche von einem in der Mittelebene (9) liegenden Scheitel (10) aus zunächst in rückwärtige, von der Vorderseite (8) der Anordnung wegweisende Richtungen (Rückwärtsrichtungen) verlaufen, im weiteren Verlauf, mit zunehmendem Abstand zur Mittelebene jedoch umkehren und in Vorwärtsrichtungen verlaufen.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
wobei die Schenkel der Reflektoroberfläche beidseitig der
Mittelebene (9) so weit in Vorwärtsrichtungen verlaufen,
daß sich zumindest Teile der Infrarot-Strahlungsquelle (5)
zwischen den Schenkeln befinden.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Schenkel jeweils zumindest zwei ebene
Oberflächenbereiche (14, 15) aufweisen, die sich in
Längsrichtung der Infrarot-Strahlungsquelle (5) erstrecken
und die gerade Teilstücke des Querschnittsprofils
definieren, wobei jeweils zumindest einer (15) der
Oberflächenbereiche in eine Rückwärtsrichtung verläuft und
jeweils zumindest einer (14) der Oberflächenbereiche, in
größerem Abstand zu der Mittelebene (9), in eine
Vorwärtsrichtung verläuft.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
wobei jeweils einer (15) der ebenen Oberflächenbereiche in
eine Rückwärtsrichtung verläuft und jeweils zwei (14) der
ebenen Oberflächenbereiche aneinander anschließend und
gegeneinander abgewinkelt in Vorwärtsrichtungen verlaufen.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4,
wobei zwei (15) der in Rückwärtsrichtungen verlaufenden
ebenen Oberflächenbereiche, jeweils einer von beiden
Schenkeln, an der Mittelebene (9) zusammenführen und einen
Winkel (α) zwischen sich einschließen, der größer als 90°
ist, insbesondere größer als 135°.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die beiden Schenkel im Querschnitt einen
evolventenförmigen Verlauf nehmen, wobei vom Scheitel aus
gesehen die Krümmungsstärke abnimmt.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
wobei die Evolventen am Scheitel ansetzen und etwa an der
am weitesten in Vorwärtsrichtung liegenden Stelle der
Schenkel enden.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7,
wobei eine Mehrzahl der Kombinationen mit Reflektor (13)
und Infrarotlampe (2) nebeneinander angeordnet ist, wobei
die Längsachsen der Infrarotlampe (2) parallel zueinander
verlaufen.
9. Anordnung nach Anspruch 8,
wobei die Anordnung mindestens drei der Infrarotlampen-
und Reflektorkombinationen aufweist und wobei jeweils die
Infrarotlampen (2) der am Rande der Anordnung liegenden
Kombination eine größere, insbesondere eine um einen
Faktor größer oder gleich 1,5, größere Strahlungsleistung
hat.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-9,
wobei die strahlungsdurchlässige Umhüllung (4) der
Infrarot-Strahlungsquelle (5) rohrförmig ist und wobei die
Öffnungsbreite des Reflektors (3; 13) etwa doppelt so groß
wie der Außendurchmesser der Umhüllung (4) ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-10,
mit einer Luftstrom-Kühleinrichtung zur Zwangskonvektions-
Kühlung der Umhüllung (4) und der Reflektoroberfläche.
12. Anordnung nach Anspruch 11,
wobei der Luftstrom etwa in Längsrichtung der
Infrarotlampen- und Reflektorkombinationen geführt ist.
13. Anordnung nach Anspruch 11,
wobei der Luftstrom quer zur Längsrichtung der
Infrarotlampen- und Reflektorkombination und zumindest
teilweise durch einen Zwischenraum zwischen der Umhüllung
(4) und dem Scheitel (10) des Reflektors (13) geführt ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13,
wobei die Abmessungen des Zwischenraums und die Stärke des
Luftstromes derart aufeinander abgestimmt sind, daß
zumindest im Bereich des Zwischenraumes Luftwirbel
auftreten.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-14,
wobei die Infrarotlampe (2) derart ausgebildet und
betreibbar ist, daß ein spektrales Strahlungsflußdichte-
Maximum der emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich
des nahen Infrarot liegt.
Priority Applications (4)
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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