DE69833861T2

DE69833861T2 - Infrarot-quelle versehen mit einem schraubenförmigen heizelement

Info

Publication number: DE69833861T2
Application number: DE69833861T
Authority: DE
Inventors: Lars-Göran JOHANSSON; Jan Andersson
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: ES2259456T3; EP1010354B1; SE9702542D0; DE69833861D1; US6308008B1; WO1999002013A1; AU8136298A; SE513409C2; JP2002510429A; SE9702542L; EP1010354A1; ATE320698T1; JP3846639B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Infrarotstrahlungslampe.
Unterschiedliche Typen von Infrarotstrahlungslampen sind in der Technik bekannt. Diese Lampen basieren auf einem Wolfram-Glühfaden oder einem Wolframdraht, der von einem Lampenkolben umschlossen ist. Dieser Glühfaden strahlt eine große Menge an infraroter Strahlung ab, wenn er durch einen elektrischen Strom aufgeheizt wird. Derartige Lampen geben jedoch eine relativ geringe Strahlungsleistung ab, beispielsweise eine Leistung von ca. 1,5-2 W/cm².
Das Dokument US-A-1 750 492 offenbart ein schraubwendelförmiges (helixförmiges) freistehendes Heizelement, das im Inneren eines offenen Reflektors angebracht ist.
Das Dokument US-A-3 812 324 offenbart ein Molybdänsilicid enthaltendes schraubwendelförmiges Heizelement.
Es besteht ein Bedarf, viel größere Leistungskonzentrationen zu erzeugen, und dann insbesondere auf kleinen Flächen. Insbesondere besteht ein Bedarf, eine Leistungskonzentration von 80-90 W/m² auf einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern Flächeninhalt zu erzeugen. Es war früher nicht möglich, derartige Leistungskonzentrationen zu erzeugen.
Es besteht ebenfalls ein Bedarf, derart große Leistungskonzentrationen über größere Flächen unterschiedlicher Konfiguration zu erzielen, beispielsweise runden Flächen und länglichen rechteckigen Flächen. Zusätzlich zum Erzielen einer großen Leistungskonzentration besteht ebenfalls ein Bedarf danach, in der Lage zu sein, die Leistungskonzentration über die betreffende Fläche zu variieren.
Der Grund dafür, dass eine große Konzentration erforderlich ist, liegt häufig darin, dass angestrebt wird, ein Produkt während der Herstellung schnell aufzuheizen. Ein Beispiel einer Notwendigkeit, kleine Flächen schnell aufzuheizen, wird in der Aufbringung von Kunststoffdeckeln auf Verpackungseinheiten angetroffen, bei denen lediglich die Oberfläche der Deckel rasch auf Schmelztemperatur erwärmt wird, beispielsweise eine Temperatur von 300-400°C. Ein Beispiel für größere Flächen trifft man beim Aufheizen von Wafern bei Elektronikherstellungsverfahren an, wobei eine größere Leistung auf die Umfangsteile des Wafers, im Gegensatz zum mittleren Teil von diesem, abgegeben wird.
Die Erfindung erfüllt die Anforderung einer hohen Leistungskonzentration in Bezug auf Infrarotstrahlungslampen.
Die Erfindung ist nicht auf irgendeine spezielle Verwendung eingeschränkt und kann auf vielen unterschiedlichen Gebieten angewandt werden.
Die Erfindung betrifft somit eine Infrarotstrahlungslampe gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung wird nun detaillierter mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform und ebenfalls in Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
1 eine Lampe, welche unterhalb der Linie A-A im Querschnitt dargestellt ist;
2 einen Querschnitt entlang der Linie B-B in 1; und
3 eine Ansicht entsprechend der Ansicht von 1, die jedoch 3 Lampen darstellt, die miteinander kombiniert sind, um eine Einheit zu bilden.
Die dargestellte Infrarotstrahlungslampe beinhaltet einen Reflektor und einen elektrisch aufgeheizten Glühfaden.
Gemäß der Erfindung besteht der Glühfaden 1 aus einem Hochtemperaturelement, das zu einer schraubwendelförmigen Konfiguration 2 gewunden wurde, derart, dass die Schraubwendel bei Betriebstemperaturen freistehend ist. Die Schraubwendel 2 ist in einem aus keramischen Material bestehenden offenen Reflektor 3 platziert. Die Tatsache, dass der Reflektor offen ist, bedeutet, dass keine Wand an der Reflektoröffnung vorhanden ist. Die Schraubwendel ist somit von Luft umgeben.
Das Hochtemperaturelement ist ein bekanntes Widerstandselement. Beispiele derartiger Elemente sind solche, die als Kanthal AB unter dem Markennamen Kanthal Super 1800 bzw. Kanthal Super Excel vertrieben werden.
Derartige elektrische Widerstandselemente sind von Molybdänsilicid-Typ und sind seit langem bekannt. Sie sind hauptsächlich zur Verwendung bei sogenannten Hochtemperaturanwendungen bestimmt, hauptsächlich in Verbindung mit Schmelzöfen und Brennöfen, die bei Temperaturen von ca. 1700°C betrieben werden.
Die schwedische Patentbeschreibung 458 646 beschreibt das Widerstandselement Kanthal Super 1900. Das Material ist ein homogenes Material mit der chemischen Formel Mo_xW_1-xSi₂. Das Molybdän und das Wolfram sind bei dieser chemischen Formel isomorph und können daher einander in der gleichen Struktur ersetzen.
Es wird bevorzugt, dass der Glühfaden oder Glühdraht die Form eines Widerstandselements hat, das aus Molybdänsilicid MoSi₂ oder aus einem Material mit der chemischen Formel Mo_xW_1-xSi₂ besteht.
Wie zuvor erwähnt, besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin, dass die Schraubwendel 2 freistehend ist. Dies ermöglicht, dass die Lampe in jede gewünschte Richtung gerichtet werden kann. Damit die Schraubwendel freistehend ist, muss die Anzahl von Windungen der Schraubwendel begrenzt sein, um zu verhindern, dass die Schraubwendel zu schwer wird, d. h. kopflastig. Falls die Schraubwendel zu schwer wird, biegen sich die geraden Teile 4, 5 des Glühfadens, wenn eine bestimmte Temperatur erreicht wird, es sei denn, die Lampe ist vertikal nach unten gerichtet.
Gemäß der Erfindung weist die Schraubwendel 2 höchstens 3,5 Windungen auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Element einen Durchmesser von 1-3 mm.
Das Element weist vorzugsweise eine Betriebstemperatur von ca. 1700-1800°C auf. Dies wird mit einer bekannten Stromversorgungseinheit erzielt, die beispielsweise 5-10 Volt und eine Leistung von 300-600 W liefert.
Die Zuführungsdrähte 6, 7 können vom Molybdänsilicid-Typ mit einem Durchmesser sein, der um das Dreifache größer als der Durchmesser des Elementes ist. Die Zufuhrdrähte können alternativ die Form von Aluminiumstäben haben, die direkt am Element 1 angegossen sind.
Das Bezugszeichen 12 in 1 bezeichnet eine Haltereinrichtung, die aus einem Material besteht, das unter dem Namen Duratec vertrieben wird. Bezugszeichen 13, 14 bezeichnen Kabelkupplungsstücke.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reflektor aus einem Keramikfasermaterial wie beispielsweise Al₂O₃ hergestellt. Jedoch kann der Reflektor alternativ aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, das in der Lage ist, den betreffenden Temperaturen zu widerstehen. Die Außenfläche 15 des Reflektors ist vorzugsweise mit einem reflektierenden Material beschichtet, so dass Strahlungsverluste der Lampe verringert werden.
Im Fall der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist lediglich eine einzige Schraubwendel 2 im Reflektor vorhanden. Jedoch können zwei oder mehr Schraubwendel 8, 9, 10 in ein und demselben Reflektor 11 angebracht sein, wie in 3 dargestellt. Selbstverständlich kann der Reflektor in unterschiedlichen Ges taltungen ausgeführt sein, damit er für unterschiedliche Lampenanwendungen geeignet ist. Die Anzahl der Schraubwendel kann ebenfalls gemäß der Lampenanwendung variiert werden.
Beispielhaft sei erwähnt, dass eine Lampe, die kleine Flächen auf eine hohe Temperatur erwärmen soll, wie in der Einführung erwähnt, einen Reflektor beinhalten kann, der einen Öffnungsdurchmesser von 30 mm hat. Der Reflektor kann damit eine Wanddicke von 20 mm haben. Der Reflektor kann selbstverständlich im Fall anderer Anwendungen viel größer sein.
Es ist offensichtlich, dass die Lampe der Erfindung der in der Einleitung erwähnten Anforderung nach einer hohen Leistungskonzentration genügt.
Auch wenn die Erfindung mit Bezug auf eine Reihe von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass Fachleute in der Lage sind, die beschriebenen Ausführungsformen gemäß dem Verwendungsgebiet der Lampe zu modifizieren.
Die Erfindung versteht sich daher als nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, da Modifikationen und Variationen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche vorgenommen werden können.

Claims

Infrarotstrahlungslampe, die einen elektrisch beheizten Glühfaden und einen Reflektor beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühfaden (1) aus einem Hochtemperaturelement aufgebaut ist, das zu einer schraubwendelförmigen Konfiguration (2) gewunden ist, derart, dass die Schraubwendel bei den Betriebstemperaturen freistehend ist; und dadurch, dass die Schraubwendel (2) mindestens 3,5 Windungen beinhaltet und dass die Schraubwendel (2) in einen offenen Reflektor (3) eingesetzt ist, der aus einem keramischen Material besteht.
Infrarotstrahlungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1, 2) vom Molybdänsilicid-Typ (MoSi₂) ist.
Infrarotstrahlungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1, 2) aus einem Material besteht, das die chemische Formel Mo_xW_1-xSi₂ hat.
Infrarotstrahlungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (3) aus einem Keramikfasermaterial wie beispielsweise Al₂O₃ besteht.
Infrarotstrahlungslampe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element einen Durchmesser von 1 bis 3 mm hat.
Infrarotstrahlungslampe nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1, 2) ausgebildet ist, um eine Betriebstemperatur von ca. 1.700 bis 1.800°C zu haben.
Infrarotstrahlungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (15) des Reflektors mit einem reflektierenden Material überzogen ist, so dass dadurch Lampenstrahlungsverluste verringert werden.
Infrarotstrahlungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Schraubenwendel (8, 9, 10) in ein- und demselben Reflektor vorgesehen sind.