Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlungsheizgerät mit einem Gehäuse, mit
mindestens einem in dem Gehäuse angeordneten Reflektor, mit einer Auslaßöffnung
und mit einem dem Reflektor zugeordneten Hochtemperatur-Heizstrahler.
Hochtemperatur-Heizstrahler werden wegen ihrer hohen Temperaturen von
ca. 2000°K bis 2800°K in einem geschlossenen Hüllrohr betrieben, da sie in
normaler Atmosphäre nicht mehr verzunderungsfrei brennen können, wie z.B.
Kanthalstrahler bis ca. 1500°K. Derartige Hüllrohre bestehen in der Regel aus
Quarz. Ein übliches Strahlermaterial ist z.B. Wolfram mit Temperaturen von
ca. 2000°K bis 2800°K. Ein Vorteil derartiger Hochtemperatur-Heizstrahler ist, daß
die gleiche Heizleistung mit zunehmender Temperatur aus einer kleineren
Brennergröße zu erzielen ist (kleine Abmessungen des Heizsystems). Ein weiterer
Vorteil zunehmend kompakterer Strahlungsquellen ist die bessere Fokussierbarkeit
und damit effizientere gezielte Strahlungsverteilung (lokal begrenzte
Strahlungsheizung). Hand in Hand damit geht jedoch der Nachteil, daß mit
zunehmender Temperatur ab ca. 2000°K der Lichteindruck verstärkt wird, die
Blendung unangenehm zunimmt und auch der Eindruck der Gefährlichkeit vermittelt
wird, z.B. Brandgefahr. Ab dieser Temperatur von ca. 2000°K sind daher
Maßnahmen zur Reduktion des Lichtanteils in der Regel unerläßlich. In diesen
nachfolgend beschriebenen Maßnahmen unterscheiden sich im wesentlichen die
derzeit bekannten Systeme:
a. Verwendung eines Quarzrohres als Lampenkolben oder eines zusätzlichen
Hüllrohres, die jeweils die Strahlung im sichtbaren Bereich absorbieren.
Dabei ist die Energiedichte wegen zunehmender Temperaturbelastung durch
die maximal mögliche Temperatur begrenzt. b. Verwendung einer im sichtbaren Bereich absorbierenden Abdeckung über
dem System. Dies ist bei Lichtkochplatten eine übliche Maßnahme. Die
Wärmestrahlungs-Transparenz beträgt dabei jedoch nur ca. 60%. c. Verwendung eines Kanten-Interferenzfilters in der Abdeckung. Dieses ist
jedoch thermisch nur bis ca. 400°C belastbar. d. Verwendung eines Kanten-Interferenzfilters auf dem
Lampenkolben-Quarzrohr (z.B. US-PS 45 88 923 "High Efficiency Tubular
Heat Lamps").
Alle diese Lösungen sind technisch erprobt und Stand der Technik, leiden aber in
der Regel entweder an einer Begrenzung der Leistungsdichte nach oben, weil ein
lichtabsorbierendes Bauteil seine Temperatur-Belastungsgrenze erreicht, und an
erhöhten Zusatzkosten für die Maßnahme der Lichtdämpfung. Ein Zusatzproblem ist
die erhöhte Leuchtdichte des Strahlers selber, die der Betrachter in der Regel direkt
sieht, auch wenn der gesamte Lichteindruck durch die Lichtdämpfungsmaßnahmen
akzeptabel niedrig sein kann. Dieser Eindruck laßt sich nur durch bekannte
Zusatzmaßnahmen zur Verringerung der Leuchtdichte verbessern (frosted lamps,
brechende Strukturen in der Abdeckung oder spezielle hoxagonale
Reflexionsgitter-Strukturen). Schließlich vermitteln alle Hochtemperaturstrahler ohne
eine solide Abdeckung den Eindruck einer mechanischen Verletzbarkeit des Strahlers
selber, z.B. durch mechanische Einwirkung oder durch thermischen Schock
(Spritzwasser).
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit wenig Aufwand
ein gegen mechanische Beschädigungen geschütztes Strahlungsheizgerät zu schaffen,
bei dem die Lichtdämpfung verbessert und damit die Blendung verringert ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Strahlungsheizgerät der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Hochtemperatur-Heizstrahler, der
Reflektor und die Auslaßöffnung so angeordnet sind, daß alle von dem
Hochtemperatur-Heizstrahler ausgehenden Strahlen mindestens einmal reflektiert
werden, bevor sie die Auslaßöffnung verlassen. Damit wird jegliche Direktsicht auf
den Hochtemperatur-Heizstrahler und somit eine direkte Blendung verhindert. Alle
Strahlen erreichen die Auslaßöffnung über mindestens eine Reflexion. Eine derartige
Anordnung des Hochtemperatur-Heizstrahlers bedeutet, daß dieser außerdem gegen
direkte mechanische Beschädigungen oder Berührungen geschützt ist, z.B. nicht
direkt mittels irgendwelcher Gegenstände, z.B. Stricknadeln, erreichbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Gegenstandes ergibt sich durch die Merkmale
des Anspruches 2. Bei dieser Ausgestaltung ist der Hochtemperatur-Heizstrahler
optimal geschützt gegen das Hineinfallen von brennbaren Gegenständen. Spritzende
Flüssigkeiten können den Hochtemperatur-Heizstrahler nur schwer erreichen.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 kann eine Optimierung der Strahlen im
Hinblick auf die Auslaßöffnung erreicht werden.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 erreicht man für Heizlampen mit ihrer
maximalen Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 1 µm und mindestens 2,5 µm
Reflexionsgrade von über 90%. Mit Reinaluminium wird aber auch der sichtbare
Lichtanteil zu ca. 90% reflektiert, womit in einem solchen System eine
unangenehme Blendung verbunden wäre.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 kann die Blendung drastisch reduziert
werden, ohne daß auch die Infrarot-Reflexion für die Heizstrahlung oberhalb von
1 µm Wellenlänge nennenswert reduziert wird. Eine derartige schwarze Eloxalschicht
hat hochselektive Eigenschaften. Dies bedeutet, daß das Licht hochgradig gedämpft
wird, während die Absorption im nahen Infrarot-Bereich sehr gering ist. Damit
bleibt die Erwärmung des Reflektormaterials in beherrschbaren Grenzen.
Durch die Merkmale des Anspruch 6 wird eine Eloxalschicht beschrieben, die
besonders hochselektive Eigenschaften besitzt. Das so beschriebene Eloxal hat ein
hohes Reflexionsvermögen im Hauptstrahlungsbereich des
Hochtemperatur-Heizstrahlers (Wellenlänge 1 µm bis 2,5 µm) und einem geringen
Reflexionsgrad (typisch 7% bei einem Schwarzeloxal) im sichtbaren
Wellenlängenbereich (0,4 µm bis 0,7 µm). Dabei erhält man bei einmaliger Reflexion
eine ca. 15-fache Lichtdämpfüng, während die Wärmestrahlung nahezu ungehindert
reflektiert wird. Ein sogenanntes Schwarz-Eloxal ist hervorragend geeignet für die
Ausgestaltung des Reflektors, um die Lichtmenge erheblich zu reduzieren und um
die Wärmestrahlung dennoch austreten zu lassen.
In der Feinoptimierung der Reflektorgestaltung kommt es darauf an, die Erwärmung
des Reflektors zu minimieren. Reinaluminium widersteht dabei Temperaturen bis
ca. 400°C, hochselektive Eloxalschichten nur Temperaturen bis ca. 200°C. Mit den
Merkmalen des Unteranspruchs 8 in Kombination mit dem Unteranspruch 7 erreicht
man trotz ausreichender Lichtdämpfung eine geringere thermische Maximalbelastung
des Reflektors, weil das relativ stärker absorbierende schwarze Eloxal in Bereichen
geringerer Energiedichte eingesetzt wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 9 erhält das Aluminium eine relativ dicke
mechanische Schutzschicht. Selbst diese relativ dicke Schicht hat noch die oben
genannten guten Reflexionseigenschaften im Bereich bis ca. 2,5 µm. Kräftigere
Absorptionen gibt es bei diesen Eloxalschichtdicken von über 10 µm nur bei der
Wellenlänge von ca. 2,8 µm (Wasserbande) und oberhalb von 7 µm (Eigenabsorption
des Aluminiumoxyds).
Wenn man jedoch keine mechanische Schutzfunktion durch das Eloxal benötigt,
kann man bei Schichtdicken unter 10µm bleiben, wie dies im Anspruch 10
beschrieben ist. Damit bekommt man eine Verringerung der Absorption in den
beiden genannten Bereichen. Derartige dünne Eloxalschichten von weniger als 10 µm
können z.B. dann benutzt werden, wenn bei einem durch ein Öffnungsgitter
geschützten Strahlungsheizer keine mechanische Oberflächenhärtung des
Reflektormaterials benötigt wird. Derartige Schichten mit einer Dicke von unter
10 µm können sogar noch schneller aufgebracht werden als die üblichen Dicken von
10 µm bis 20 µm. Damit werden die Absorptionen bei 2,8 µm und oberhalb von 7 µm
verringert, was zu einer verringerten Erwärmung des Reflektormaterials führt.
Zur weiteren Begrenzung der Temperatur eignen sich z.B. die Merkmale der
Ansprüche 11 und 12. Die im Anspruch 12 genannten Öffnungsschlitze lassen die
warme Luft aus der Umgebung des Hochtemperatur-Heizstrahlers nach oben
entweichen, ohne daß dadurch die Strahlungsreflexion ungünstig beeinflußt wird.
Außerdem kann die Temperatur begrenzt werden durch Erhöhung des rückwärtigen
Emissionsgrades des Reflektors. Das unterstützt die Abstrahlung in Richtung der
anderen inwendigen Gehäuseteile und ergänzt eine zusätzliche konvektive Kühlung.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes gemäß der
Erfindung schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Diagramm.
Das dargestellte Heizgerät besitzt ein Gehäuse 10 und einen in dem Gehäuse
angeordneten Reflektor 11, der aus zwei durch Schlitze 12 voneinander getrennte
Reflektorteile 13 und 14 besteht. In der Nähe des oberen Reflektorteiles 13 befindet
sich ein Hochtemperatur-Heizstrahler 15. Der Reflektor 11 mit seinen beiden Teilen
13 und 14 ist im Querschnitt etwa halbkreisförmig ausgebildet und besitzt im
unteren Bereich einen nach außen vorspringenden Trichter 16 mit einer
Auslaßöffnung 17, die durch ein Gitter 18 abgedeckt ist. Mit 19 ist ein
Bedienungspaneel bezeichnet.
Je nach der gewünschten Strahlungsverteilung sind die Reflektorteile 13, 14 mit
Knickkanten 13a, 14a versehen. Die von dem Hochtemperatur-Heizstrahler
ausgehenden Strahlen 20a, b werden mindestens einmal reflektiert, bevor sie die
Auslaßöffnung 17 verlassen. Dazu ist die obenliegende innere Begrenzungskante 16a
des Trichters 16 wie folgt angeordnet: Die Verbindungslinie zwischen dem
Hochtemperatur-Heizstrahler 15 und der Begrenzungskante 16a trifft in ihrer
Verlängerung den Trichter 16 innerhalb oder an der außenliegenden unteren
Begrenzungskante 16b. Der Reflektor 11 besteht aus Reinaluminium. Das obere
Reflektorteil 13, in dessen Nähe sich der Hochtemperatur-Heizstrahler 15 befindet,
kann entweder blank oder eloxiert ausgeführt sein, während das untere Reflektorteil
14 zur Vermeidung der Blendung immer mit einer Eloxalschicht 14b versehen ist.
Für den Fall, daß das obere Reflektorteil 13 nicht eloxiert ist, werden im sichtbaren
Bereich die Strahlen 20a ebenfalls reflektiert, was jedoch wegen der mehrfachen
Reflexion nicht so stark ins Gewicht fällt. Dagegen werden die von dem
Reflektorteil 14 reflektierten Strahlen 20b in der Regel nur einmal reflektiert, so daß
zur Vermeidung der Blendung dieses Reflektorteil immer mit einer Eloxalschicht
14b versehen ist.
Grundsätzlich läßt die dünne Eloxalschicht auf dem Reinaluminium des
Reflektormaterials im sichtbaren Bereich noch Freiheiten für eine ansprechende
Farbgebung zu, d.h. sie braucht nicht nur schwarz, sondern kann auch z.B.
dunkelrot ausgeführt werden. Außerdem können die von außen sichtbaren
Reflektorteile eine Hammerschlagstruktur aufweisen, durch welche der
Leuchtdichteeindruck des verbleibenden sichtbaren Lichtanteils beim Anblick der
Strahleröffnung weiter verringert wird.
Der erfindungsgemäße Reflektor 11 bietet eine günstige Verteilung des
Reflektormaterials, da bei der höchsten Leistungsdichte in der Umgebung des
Hochtemperatur-Heizstrahlers 15 Reinaluminium verwendet werden kann, während
das Eloxalmaterial überwiegend in den Bereichen mit geringer Leistungsdichte
eingesetzt wird.
Die Erfindung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung eines
Strahlungsheizgerätes, da einfache Standard-Bauteile, z.B. Standard-Heizstrahler,
eingesetzt werden können und da dünne Eloxalschichten einfacher aufzubringen sind
als dicke Standard-Eloxalschichten.
Fig. 2 zeigt den Reflexionsverlauf R/% über der Wellenlänge λ/µm eines schwarzen
Eloxals, das gemäß der Erfindung teilweise oder ganz auf dem Aluminiumreflektor
eingesetzt wird. Es hat im Hauptstrahlungsbereich eines
Hochtemperatur-Heizstrahlers (Wellenlänge etwa 1 µm bis 2,5 µm) ein hohes
Reflexionsvermögen und im sichtbaren Wellenlängenbereich (etwa 0,4 µm bis
0,7 µm) ein geringes Reflexionsvermögen (unter 10%) und damit eine gute
Lichtdämpfung.