-
Infrarot-Langwellen-Hohlraumstrahler für therapeutische Zwecke
Nach
den bei der medizinischen Anwendung von sogenannten Tiefbestrahlungsapparaten gesammelten
praktischen Erfahrungen kann mit großer Wahrscheinlichkeit angenommen werden, daß
auch den langweiligen infraroten Strahlen spezifische bio logische Wirkungen auf
den lebenden Organismus zukommen.
-
In der deutschen Patenschrift 662 786 (Stark) z. B. ist auf solche
neueren Untersuchungen hingewiesen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung
einer langwelligen Ultrarotstrahlung beschrieben. Dieses Gerät wurde aber, wohl
infolge seines großen und kostspieligen Apparateaufwandes, nicht in größerem Umfang
eingeführt.
-
Hingegen haben die eingangs erwähnten Tiefbestrahlungsapparate allgemeine
Verbreitung gefunden. Diese verhältnismäßig einfachen Geräte bestehen im allgemeinen
aus einem niedrig belasteten Heizkörper, dessen Strahlen durch einen entsprechend
geformten Reflektor und allenfalls durch einen Tubus gesammelt werden. Als Strahler
dient gewöhnlich ein handelsüblicher keramischer Heizkörper mit einer freistrahlenden
Heizspirale, die nur so niedrig belastet ist, daß sie noch nicht merklich glüht,
im wesentlichen also nur infrarote Strahlen aussendet. Es sind auch Ausführungen
bekannt, bei welchen ein derartiger Heizkörper mit einer glatten, geschwärzten Metallhülse
verkleidet ist, die durch den Heizkörper erwärmt wird und gleichzeitig als Berührungsschutz
dient. Die Leistung dieser Strahler ist wegen ihrer verhältnismäßig kleinen Oberfläche
nur auf etwa I50 bis 200 Watt beschränkt.
-
Zur Erzielung gröBerer Leistungen, etwa bis 400 Watt, verwendet man
vorwiegend in den angelsächsischen Ländern größere keramische Heizkörper
mit
eingebetteten Heizspiralen, wobei der außen glatte Körper mit einem schwarzen Anstrich
überzogen ist. Diese Strahler haben aber den Nachteil, daß sie wegen ihrer großen
Wärmekapazität eine längere Anheizzeit benötigen, bis sich konstante Strahlungsverhältnisse
einstellen.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Verbesserung eines derartigen
Infrarotstrahlers für therapeutische Zwecke mit dem Ziel, mit einfachen Mitteln
eine energische Infrarotstrahlung zu erzeugen, deren Strahlungsmaximum bei einer
größeren Wellenlänge liegt als. bei den vorher erwähnten Tiefbestrahlungsapparaten,
da nach dem Urteil medizinischer Kapazitäten gerade die langwelligen Strahlen bei
niedriger Temperatur therapeutisch besonders günstig erscheinen.
-
Erreicht wird dieses Ziel dadurch, daß ein dünnwandiger Rippenkörp
er aus geschwärztem Metall oder keramischer Masse von guter Wärmeleitfähigkeit,
dessen Rippen nach außen zu offene, enge Hohlräume bilden, von innen her durch einen
Heizkörper oder eine Glühlampe aus temperaturbestäadigem Glas oder eine sonstige
Heiz- oder Strahlenquelle beliebiger Art auf die für das gewünschte Strahlungsmaximum
notwendige Temperatur erwärmt wird, wobei durch besondere Formgebung und Dimensionierung
der Rippen der Strahlung der Charakter der schwarzen Hohlraumstrahlung aufgedrückt
und gleichzeitig ein Wärmeverlust durch Konvektion möglichst eingedämmt wird.
-
Einrichtungen, bei welchen ein elektrischer Heizkörper in einem mit
Rippen versehenen Gehäuse eingeschlossen ist, sind an sich bekannt (z. B. USA.-Patent
2 05I 930, Joung).
-
Es handelt sich dabei aber um Raumheizgeräte, Radiatoren und sonstige
Wärmeaustauschvorrichtungen, bei welchen die Rippen nicht nur zur Vergrößerung der
abstrahlenden Oberfläche, sondern in erster Linie zur Erwärmung eines Luftstromes
dienen und deshalb als gerade Querrippen ausgebildet sind, damit sie der durchströmenden
Luft möglichst wenig Widerstand bieten.
-
Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung handelt es sich hingegen
um einen Infrarotstrahler für therapeutische Zwecke, welcher stets in Zusammenwirkung
mit einem Reflektor und allenfalls mit einem Tubus verwendet wird. Die Rippen sind
dabei schräg gestellt oder in sich gekrümmt, bzw. abgewinkelt oder abgestuft oder
auch kreuzweise angeordnet und ihr Abstand so eng und ihre Tiefe so groß bemessen,
daß ein Zustandekommen einer Konvekilonsströmung möglichst unterbunden wird und
die Mehrzahl der Strahlen erst nach ein- bis mehrmaliger Reflexion an den geschwärzten,
von den Rippen gebildeten Hohlraumwänden austreten kann.
-
Schräg gestellte Rippen sind an sich an Wärmeaus taus chvorrichtuugen
ebenfalls bekannt (siehe z. B. schweizerisches Patent 208 826, Beck). Dabei handelt
es sich jedoch um Wärmeaustauschplatten mit Schlitzen und jalousieartigen Ansätzen,
durch welche das zu erwärmende Medium hindurchströmt.
-
Die schräg herausgepreßten Rippen besitzen dabei in der Strömungsrichtung
des zu erwärmenden Mediums nur eine geringe Abmessung, um die Entstehung einer entlang
der Wärmeübertragungsfläche an dieser anhaftenden wärmeisolierenden Luftschicht
(Prandtlsche Grenzschicht) möglichst einzudämmen, weil diese Grenzschicht, die nach
Maßgabe der Länge der Austauschfläche stärker wird, die Wärmeübergangszahl bedeutend
vermindert.
-
Beim Infrarotstrahler nach vorliegender Erfindung hingegen wird dieser
Effekt der Entstehung einer wärmeisolierenden Luftschicht gerade ausgenutzt und
gefördert, weil eine Wärmeübertragung an die Luft durch Konvektion einen Energieverlust
bedeuten würde und deshalb nach Möglichkeit vermieden werden muß. Die Schrägstellung
der Rippen verfolgt dabei den Zweck, wie aus Fig. 7 und 8 zu ersehen, die wirkliche
Tiefe t der Rippen im Verhältnis zu ihrer radialen Tiefe tR zu vergrößern und gleichzeitig
ihren Normalabstand a zu vefideinern, um ein reibungsloses Durchstreichen der Luft
wie bei den geraden Rippen nach Fig. 7 möglichst zu verhindern und die Bildung einer
ruhenden, wärmeisolierenden Luftschicht zu begünstigen.
-
Durch diese besondere Formgebung und Dimensionierung der Rippen wird
gleichzeitig erreicht, daß idie Mehrzahl der Strahlen nach Fig. 8 erst nach ein
bis mehrmaliger Reflexion an den geschwärzten Rippenwandungen austreten kann. Die
Strahlung erhält dadurch den Charakter der schwarzen Hohlraumstrahlung bzw. der
Strahlung des schwarzen Körpers, die bekanntlich in jedem Spektralbereich stärker
ist als diejenige irgendeines anderen Körpers von gleicher Temperatur. Das Offnungsverhältnis
des Rippenabstandes e zur Rippentiefe t braucht dabei relativ gar nicht so klein
gewähltlzu werden. Bei einem Offnungsverhältnis von a: t = I :2 z. B. wird bereits
der überwiegende Teil der Strahlung mindestens einmal, der größte Teil aber mehrmals
reflektiert. Bei einem Absorptionsvermögen von beispielsweise go O/o erreicht man
nach einmaliger Reflexion bereits eine Annäherung von gg°/o und bei zweimaliger
Reflexion bereits eine solche von gg,g°/o an das Emissionsvermögen des absolut schwarzen
Körpers.
-
Schwarze Hohlraumstrahler sind an sich auch bereits bekannt. Derartige
sogenannte schwarze Hohlraumkörper, wie sie für wissenschaftliche Untersuchungen
im Laboratorium benutzt werden, bestehen beispielsweise aus ausgebohrten Kupferklötzen
oder für höhere Temperaturen auch aus keramischen Hohlkörpern, mit einer ausgeblendeten
Offnung für den Strahlenaustritt. Die Erwärmung erfolgt durch außen herumgelegte
Heizspiralen, die Energieausnutzung ist dabei selbstverständlich nur gering.
-
Beim Gegenstand der vorliegendenErfindung hingegen wird der Rippenkörper,
dessen Rippen nach außen zu offene Hohlräume bilden, von innen her erwärmt und dadurch
eine bestmögliche Ausnutzung der zugeführten Energie erreicht.
-
Es sind auch bereits Vorrichtungen zur Umwandlung von Licht bekannt,
bei denen wenigstens eine Lichtquelle derart zwischen reflektierenden
Flächen
angeordnet ist, daß die Mehrzahl der von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen
durch diese Flächen mindestens einmal reflektiert werden, bevor sie in den Raum
ausstrahlen (siehe z. B. schweizerisches Patent 185517, Brenner). Bei diesen Vorrichtungen
handelt es sich alber vorwiegend um Beleuchtungsarmaturen zur Erzeugung möglichst
tageslichtähnlicher, diffuser Beleuchtung oder sonstiger Beleuchtungseffekte.
-
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindnug soll im folgenden an Hand
der Fig. I bis I2 näher erläutert werden.
-
Fig. I zeigt eine beispielsweise Ausführung mit einem keramischen
Heizkörper H und mit gegen die Strahlerachse X-X geneigten und in sich gekrümmten
Querrippen R. Die Mehrzahl der Strahlen kann aus den ringförmigen Hohlräumen erst
nach ein bis mehrmaliger Reflexion an den Rippenwandungen in den Raum austreten,
wie gestrichelt eingezeichnet. Der Strahler kann mit einem Edisonsockel E oder auf
eine andere Art in den Reflektor einer Bestrahlungslampe eingesetzt werden. Zwecks
leichter Auswechselbarkeit des Strahlers auch in noch heißem Zustand kann eine mit
Luftlöchern L versehene Kappe K vorgesehen werden, welche von dem Heizkörper H durch
eine Wärmeisolierschicht J getrennt ist. Die obere Hälfte der Fig. I ist im Schnitt,
die untere Ansicht von vorn betrachtet, dargestellt.
-
Fig. 2 zeigt den Strahler im Schnitt von vorn betrachtet.
-
Fig. 3 und 4 zeigen Seiten- und Vorderansicht im Schnitt einer beispielsweisen
Ausführung mit einer Glühlampe G aus hitzebeständigem Glas und einem Rippenkörper
mit Längsrippen R, die gegenüber den Radienvektoren V geneigt und spiralförmig gebogen
sind.
-
Fig. 5 und 6 zeigen in Seiten- und Vorderansicht im Schnitt schließlich
eine Ausführung, bei der z. B. ein Kohle- oder Metallfaden Kf nach Art der Ganzmetallradioröhren
im Innern eines evakuierten und allenfalls mit einem inerten Gas gefüllten, mit
Rippen versehenen Metallgefäß untergebracht ist.
-
Die Rippen sind dabei beispielsweise kreuzförmig angeordnet, so daß
wabenförmige, enge Hohlräume entstehen, wodurch eine Konvektion ebenfalls möglichst
unterbunden wird.
-
Die Fig. 7bis 12 sollen schließlich an einigen Beispielen von Rippenformen
zeigen, wie gegenüber den üblichen geraden Querrippen nach Fig. 7 durch Schrägstellung,
Abwinkelung, Krümmung und Abstufung bei gleicher radialer Tiefe tR die wirkliche
Tiefe t vergrößert und der Normalabstand ci vermindert wird.
-
Die Möglichkeit der Formgebung ist durch die angeführten Beispiele
keineswegs erschöpft und soll der Erfindungsgegenstand nicht auf die angeführten
Beispiele beschränkt sein.
-
Das Wesentliche ist, daß nicht bloß die üblichen Querrippen nach
Fig. 7 oder bloß radiale Längsrippen angebracht werden, sondern daß die Rippen von
dieser üblichen Form durch Neigung, Krümmung, Abwinkelung oder Abstufung abweichen,
so daß ihre wirkliche Tiefe größer wird als ihre radiale, oder daß Rippen kreuzweise
angeordnet werden, so daß beliebig geformte, wabenartige Hohlräume entstehen.
-
An stelle eines Heizkörpers oder einer Glühlampe aus hitzebeständigem
Glas kann natürlich auch eine andere Heiz- oder Strahlenquelle benutzt werden, z.
B. eine Gasentladungsröhre oder Silitstäbe. Auch besteht die Möglichkeit, den Rippenkörper
auswechselbar über eine Strahlenquelle zu schieben, so daß diese wahlweise sowohl
als Langwelleninfrarotstrahler, als Kurzwellenstrahler und allenfalls sogar als
Ultraviolettstrahler benutzt werden kann.