EP0428835A2 - Infrarot-Strahler - Google Patents

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EP0428835A2
EP0428835A2 EP90115900A EP90115900A EP0428835A2 EP 0428835 A2 EP0428835 A2 EP 0428835A2 EP 90115900 A EP90115900 A EP 90115900A EP 90115900 A EP90115900 A EP 90115900A EP 0428835 A2 EP0428835 A2 EP 0428835A2
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EP
European Patent Office
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radiator
partition
length
filament
short
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Withdrawn
Application number
EP90115900A
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English (en)
French (fr)
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EP0428835A3 (en
Inventor
Udo Hennecke
Helmut Wölz
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Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Original Assignee
Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/44—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor arranged within rods or tubes of insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/032—Heaters specially adapted for heating by radiation heating

Definitions

  • the invention relates to a short-wave infrared radiator with an elongated, one-piece twin tube with an inner web, which separates two longitudinally dividing sections dividing the cross section, in each of which a filament is arranged, and with two at the ends of the twin tube to the outside guided, sealed current feedthroughs, with the two current feedthroughs being connected directly to the two free ends of the respectively assigned filament at one radiator end, and the radiator being optionally heatable over its entire length or a partial length by means of external terminal assignment.
  • a particular area of application for such emitters which can optionally be heated over their entire length or only over a partial length, are the rollers of printers, in particular of laser printers.
  • a heatable roller is used, over which the paper coated with toner runs. Since such laser printers have to be built very compactly, the individual components, ie also the diameters of the individual rollers, are kept very small. As a result, the space inside the roller is very limited in order to heat this roller from the inside with a heater.
  • such lamps must be interchangeable due to their limited life; such an exchange takes place via the bearing parts, which can be removed from the roller.
  • the free cross-section then available for inserting such a radiator into the roller is approximately 30 to 40 mm.
  • Today's printers are designed to selectively copy different paper formats, for which purpose they are switched from format size to format size. Depending on the paper size, the entire width of the copier is required and consequently the entire length of the heating roller is heated or, for smaller paper formats, only a partial length of the heating roller is heated. Since usually only the formats DIN A3 and DIN A4 are copied, and the standard format is the DIN A4 format, for the majority of those to be manufactured Copies of only the section of the roller heated. This procedure saves energy, and the device is not unnecessarily heated up inside. To switch the device from the small A4 format to the large A3 format, the entire roller must be heated up quickly, so that a radiant heater is required for such a roller with a high degree of efficiency.
  • infrared emitters For heating such printer rollers, infrared emitters with a twin tube of the type described at the beginning have proven themselves.
  • infrared radiators In order to make better use of the interior space in the roller with known infrared radiators, up to four individual radiators, each with a single coil, are used, the radiators being used in pairs to heat the partial region of the roller, while the other pair are used to heat the entire length of the roller is added. These four individual radiators result in a complex structure.
  • twin tube emitters are operated in the short-wave radiation range, which means that they are filled with a protective gas atmosphere and sealed to the outside. Purely in terms of circuitry, it seems unproblematic to heat the heating coil only over a partial area or over the entire length, for which purpose additional connections have to be provided, which cannot be easily installed in a twin tube heater, since the drawn cladding tubes cannot be drilled arbitrarily. Already with ordinary emitters it is expensive to lead the connections to the outside at the crimped ends, since such current feedthroughs are limited by their current and heat resistance.
  • the object of the invention is to create an infrared radiator that can be operated over its full length or a partial length, with both filaments always being used to optimize performance.
  • the thickness of the partition wall is 2-4 mm; the short-circuit bridges are in each case on the partition.
  • the total length of the radiator is formed from two radiator sections with a single partition, which are mechanically firmly connected to one another in the region of the partition by their respective end faces, the end faces of the radiator sections each being fused to the partition; the circuits of both individual radiators are galvanically isolated from each other; the twin tubes are made of quartz glass.
  • the radiator 1 consists of two radiator sections 2, 3 in the form of individual radiators with twin tubes, in each of which two tubular partial spaces 4, 5 and 6, 7 are separated from one another by an intermediate web 8, 9. Both individual radiators, formed by sections 2, 3, are each axially connected to one another via their partition 10 in such a way that the axes of the twin tubes also run axially with respect to one another.
  • the ends of the two radiator sections 2, 3 located in the center of the radiator are each connected to one side of the disk-shaped partition 10 by a fused connection.
  • the parts of the intermediate webs 8, 9 adjacent to the partition 10 each have an incision 26, 27 for carrying out the short-circuit bridges 24, 25 in the immediate vicinity of the partition 10.
  • the short-circuit bridges 24, 25 can be held positively by the incisions 26, 27 of the intermediate webs 8, 9.
  • a filament 12, 13 or 14, 15 arranged parallel to the tube axis, the free ends 16, 17 or 18, 19 of which each have a pinch to the outside by squeezing the radiator ends 28, 29 sealed current feedthrough 20, 21 and 22, 23 are connected.
  • the incandescent filaments 12, 14 of one subspace 4, 6 are each connected to the incandescent filament 13, 15 of the other subspace 5, 7 by a short-circuit bridge 24, 25.
  • the current feedthroughs 20, 21 and 22, 23 are guided over molybdenum foils melted into the bulb material of the radiator ends 28, 29.
  • Argon has proven particularly useful as a gas filling.
  • the thickness of the partition is about 1.5 mm.
  • the individual radiators 2, 3 can be connected via their connecting terminals 20 ', 21' or 22 ', 23' to a direct voltage or alternating voltage source. Operation over the full length of the radiator can be carried out by operating both individual radiators in parallel on a common voltage source, for example by connecting the terminals 20 'and 22' or 21 'and 23' in parallel to one terminal of the voltage source. When operating over a partial length, either only the terminals 20 ', 21' or 22 ', 23' are connected to a voltage source.
  • the manufacture is carried out by elongating twin tubes made of quartz glass, the respective radiator ends 28, 29 being provided as current feedthroughs 20, 21, 22, 23 with molybdenum foils which have the free ends 16, 17, 18, 19 on one side Incandescent filament 12, 13, 14, 15 and on the other side can be contacted with connecting wires to the terminals 20 ', 21', 22 ', 23' serving as external contacts; the actual sealing takes place by means of a squeezing process, as is customary in metal-vapor discharge lamp technology.
  • the length of the fixed emitter is approximately 800 mm, while its width and height are approximately 20 and 30 mm.
  • the power output over the entire length is 6 kW.
  • the protective gas atmosphere is introduced in accordance with the process customary for metal vapor discharge lamps.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Ein kurzwelliger Infrarot-Strahler mit einem langgestreckten Zwillingsrohr mit Innensteg, der zwei in Längsrichtung verlaufende, mit Glühwendeln versehene Tellräume voneinander trennt und an seinen Enden abgedichtete Stromdurchführungen enthält, soll durch äußere Anschlußbelegung wahlweise über seine volle Länge oder eine Teillänge beheizbar sein; der Strahler ist in seiner Länge In zwei Strahler-Abschnitte unterteilt, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind; die Glühwendel beider Teilräume eines jeweiligen Abschnitts sind jeweils über einen Kurzschlußsteg im Bereich nahe der Trennwand miteinander elektrisch verbunden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen kurzwelligen Infrarot-Strahler mit einem lang­gestreckten, einstückigen Zwillingsrohr mit Innen-Steg, der zwei in Längs­richtung verlaufende den Querschnitt unterteilende Teilräume voneinander trennt, in denen jeweils eine Glühwendel angeordnet ist, und mit jeweils zwei an den Enden des Zwillingsrohres nach außen geführten, abgedichteten Strom­durchführungen, wobei an dem einem Strahler-Ende die beiden Stromdurch­führungen 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-Infrarot­strahler bekannt, die in einem Zwillingsrohr mit durch einen Innen-Steg abgeteilten, in Längsrichtung verlaufenden Teilräumen jeweils eine in jedem Teilraum zur Rohrachse parallel verlaufende Glühwendel enthalten. Die Glühwendel sind jeweils an den Enden des Zwillingsrohres mit nach außen geführten abgedichteten Stromdurchführungen versehen, wobei zwischen den Anschlüssen eine Teillänge von der Wendel gebildet wird, während die andere Teillänge aus einer langgestreckten Stromzuführung ohne Glüheigenschaft besteht. Durch die gegeneinander verschobenen Wendeln ist es möglich, durch wahlweisen Betrieb der einen oder anderen Glühwendel des Zwillingsrohres jeweils einen linken oder rechten Teil des Strahlers für sich in Betrieb zu nehmen oder durch Parallelschaltung beider Glühwendel 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 für eine solche Walze mit einem großen Wirkungsgrad 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 der gesamten Länge der Walze hinzuge­schaltet 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 allerdings 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 Teil­widerstände 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.
  • 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 Leistungs­optimierung stets beide Wendel genutzt werden sollen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Teile des An­spruchs 1 gelöst.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der Trennwand 2 - 4 mm; die Kurzschlußbrücken liegen jeweils an der Trennwand an.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Strahler-Gesamtlänge aus zwei strahlerabschnitten mit einer einzigen Trennwand gebildet, die im Bereich der Trennwand durch ihre jeweilige Stirnfläche mechanisch fest miteinander verbunden sind, wobei die Stirnflächen der Strahlerabschnitte jeweils mit der Trennwand verschmolzen sind; die Stromkreise beider Einzel­strahler sind voneinander galvanisch getrennt; die Zwillingsrohre bestehen aus Quarzglas.
  • Es ist selbstverständlich auch möglich, zwei Einzelstrahler, die im Bereich ihrer Kurzschlußbrücken mit jeweils einer eigenen Stirnwand geringer Stärke abgeschlossen sind, durch Verschmelzung oder Verklebung der beiden Stirn­flächen zu einem strahler mit zwei Strahlerabschnitten zusammenzusetzen.
  • 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 grafischen Apparaten eine gleichmäßige Exposition über die gesamte Bildfläche möglich ist. Da beide Strahlerabschnitte über nur einen schmalen Trennwandbereich miteinander verbunden sind, ergibt sich nur eine schmale unbeheizte Fläche.
  • Im folgenden wird der Gegenstand der Erfindung anhand der Figur näher erläutert, die einen Längsschnitt durch einen Infrarot-Strahler zeigt.
  • Aufgrund seines verhältnismäßig großen Verhältnisses von Länge zu Breite ist der Strahler zwecks besserer Übersicht nicht zusammenhängend, sondern in drei Teilstücken dargestellt.
  • Der Strahler 1 besteht aus zwei Strahler-Abschnitten 2, 3 in Form von Einzel­strahlern mit Zwillingsrohren, bei denen jeweils zwei rohrförmige Teil­räume 4, 5 sowie 6, 7 durch einen Zwischensteg 8, 9 voneinander getrennt sind. Beide Einzelstrahler, durch die Abschnitte 2, 3 gebildet, sind jeweils über ihre Trennwand 10 axial miteinander so verbunden, daß die Achsen der Zwillingsrohre ebenfalls zueinander axial verlaufen. Die in der Strahlermitte befindlichen Enden der beiden Strahler-Abschnitte 2, 3 sind durch eine Schmelzverbindung jeweils mit einer Seite der scheibenförmigen Trennwand 10 verbunden. Die der Trennwand 10 benachbarten Teile der Zwischenstege 8, 9 weisen jeweils einen Einschnitt 26, 27 zur Durchführung der Kurzschluß­brücken 24, 25 in unmittelbarer Nähe der Trennwand 10 auf. Die Kurzschluß­brücken 24, 25 können dabei durch die Einschnitte 26, 27 der Zwischen­stege 8, 9 formschlüssig gehalten werden. In jedem der Teilräume 4, 5 oder 6, 7 befindet sich jeweils eine parallel zur Rohrachse angeordnete Glüh­wendel 12, 13 bzw. 14, 15, deren freie Enden 16, 17 bzw. 18, 19 jeweils mit einer gegenüber dem Außenraum durch Quetschung der Strahlerenden 28, 29 abgedichteten Stromdurchführung 20, 21 bzw. 22, 23 verbunden sind. Die Glüh­wendel 12, 14 jeweils eines Teilraums 4, 6 sind mit der Glühwendel 13, 15 des anderen Teilraums 5, 7 jeweils durch eine Kurzschlußbrücke 24, 25 miteinander verbunden. Zur Abdichtung der mit Schutzgas gefüllten Teilräume 4, 5 und 6, 7 sind die Stromdurchführungen 20, 21 und 22, 23 über im Kolbenmaterial der Str­ahlerenden 28, 29 eingeschmolzene Molybdän-Folien geführt. Als Gasfüllung hat sich insbesondere Argon bewährt. Die Stärke der Trennwand liegt bei etwa 1,5 mm.
  • Bei den im folgenden erläuterten Anschlußmöglichkeiten können die Einzel­strahler 2, 3 über ihre Anschlußklemmen 20′, 21′ bzw. 22′, 23′ jeweils mit einer Gleichspannungs- oder Wechselspannungsquelle verbunden werden. Der Betrieb über die volle Länge des Strahlers kann durch Parallelbetrieb beider Einzelstrahler an einer gemeinsamen Spannungsquelle erfolgen, beispielsweise durch Parallelschaltung der Klemmen 20′ und 22′ bzw. 21′ und 23′ an jeweils einer Klemme der Spannungsquelle. Bei Betrieb über eine Teillänge werden entweder nur die Klemmen 20′, 21′ oder 22′, 23′ mit einer Spannungsquelle verbunden.
  • Die Herstellung erfolgt durch Langziehen von Zwillingrohren aus Quarzglas, wobei die jeweiligen Strahlerenden 28, 29 als Stromdurch­führungen 20, 21, 22, 23, mit Molybdän-Folien versehen werden, die auf einer Seite mit den freien Enden 16, 17, 18, 19 der Glühwendel 12, 13, 14, 15 und auf der anderen Seite mit Anschlußdrähten zu den als Außenkontakten dienenden Klemmen 20′, 21′, 22′, 23′ kontaktiert werden; die eigentliche Abdichtung erfolgt durch einen Quetschvorgang, wie in der Metalldampf-Entladungs­lampen-Technik üblich ist.
  • Für den Einsatz in einer Druckerwalze, beispielsweise eines Laserdruckers beträgt die Länge des ortsfest eigesetzten Strahlers ca. 800 mm, während seine Breite und Höhe ca. 20 und 30 mm betragen. Die über die Gesamtlänge abgegebene Leistung liegt bei 6 kW.
  • Die Einbringung der Schutzgasatmosphäre erfolgt nach dem bei Metalldampf-Ent­ladungslampen üblichen Verfahren.

Claims (7)

1. Kurzwelliger Infrarot-Strahler mit einem langgestreckten Zwillingsrohr mit Innen-Steg, der wenigstens zwei in Längsrichtung verlaufende den Quer­schnitt unterteilende Teilräume voneinander trennt, in denen jeweils eine Glühwendel angeordnet ist, und mit jeweils zwei an den Enden des Zwillingsrohres nach außen geführten, abgedichteten Stromdurchführungen, wobei die Stromdurchführungen 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 der Strahler (1) in seiner Länge in zwei Strahler-Abschnitte (2. 3) unterteilt ist, die durch mindestens eine Trennwand (10) voneinander getrennt sind, wobei jeder Abschnitt (2, 3) in jeweils beiden Teilräumen (4, 5, 6, 7) eine Glühwendel (12, 13, 14, 15) aufweist, wobei jeweils die Glüh­wendel (12, 14) des einen Teilraums (4, 6) mit der Glühwendel (13, 15) des anderen Teilraums (5, 7) eines Abschnittes über einen Kurzschluß­steg (24, 25) im Bereich nahe der Trennwand miteinander elektrisch ver­bunden sind und wobei die beiden Anschlüsse an dem jeweiligen Strahler­ende (28, 29) eine Stromzuführung (20, 22) und eine Stromrück­führung (21, 23) bilden.
2. Kurzwelliger Infrarot-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Trennwand (10) im Bereich von 1 bis 4 mm liegt.
3. Kurzwelliger Infrarot-Strahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Kurzschlußbrücken (24. 25) jeweils an der Trennwand (10) anliegen.
4. Strahler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler-Gesamtlänge aus zwei den Strahler-Abschnitten (2, 3) entsprechenden Einzelstrahlern gebildet ist, die an ihren jeweiligen Stirnflächen, die als Trennwände dienen, mecha­nisch fest miteinander verbunden sind.
5. Strahler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichet, daß die beiden Einzel­strahler im Bereich der Trennwände miteinander verschmolzen sind.
6. Strahler nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß die Stromkreise beider Einzelstrahler elektrisch voneinander getrennt sind.
7. Strahler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Zwillingsrohre aus Quarzglas bestehen.
EP19900115900 1989-11-20 1990-08-20 Infrared radiator Withdrawn EP0428835A3 (en)

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EP0428835A2 true EP0428835A2 (de) 1991-05-29
EP0428835A3 EP0428835A3 (en) 1992-02-12

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EP19900115900 Withdrawn EP0428835A3 (en) 1989-11-20 1990-08-20 Infrared radiator

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DE (1) DE8913683U1 (de)

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