DE20220808U1

DE20220808U1 - Infrarotstrahler

Info

Publication number: DE20220808U1
Application number: DE20220808U
Authority: DE
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2012-05-07

Abstract

Infrarotstrahler mit einem Gehäuse, in welchem mindestens eine aus Kohlenstoff gebildete Strahlungsquelle angeordnet ist, wobei das Gehäuse mindestens ein für Infrarotstrahlung durchlässiges Fenster oder Hüllrohr aufweist, und mit elektrischen Anschlusskontakten zum Anschluss der Strahlungsquelle an eine Energiequelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) aus kryptokristallinem Kohlenstoff gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarotstrahler mit einem Gehäuse, in welchem mindestens eine aus Kohlenstoff gebildete Strahlungsquelle angeordnet ist, wobei das Gehäuse mindestens ein für Infrarotstrahlung durchlässiges Fenster oder Hüllrohr aufweist, und mit elektrischen Anschlusskontakten zum Anschluss der Strahlungsquelle an eine Energiequelle. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung.
Infrarotstrahler der oben genannten Art sind beispielsweise aus der DE 199 17 270 A1 bekannt. Als Strahlungsquelle ist dabei ein Karbonband offenbart, wobei mindestens ein, die Längenänderungen der Strahlungsquelle aufnehmendes, federndes Zwischenteil im Bereich zwischen Strahlungsquelle und Hüllrohr vorhanden ist.
Die DE 195 45 296 A1 offenbart einen Infrarotstrahler mit einer flächenhaft ausgebildeten Strahlungsquelle in Form eines Karbonbandes. Zur besseren Kontaktierung des Karbonbandes sind dessen Enden mindestens teilweise mit einer metallischen Kontaktschicht versehen.
Die DE 198 39 457 A1 offenbart einen Infrarotstrahler mit einem spiralförmigen Heizelement, das aus einer Anordnung miteinander verbundener Karbonfasern besteht.
Die Strahlungsquellen der bekannten Infrarotstrahler werden üblicherweise bei Temperaturen von ca. 1200°C unter Vakuum bzw. Inertgasatmosphäre eingesetzt, damit eine ausreichende Lebensdauer im Bereich von 500 bis 1000 Stunden erreicht wird. Werden die bekannten, aus Kohlenstofffasern bestehenden Strahlungsquellen bei höheren Temperaturen eingesetzt, so bilden sich sogenannte „Hot Spots" bzw. überhitzte Bereiche aufgrund von Inhomogenitäten in der Strahlungsquelle aus Kohlenstofffasern. Je höher die Temperatur der Strahlungsquelle gewählt wird, desto schneller führen die „Hot Spots" zu einer Zerstörung der Kohlenstofffasern enthaltenden Strahlungsquelle und damit zu einem vorzeitigen Ausfall des gesamten Infrarotstrahlers. Bei einer Temperatur von > 1500°C der Strahlungsquellen aus Kohlenstofffasern sind akzeptable Lebensdauern von > 500h nicht erreichbar.
Es stellt sich damit das Problem, einen Infrarotstrahler mit einer Strahlungsquelle bereitzustellen, der bei Temperaturen oberhalb von 1200°C, und insbesondere von oberhalb 1500°C, betrieben werden kann und dabei eine Lebensdauer von mindestens 500 Stunden aufweist.
Das Problem wird dadurch gelöst, dass die Strahlungsquelle des Infrarotstrahlers aus kryptokristallinem Kohlenstoff gebildet ist. Kryptokristalliner Kohlenstoff wird auch glasartiger Kohlenstoff oder Glaskohlenstoff genannt und ist beispielsweise aus „Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe", A. Petzold, Deutscher Verlag für Kunststoffindustrie, 3. überarbeitete Auflage, Seiten 209–212, bekannt. Des weiteren findet sich eine Beschreibung dieses Werkstoffes in „Werkstoffkunde, H.-J. Bargel, G. Schulze, 5. neubearbeitete Auflage, VDI-Verlag, Seiten 291-293 sowie in einem Beitrag von R. Dübgen, der auf einem Referat basiert, das auf der SKZ-Fachtagung „Phenolharze, vielfältig in der Anwendung" am 16 und 17. Mai 1990 in Erlangen gehalten wurde. Der Beitrag trägt den Titel „Glaskohlenstoff, vom Duroplast zum keramischen Hochleistungswerkstoff". Kryptokristalliner Kohlenstoff zeichnet sich durch hohe Reinheit, eine Temperaturbeständigkeit unter Vakuum oder Inertgas von über 2000°C und eine hohe Festigkeit und Härte aus.
Für den Einsatz von kryptokristallinem Kohlenstoff als Strahlungsquelle für einen Infrarotstrahler ist insbesondere von Vorteil, dass bei dieser Kohlenvariante die Kohlenstoffschichten in Form einer polymerähnlichen Knäuelstruktur vorliegen und sie damit isotrope Eigenschaften besitzt. Durch die Homogenität des Materials und seine hohe Oberflächengüte bilden sich keine „Hot Spots" aus, wenn die Strahlungsquelle bei Temperaturen von >1500°C betrieben wird. Dadurch sind für die Strahlungsquelle beziehungsweise den Infrarotstrahler Lebensdauern > 500h erzielbar.
Für den erfindungsgemäßen Infrarotstrahler ist besonders bevorzugt, wenn das für Infrarotstrahlung durchlässige Fenster oder Hüllrohr aus Kieselglas gebildet ist.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die Strahlungsquelle als Stab ausgebildet ist, wobei der Stab vorzugsweise senkrecht zu seiner Längsachse einen kreisförmigen, elliptischen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Besonders bevorzugt wird ein Stab mit einem rechteckigen Querschnitt, der entlang seiner Längsachse mäanderförmig strukturiert ist. Aber auch andere Strukturierungen, die dazu geeignet sind, die Länge der Strahlungsquelle zu vergrößern, sind einsetzbar.
Die Strahlungsquelle kann aber auch als Rohr ausgebildet sein. Dabei ist eine wendelförmige Strukturierung des Rohres entlang der Längsachse der Strahlungsquelle bevorzugt. Das Rohr kann senkrecht zur Rohrachse einen ringförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der äußere Umfang und/oder die Ringöffnung des Ringes kreisförmig, elliptisch oder rechteckig ausgebildet sein kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Rohr einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist.
Die Verbindung zwischen der Strahlungsquelle und den elektrischen Anschlusskontakten wird so gestaltet, dass der Übergangswiderstand möglichst gering ist. Dabei können die Enden der Strahlungsquelle mit einem metallischen Überzug versehen sein.
Zudem können im Bereich der elektrischen Anschlusskontakte Dehnungselemente vorhanden sein, die eine thermisch bedingte Längendehnung der Strahlungsquelle ermöglichen.
Das Problem wird für die Verwendung dadurch gelöst, dass eine Strahlungsquelle aus kryptokristallinem Kohlenstoff für einen Infrarotstrahler mit einer spezifischen Leistung im Bereich von 150 bis 250 W/cm verwendet wird. Nur mit Temperaturen der Strahlungsquelle im Bereich von 1600 – 1900°C sind so hohe spezifische Leistungen für einen Infrarotstrahler realisierbar.
Die Figurendarstellungen 1 bis 2 sollen den erfindungsgemäßen Infrarotstrahler beispielhaft erläutern. So zeigt
1 einen Infrarotstrahler mit einer Strahlungsquelle mit rechteckigem Querschnitt
2 eine mäanderförmig strukturierte Strahlungsquelle mit rechteckigem Querschnitt
1 zeigt einen Infrarotstrahler 1 mit einer langgestreckten Strahlungsquelle 2 aus kryptokristallinem Kohlenstoff in einem Hüllrohr 3 aus Kieselglas. Die Strahlungsquelle 2 besitzt zwei Enden 2a, 2b, die jeweils mit einem elektrischen Anschlusskontakt 4a, 4b verbunden sind. Die elektrischen Anschlusskontakte 4a, 4b sind jeweils gasdicht durch ein Ende des Hüllrohres 3a, 3b geführt, wobei eine Molybdänfolie 5a, 5b im gasdichten Bereich vorgesehen ist. An einem Ende der Strahlungsquelle 2a ist im Bereich des elektrischen Anschlusskontaktes 4a eine Dehnungselement 6 angeordnet, die im Betrieb eine thermisch bedingte Längenänderung der Strahlungsquelle 2 ermöglicht.
2 zeigt eine langgestreckte Strahlungsquelle 2 mit rechteckigem Querschnitt aus kryptokristallinem Kohlenstoff, die entlang der Längsachse mäanderförmig strukturiert ist. Die Enden 2a, 2b der Strahlungsquelle 2 sind jeweils mit einem elektrischen Anschlusskontakt 4a, 4b kontaktiert.

Claims

Infrarotstrahler mit einem Gehäuse, in welchem mindestens eine aus Kohlenstoff gebildete Strahlungsquelle angeordnet ist, wobei das Gehäuse mindestens ein für Infrarotstrahlung durchlässiges Fenster oder Hüllrohr aufweist, und mit elektrischen Anschlusskontakten zum Anschluss der Strahlungsquelle an eine Energiequelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) aus kryptokristallinem Kohlenstoff gebildet ist.
Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das für Infrarotstrahlung durchlässige Fenster oder Hüllrohr (3) aus Kieselglas gebildet ist.
Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) als Stab ausgebildet ist.
Infrarotstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab senkrecht zu seiner Längsachse einen kreisförmigen, elliptischen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist.
Infrarotstrahler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab einen rechteckigen Querschnitt aufweist und entlang seiner Längsachse mäanderförmig strukturiert ist.
Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) als Rohr ausgebildet ist.
Infrarotstrahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr entlang der Längsachse der Strahlungsquelle wendelförmig strukturiert ist.
Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr senkrecht zur Rohrachse einen ringförmigen Querschnitt aufweist, wobei der äußere Umfang und / oder die Ringöffnung des Ringes kreisförmig, elliptisch oder rechteckig ausgebildet ist.
Infrarotstrahler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist.
Strahlungsquelle (2) aus kryptokristallinem Kohlenstoff für einen Infrarotstrahler (1) mit einer spezifischen Leistung im Bereich von 150 bis 250 W/cm.