DE3938437A1 - Infrarot-strahler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kurzwelligen Infrarot-Strahler mit einem lang­ gestreckten, einstückigen Zwillingsrohr mit Innen-Steg, der zwei in Längsrich­ tung verlaufende Teilräume voneinander trennt, in denen jeweils eine Glüh­ wendel angeordnet ist, und mit jeweils zwei an den Enden des Zwillingsrohres nach außen geführten, abgedichteten Stromdurchführungen, wobei an dem einem Strahler-Ende die beiden Stromdurchführunen direkt mit den beiden freien Enden der jeweils zugeordneten Glühwendel verbunden sind und wobei der Strahler mittels äußerer Anschlußbelegung wahlweise über seine gesamte Länge oder eine Teillänge beheizbar ist.

Aus dem Prospekt "INFRAROT" mit der Bezeichnung 2C 4.88/VN Ku der Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau, sind kurzwellige Zwillingsrohr-Infrarot­ strahler bekannt, die in einem Zwillingsrohr mit durch einen Innen-Steg abge­ teilten Teilräumen jeweils zwei zur Rohrachse parallel verlaufende Glühwendel enthalten. Die Glühwendel sind jeweils an den Enden des Zwillingsrohres mit nach außen geführten abgedichteten Stromdurchführunen versehen, wobei zwischen den Anschlüssen eine Teillänge von der Wendel gebildet wird, während die andere Teillänge aus einer langgestreckten Stromzuführung ohne Glüheigen­ schaft besteht. Durch die gegeneinander verschobene Wendel ist es möglich, durch wahlweisen Betrieb des ersten oder zweiten Zwillingsrohres jeweils einen linken oder rechten Teil des Strahlers für sich in Betrieb zu nehmen oder durch Parallelschaltung beider Strahler die volle Länge auszuleuchten.

Ein besonderes Anwendungsgebiet für solche Strahler, die wahlweise über ihre gesamte Länge oder nur über eine Teillänge beheizbar sind, sind die Walzen von Druckern, insbesondere von Laserdruckern. Bei solchen Laserdruckern wird eine beheizbare Walze eingesetzt, über die das mit Toner beschichtete Papier entlangläuft. Da solche Laserdrucker sehr kompakt gebaut sein müssen, werden die einzelnen Bauteile, d. h. auch die Durchmesser der einzelnen Walzen, sehr gering gehalten. Folglich ist der vorhandene Raum innerhalb der Walze stark begrenzt, um diese Walze von innen mit einem Strahler zu beheizen. Hinzu kommt, daß solche Lampen austauschbar sein müssen infolge ihrer nur begrenzten Lebensdauer; ein solches Austauschen erfolgt über die Lagerteile, die aus der Walze herausgenommen werden können. Der dann zur Verfügung stehende freie Querschnitt, um einen solchen Strahler in die Walze einzusetzen, liegt bei etwa 30 bis 40 mm. Moderne Drucker sind heute dazu ausgelegt, wahlweise verschiedene Papierformate zu kopieren, wozu sie von Formatgröße zu Formatgröße umgeschaltet werden. Je nach Papierformat wird dazu die gesamte Breite des Kopierers benötigt und folglich die gesamte Länge der Heizwalze beheizt oder aber für kleinere Papierformate nur eine Teillänge der Heizwalze beheizt. Da üblicherweise nur die Formate DIN A3 und DIN A4 kopiert werden, und das Standardformat das DIN-A4-Format ist, wird für die Mehrzahl der zu fertigenden Kopien nur der Teilbereich der Walze beheizt. Diese Verfahrensweise ist energiesparend, außerdem wird das Gerät nicht unnötig im Inneren aufgeheizt. Zum Umschalten des Gerätes von dem kleinen DIN-A4-Format auf das große DIN-A3-Format muß ein schnelles Aufheizen der gesamten Walze erfolgen, so daß ein Heizstrahler in die Walze mit einer kurzen Aufheizzeit von weniger als 1 Sekunde gefordert wird.

Zum Beheizen solcher Druckerwalzen haben sich Infrarot-Strahler mit einem Zwillingsrohr der eingangs beschriebenen Art gut bewährt. Um den Innenraum in der Walze mit bekannten Infrarot-Strahlern noch besser auszunützen, werden bis zu vier Einzelstrahler mit jeweils einer einzigen Wendel eingesetzt, wobei paarweise die Strahler zur Beheizung des Teilbereiches der Walze dienen, während das andere Paar zur Beheizung des gesamten Länge der Walze hinzuge­ schaltet wird. Durch diese vier Einzelstrahler ergibt sich ein aufwendiger Aufbau.

Die Zwillingsrohr-Strahler werden im kurzwelligen Strahlungsbereich betrieben, woraus folgt, daß sie mit einer Schutzgasatmosphäre befüllt und nach außen abgedichtet sind. Rein schaltungstechnisch erscheint es unproblematisch, Heizwendel nur über einen Teilbereich oder über die gesamte Länge zu beheizen, wozu allerding zusätzliche Anschlüsse bereitgestellt werden müssen, die in einem Zwillingsrohr-Strahler nicht ohne weiteres eingebaut werden können, da die gezogenen Hüllrohre nicht beliebig angebohrt werden können. Bereits bei gewöhnlichen Strahlern ist es aufwendig, die Anschlüsse an den gequetschten Enden nach außen zu führen, da solche Stromdurchführungen durch ihre Strom- und Wärmebelastbarkeit begrenzt sind.

Auf anderen Einsatzgebieten, beispielsweise auf dem Gebiet der elektrisch beheizten Rohr-Heizkörper, sind bereits Lösungen vorgeschlagen entweder eine Teillänge oder eine gesamte Länge durch Unterteilung der Glühwendel in Teil­ widerstände zu beheizen. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise aus dem DE-GM 18 31 315 oder der DE-AS 10 63 725 bekannt. Eine solche Anordnung setzt allerdings die gute Zugänglichkeit der Rohrheizkörper voraus, die in einem Zwillingsrohr nicht gegeben ist.

Ausgehend von einem Infrarot-Strahler der eingangs beschriebenen Art stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Infrarotstrahler zu schaffen, der über seine volle Länge oder eine Teillänge betreibbar ist, wobei zwecks Leistungs­ optimierung stets beide Wendel genutzt werden sollen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Teile des Anspruchs 1 gelöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Innenleitungen wenigstens in ihrem parallel zur Wendel verlaufenden Bereich jeweils von einem Kapillar-Rohr aus Quarzglas umgeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abgriffe jeweils im mittleren Bereich der Wendel angeordnet und beide Innen-Leitungen über eine durch den Einschnitt geführte Kurzschlußbrücke miteinander verbunden, während die freien Enden der Wendel jeweils mit einer Stromdurchführung verbunden sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführunsform sind die beiden Innen-Leitungen jeweils über eine eigene Stromdurchführung nach außen geführt, während die freien Enden beider Wendeln an diesem Strahlerende über eine Kurzschlußbrücke miteinander verbunden und zu einer gemeinsamen Stromdurchführung nach außen geführt sind.

Das Zwillingsrohr besteht aus Quarzglas.

Als vorteilhaft erweist sich die trotz hoher Strahlungsintensität kompakte Bauweise, so daß der Strahler beispielsweise in das Innere von rotierenden Walzen für graphische Zwecke eingebracht werden kann. Aufgrund der äußeren Beschaltung kann dabei eine gleichmäßige Intensitätsdichte über die volle Länge bzw. die Teillänge erzielt werden, so daß beispielsweise bei der Anwendung in graphischen Apparaten eine gleichmäßige Exposition über die gesamte Bildfläche möglich ist.

Im folgenden wird der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Strahlerlampe, bei der alle freien Enden der Wendel jeweils mit nach außen führenden Stromdurchführungen versehen sind, während die Innen-Leitungen über eine innere Kurzschlußbrücke miteinander verbunden sind.

Fig. 2 entspricht im wesentliche der anhand von Fig. 1 beschriebenen Lampe, unterscheidet sich jedoch durch die ebenfalls mit einer Stromdurchführung verbundene Kurzschlußbrücke zwischen den beiden Innen-Leitungen.

Nach Fig. 3 sind die beiden Innen-Leitungen jeweils über eigene Stromdurch­ führungen nach außen geführt, während die freien Enden der Glühwendel an einer Strahlerseite über eine Kurzschlußbrücke miteinander verbunden sind, die ihrerseits mit einer einzigen Stromdurchführung nach außen verbunden ist.

Gemäß Fig. 1 besteht der erfindungsgemäße Strahler aus einem Quarzglas­ kolben 1 in Form eines Zwillingsrohres, bei dem zwei rohrförmige Teil­ räume 2, 3 durch einen Zwischensteg 4 räumlich voneinander getrennt sind. In jedem der beiden Teilräume 2, 3 befindet sich jeweils eine parallel zur Rohr­ achse angeordnete Glühwendel 5, 6, deren freie Enden 7, 8, 9, 10 jeweils mit einer gegenüber dem Außenraum abgedichteten Stromdurchführung 11, 12, 13, 14 verbunden sind. In ihrem mittleren Bereich sind beide Wendel 5, 6 jeweils mit Abgriffen 15, 16 versehen, welche die Heizwendel in näherungsweise gleiche Teilabschnitte 5′, 5′′, 6′, 6′′ mit jeweils annähernd gleichen Widerstandswerten aufteilen. Die Abgriffe 15, 16 sind dabei mit Innen-Leitungen 17, 18 ver­ bunden, die in ihren parallel zum Zwischensteg 4 verlaufenden Strecken jeweils von einem Kapillar-Rohr 19, 20 zwecks Isolation gegenüber der Wendel umgeben sind.

Der Zwischensteg 4 ist an einem Ende des Strahlers mit einem Einschnitt 21 versehen, durch den eine die beiden Innen-Leitungen 17, 18 verbindende Kurz­ schlußbrücke 22 verläuft. Zur Abdichtung der mit Schutzgas gefüllten Teil­ räume 2, 3 sind die Stromdurchführunen 11, 12, 13, 14 über im Kolbenmaterial eingeschmolzene Molybdänfolien 23 geführt. Als Gasfüllung hat sich ins­ besondere Argon bewährt.

Bei den im folgenden erläuterten Anschlußmöglichkeiten wird von einer Gleich­ spannungsquelle mit positiver und negativer Klemme ausgegangen. Es ist selbst­ verständlich möglich, die Strahler auch mit umgekehrter Polarität oder mit Wechselstrom zu betreiben, doch wird zwecks besserer Übersicht die Anschluß­ möglichkeit anhand der Gleichstromdarstellung erläutert.

Zum Strahlerbetrieb über die volle Länge des in Fig. 1 dargestellten Strahlers werden die Klemmen 11′, 13′ der Stromdurchführungen 11, 13 mit der positiven Klemme der Spannungsklemme verbunden, während die Anschlüs­ se 12′, 14′ der Stromdurchführungen 12, 14 mit der negativen Klemme der Spannungsquelle verbunden werden. Auf diese Weise entsteht eine Serien­ schaltung zweier zueinander parallel geschalteter Teilwendel, die eine gleich­ mäßige Abstrahlung über die volle Länge ermöglicht.

Soll dagegen nur eine Teillänge der Glühwendel betrieben werden, so werden nur die Klemmen 11′, 13′ mit den beiden Klemmen der Gleichspannungsquelle ver­ bunden, so daß die Teilwendel 5′, 6′ in Serienschaltung vom Strom durchflossen werden; die Klemmen 12′, 14′ werden nicht angeschlossen.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung entspricht in ihrer Wirkungsweise bei einem Betrieb über die volle Länge der in Fig. 1 erläuterten Anordnung. Dagegen ist es beim Betrieb über eine Teillänge möglich, die mit der Kurz­ schlußbrücke 22 verbundene Stromdurchführung 24 über eine Klemme 24′ mit der positiven Klemmen einer Spannungsquelle zu verbinden, während die Klemmen 11′, 13′ mit der negativen Klemme der Spannungsquelle verbunden werden, so daß beide Teilwendel 5′, 6′ parallel geschaltet sind und bei gleichbleibender Quellenspannung eine höhere Leistung abgeben können.

Gemäß Fig. 3 sind die beiden Innenleiter 17, 18 jeweils über die Stromdurch­ führungen 11, 13 zu den Außenkontakten 11′′, 13′′ herausgeführt, während die Heizwendel mit ihren Teilwicklungen 5′, 6′ über Einschnitt 21 mit einer Kurz­ schlußbrücke 22 verbunden sind, welche über Stromdurchführung 24 zur äußeren Klemme 24′′ geführt sind. Nach dieser Anordnung ist es möglich, die beiden Teilwicklungen 5′, 6′ der Glühwendel in Serie zu schalten, indem die Klemmen 11′′, 13′′ jeweils mit der positiven und negativen Klemme der Spannungs­ quelle verbunden werden und die mittlere Stromdurchführung 24 ohne Belegung bleibt. Es ist jedoch auch möglich, ähnlich wie bereits anhand Fig. 2 erläutert, die mittlere Klemme 24′′ beispielsweise mit der positiven und die Klemmen 11′′, 13′′ mit der negativen Klemme einer Spannungsquelle zu verbinden. Durch die letztgenannte Anschlußart werden beide Teilwicklungen der Glühwendel parallel vom Strom durchflossen, woraus sich bei gleichbleibender Quellen­ spannung eine hohe Leistung ergibt. Soll dagegen der Strahler gemäß Fig. 3 über seine volle Länge betrieben werden, so werden Klemme 24′′ an die positive und die Klemmen 12′′, 14′′ an die negative Klemme der Spannungsquelle ange­ schlossen.

Claims (12)

1. Kurzwelliger Infrarot-Strahler mit einem langgestreckten einstückigen Zwillingsrohr mit Innen-Steg, der zwei in Längsrichtung verlaufende Teilräume voneinander trennt, in denen jeweils eine Glühwendel angeordnet ist, und mit jeweils zwei an den Enden des Zwillingsrohres nach außen geführte, abgedichteten Stromdurchführungen, wobei an dem einen Strahler-Ende die beiden Stromdurchführunen direkt mit den beiden freien Enden der jeweils zugeordneten Glühwendel verbunden sind und wobei der Strahler mittels äußerer Anschlußbelegung wahlweise über seine gesamte Länge oder eine Teillänge beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Glühwendel (5, 6) im wesentlichen über die gesamte Länge der Teilräume (2, 3) erstecken, jede Wendel über einen elektrischen Abgriff (15, 16) in mindestens zwei Glühwendel-Abschnitte unterteilt ist, wobei bezüglich der Längen die Glühwendel-Abschnitte (5′, 5′′, 6′, 6′′) der beiden Teilräume (2, 3) zueinander kongruent sind, daß, von den Abgriffen (15, 16) ausgehend, gegenüber den Wendeln (5, 6) elektrisch isolierte Innen-Leitungen (17, 18) auf beiden Seiten des Steges (4) zu wenigstens einem Strahlerende geführt und als Anschlußenden bereitgestellt sind, und daß der Steg (4) im Bereich des einen Endes des Strahlers einen Ein­ schnitt (21) aufweist.

2. Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen-Leitungen (17, 18) wenigstens in ihrem parallel zur Wendel (5, 6) verlaufenden Bereich jeweils von einem Kapillar-Rohr (19, 20) umgeben sind.

3. Strahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillar-Rohr (19, 20) aus Quarzglas besteht.

4. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff (15, 16) jeweils im mittleren Bereich der Wendel (5, 6) angeordnet ist und der Ohmsche Widerstand zwischen dem Abgriff (15, 16) und den freien Enden (7, 8, 9, 10) der jeweiligen Wendel (5, 6) auf beiden Seiten annähernd gleich groß ist.

5. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch an dem anderen Strahlerende die beiden Stromdurchführungen (11, 13) direkt mit den beiden freien Enden (7, 9) der zugeordneten Glühwendel (5, 6) verbunden sind und daß beide Innen-Leitungen (17, 18) über eine durch den Einschnitt (21) geführte Kurzschlußbrücke (22) miteinander verbunden sind.

6. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem anderen Strahlerende die beiden freien Enden (7, 9) der Glüh­ wendel (5, 6) über mindestens eine zusätzlich abgedichtete Stromdurch­ führung (24) nach außen geführt sind und daß die beiden Innen-Lei­ tungen (17, 18) jeweils über eine eigene Stromdurchführung (11, 13) nach außen geführt sind.

7. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwillingsrohr (1) aus Quarzglas besteht.

8. Strahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung der Teillänge des Strahlers nur die beiden freien Enden (7, 9) der beiden Glühwendel (5, 6) an einem Ende des Strahlers mit der Potentialdifferenz der Spannungsquelle beaufschlagt sind.

9. Strahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung der Teillänge des Strahlers die beiden nach außen geführten Innen-Lei­ tungen (17, 18) mit der Potentialdifferenz der Spannungsquelle beauf­ schlagt sind.

10. Strahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung der Teillänge des Strahlers die beinden nach außen geführten Innen-Lei­ tungen (17, 18) auf gleichem Potential liegend und die beiden freien Enden (7, 9) der Glühwendel-Abschnitte (5, 6), die dem einen Ende zugeordnet sind, auf gleichem Potential liegend mit der Potentialdifferenz der Spannungsquelle beaufschlagt sind.

11. Strahler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung der gesamten Länge des Strahlers die beiden freien Enden (7, 9) an einem Ende des Strahlers und die beiden freien Enden (8, 10) am anderen Ende des Strahlers jeweils auf gleichem Potential liegend mit der Potential­ differenz der Spannungsquelle beaufschlagt sind.

12. Verwendung eines Strahlers nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Heiz­ strahler für eine beheizbare Walze für einen Drucker.