EP1283659A2 - Infrarot-Strahler mit einem Zwillings-Hüllrohr - Google Patents

Infrarot-Strahler mit einem Zwillings-Hüllrohr Download PDF

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EP1283659A2
EP1283659A2 EP02016464A EP02016464A EP1283659A2 EP 1283659 A2 EP1283659 A2 EP 1283659A2 EP 02016464 A EP02016464 A EP 02016464A EP 02016464 A EP02016464 A EP 02016464A EP 1283659 A2 EP1283659 A2 EP 1283659A2
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carbon
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twin
cladding tube
interior
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Friedhelm Schneider
Werner Kreuter
Jürgen Schaack
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Heraeus Noblelight GmbH
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    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
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    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
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    • 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 an infrared radiator with a twin sheath and at least one therein elongate IR radiating element, which is located at two opposite Each ends a contact area for an electrical connection conductor, of which at least one about a bruise of the cladding tube by means of enclosed molybdenum foil to a guided to the outside terminal contact, has.
  • a short-wave infrared surface radiator which comprises a plurality of infrared radiator elements which are each surrounded by a cladding tube, which is vacuum-tight encloses a heating coil.
  • the infrared radiator elements are for connection with a Molybdenum foil connected, which is melted in the cladding tube and the connection side by means of a Contact pin is led out of the cladding tube for electrical connection to the outside; there are several interconnected infrared heaters to form a common Abstrahlebene adjacent and arranged parallel to each other, with the connection side End of the ducts is angled in each case with respect to the Abstrahlebene.
  • the cladding tubes are in each case in the area of the pinch around angled an angle in the range between 46 and 135 °.
  • an infrared radiator which has a planar design Radiation source in the form of a carbon tape, wherein the ends of the tape are at least partially provided with a metallic contact layer, at the connection elements attack.
  • an infrared radiator with a carbon band which consists of a Variety parallel to each other and in the form of a band arranged graphite fibers, which is arranged within a sealed quartz glass tube on both sides.
  • the carbon band is provided on both sides with metallic end caps.
  • the object of the invention is, using the known twin tube technology carbon radiator to use in a different arrangement in twin tubes, with a higher flexibility to be achieved in the electrical voltage selection.
  • the object is achieved in that at least one carbon ribbon in the IR emitter element Distance from the inner surface of the cladding tube is arranged, wherein the carbon band at its ends each having a contact area for connection to metallic conductors and wherein at least a metallic conductor is designed as a tension spring.
  • the radiator is a filling gas inside the twin sheaths used, which has noble gas;
  • a filling gas is argon with a Cold filling pressure in the range of 500 to 900 mbar used.
  • a radiator in which at least one carbon band only extends over part of the length of the interior of the ducts.
  • the interior has of the cladding tube an at least approximately elliptical cross section, while the runs Main axis of the ellipse of the cross section parallel to the surface of the carbon band.
  • the interior of the cladding tube has an at least approximately circular Has cross-section, in such a case, the center of the circular cross-section in the area of the carbon band.
  • twin tube technology allows a different arrangement of twin tubes, so that it is possible on the one hand, the electric Terminal voltage to vary by the length of the carbon band; it is still advantageously possible now carbon emitters with a total length of up to 3m realize.
  • twin tubes are also mechanically stable as individual round tubes and thus in practice - for example in the paint drying - a ensure high operational safety.
  • twin tubes are also mechanically stable as individual round tubes and thus in practice - for example in the paint drying - a ensure high operational safety.
  • by the elliptical or circular Cross-section of the interiors achieved a good thermal insulation of the carbon radiator.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a twin cladding made of quartz glass with a one-sided power connection, in which a tube has a carbon band as IR radiator with tension spring, while the adjacent twin pipe contains only one tensioned with tension spring Stromzuleiter.
  • FIG. 2a shows a twin tube radiator with one-sided power connection and a carbon radiator in each of the twin tubes.
  • FIG. 2b shows a cross section along the cross-sectional area indicated by line A-A in FIG. 2a.
  • FIG. 3 shows a twin tube radiator, each with individually led out power connections at both ends of the radiator assembly.
  • FIG. 4 shows a twin tube radiator with one divided carbon band per twin tube.
  • the infrared radiator 1 mechanically secures two by melting one another connected tubes as a twin tube made of quartz glass, which at one end in each case per tube has a current passage, each with a sealing region or pinch region 4, through which a molybdenum sealant 3 is passed in each case.
  • the molybdenum foil closes the filled with argon interior from the outside atmosphere gas-tight.
  • the first tube 1 ' Internally of the first tube 1 'is a carbon band 2, whose ends each with a Contact area 6 are connected for connection to metallic conductors; at one end of the Carbon tape 2 is an electrically conductive spring element 7 for the compensation of thermal Elongated strains electrically and mechanically firmly connected, wherein the spring element with a terminal conductor is provided, which inwardly directed contact with the molybdenum foil leads.
  • the other end of the carbon band is formed over a current bridge 9 as Conductor is led to an electrical line 10 in the adjacent pipe 1 " 10 provided with a spring element 7 for compensation of the thermal elongation, so that no strain problems in the line can occur when passing through the current.
  • the Line 10 is in the squish area 4 with the end of the molybdenum foil directed towards the interior connected so that the circuit for the carbon band over the respective outer terminals 5 ', 5 "of the terminal 5 can be closed.
  • FIG. 2 a shows a longitudinal section of a twin tube arrangement, which in each tube 1 ', 1 "is a carbon band 2 ', 2 "almost over the full length of the interior, which at the respective Containing contacting areas 6 includes that with connecting lines, or spring elements 7 and a current bridge 11 is connected.
  • the inside cables are between the contacts of the bands 6 and the respective Molybdändichtfolien. 3 as spring elements 7 for compensation of the thermal elongation of the respective carbon bands 2 ', 2 "trained.
  • FIG. 2b shows a cross-sectional section along a surface, which is shown schematically in FIG. 2a is shown as line AA.
  • FIG. 3 shows a similar embodiment to FIG. 2a, but here the twin tube emitter 2 has mutually independently connectable carbon strips 2 whose outer connections 5 ', 5 "or 5 III , 5 IV are led outwards via separate current feedthroughs at opposite ends,
  • Spring elements 7 are already known from their function forth from the description of Figure 1, so that it is omitted further explanations thereto.
  • FIG. 4 shows a twin tube configuration with outer connections 5, 5 ", 5 III , 5 IV (corresponding to FIG. 3), in whose two twin tubes 1 ', 1" carbon bands 2, which are stretched only in part by tension spring 7, are provided Seen in the respective longitudinal axis complement each other so that a radiation of infrared over the entire radiator length takes place.
  • This configuration proves to be particularly favorable to realize large radiator lengths - for example in the range of 3 to 6 m in length - which can be produced by overlapping shorter carbon bands in adjacent channels of the twin tubes.

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Abstract

Ein Infrarot-Strahler mit einem langgestreckten Zwillings-Hüllrohr weist als IR-Strahlerelement wenigstens ein Carbonband auf, das im Abstand zur Innenfläche des Hüllrohres angeordnet ist, wobei das Carbonband an seinen Enden jeweils einen Kontaktbereich zum Anschluss an metallische Leiter enthält; dabei ist wenigstens ein metallischer Leiter als Zugfeder ausgebildet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Strahler mit einem Zwillings-Hüllrohr und wenigstens einem darin befindlichen langgestreckten IR-Strahlerelement, das an zwei sich gegenüber liegenden Enden jeweils einen Kontaktbereich für einen elektrischen Anschlussleiter, von denen wenigstens einer über eine Quetschung des Hüllrohres mittels eingeschlossener Molybdänfolie zu einem nach außen liegenden Anschlusskontakt geführt ist, aufweist.
Aus der EP 0 959 645 A2 ist ein kurzwelliger Infrarotflächenstrahler bekannt, der mehrere Infrarotstrahlerelemente aufweist, die jeweils von einem Hüllrohr umgeben sind, welches vakuumdicht eine Heizwendel umschließt. Die Infrarotstrahlerelemente sind zwecks Anschluss mit einer Molybdänfolie verbunden, die im Hüllrohr eingeschmolzen ist und anschlussseitig mittels eines Kontaktstiftes aus dem Hüllrohr zur elektrischen Verbindung nach außen herausgeführt ist; dabei sind mehrere miteinander verbundene Infrarotstrahler unter Bildung einer gemeinsamen Abstrahlebene benachbart und parallel zueinander angeordnet, wobei das anschlussseitige Ende der Hüllrohre jeweils in Bezug auf die Abstrahlebene abgewinkelt ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Hüllrohre jeweils im Bereich der Quetschung um einen Winkel im Bereich zwischen 46 und 135° abgewinkelt.
Weiterhin ist aus der DE 195 45 296 ein Infrarotstrahler bekannt, welcher eine flächenhaft ausgebildete Strahlungsquelle in Form eines Carbonbandes aufweist, wobei die Enden des Bandes mindestens teilweise mit einer metallischen Kontaktschicht versehen sind, an der Anschlusselemente angreifen.
Aus der GB-A 22 33 150 ist ein Infrarotstrahler mit einem Carbonband bekannt, das aus einer Vielzahl parallel zueinander und in Form eines Bandes angeordnete Graphitfasern besteht, welches innerhalb eines beidseitig verschlossenen Quarzglasrohres angeordnet ist. Für den elektrischen Anschluss ist das Carbonband beidseitig mit metallischen Endkappen versehen.
Als problematisch erweist sich bei Carbonstrahler, dass die Flexibilität bei der Wahl der elektrischen Spannung eingeschränkt ist, da es sich lediglich um ein langgestrecktes Kohlefaserband handelt; somit ist auch die elektrische Leistung nicht beliebig einstellbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Nutzung der bekannten Zwillingsrohrtechnologie Carbon-Strahler in unterschiedlicher Anordnung in Zwillingsrohren einzusetzen, wobei eine höhere Flexibilität bei der elektrischen Spannungswahl erzielt werden soll.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als IR-Strahlerelement wenigstens ein Carbonband im Abstand zur Innenfläche des Hüllrohres angeordnet ist, wobei das Carbonband an seinen Enden jeweils einen Kontaktbereich zum Anschluss an metallische Leiter aufweist und wobei wenigstens ein metallischer Leiter als Zugfeder ausgebildet ist.
Als vorteilhaft erweist es sich, dass Carbonstrahler gegenüber Metallheizleitern eine hohe thermische Schnelligkeit bieten, so dass sie in ihrem Aufheiz- und Abkühlverhalten kurzwelligen Strahlen gleichzusetzen sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Strahlers ist ein Füllgas im Inneren der Zwillings-Hüllrohre eingesetzt, welches Edelgas aufweist; vorzugsweise wird als Füllgas Argon mit einem Kaltfülldruck im Bereich von 500 bis 900 mbar eingesetzt.
In der Praxis kann ein Strahler eingesetzt werden, bei dem sich wenigstens ein Carbonband nur über einen Teil der Länge des Inneren der Hüllrohre erstreckt. Vorteilhafterweise weist das Innere des Hüllrohres einen wenigstens annähernd elliptischen Querschnitt auf, dabei verläuft die Hauptachse der Ellipse des Querschnitts parallel zur Oberfläche des Carbonbandes.
Weiterhin ist es möglich, dass das Innere des Hüllrohres einen wenigstens annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist, in einem solchen Fall liegt der Mittelpunkt des kreisförmigen Querschnitts im Bereich des Carbonbandes.
Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Nutzung der Zwillingsrohrtechnologie eine unterschiedliche Anordnung von Zwillingsrohren, so dass es einerseits möglich ist, die elektrische Anschlussspannung durch die Länge des Carbonbandes zu variieren; weiterhin ist es vorteilhafterweise möglich, nunmehr Carbonstrahler mit einer Gesamtlänge von bis zu 3m zu realisieren.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch die kompakte Geometrie der Zwillingsrohre höhere Flächenleistungen möglich sind, wobei Zwillingsrohres auch mechanisch stabiler sind als einzelne Rundrohre und somit in der Praxis - beispielsweise in der Lacktrocknung - eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten. Darüber hinaus wird durch den elliptischen bzw. kreisförmigen Querschnitt der Innenräume eine gute thermische Isolation der Carbonstrahler erzielt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1, 2a, 2b, 3 und 4 näher erläutert.
Figur 1 zeigt im Längsschnitt ein Zwillingshüllrohr aus Quarzglas mit einseitigem Stromanschluss, bei dem ein Rohr ein Carbon-Band als IR-Strahler mit Zugfeder aufweist, während das benachbarte Zwillingsrohr nur einen mit Zugfeder gespannten Stromzuleiter enthält.
Figur 2a zeigt einen Zwillingsrohrstrahler mit einseitigem Stromanschluss und einem Carbon-Strahler in jedem der beiden Zwillingsrohre.
Figur 2b zeigt einen Querschnitt entlang der durch Linie A-A in Figur 2a angedeuteten Querschnittsfläche.
Figur 3 zeigt einen Zwillingsrohrstrahler mit jeweils einzeln herausgeführten Stromanschlüssen an beiden Enden der Strahleranordnung.
Figur 4 zeigt einen Zwillingsrohrstrahler mit jeweils einem geteilten Carbonband pro Zwillingsrohr.
Gemäß Figur 1 weist der Infrarot-Strahler 1 zwei durch Schmelzen miteinander mechanisch fest verbundene Rohre als Zwillingsrohr aus Quarzglas auf, das an einem Ende jeweils pro Rohr einen Stromdurchgang mit je einem Dichtungsbereich bzw. Quetschungsbereich 4 aufweist, durch den eine Molybdändichtungsfolie 3 jeweils hindurchgeführt ist. Die Molybdänfolie schließt den mit Argon gefüllten Innenraum gegenüber der äußeren Atmosphäre gasdicht ab. Im Inneren des ersten Rohres 1' befindet sich ein Carbonband 2, dessen Enden jeweils mit einem Kontaktbereich 6 für den Anschluss an metallische Leiter verbunden sind; an ein Ende des Carbonbandes 2 ist ein elektrisch leitendes Federelement 7 zur Kompensation von thermischen Längendehnungen elektrisch und mechanisch fest angeschlossen, wobei das Federelement mit einem Anschlussleiter versehen ist, der dem nach innen gerichteten Kontakt mit der Molybdänfolie führt. Das andere Ende des Carbonbandes ist über einen als Strombrücke 9 ausgebildeten Leiter zu einer elektrischen Leitung 10 in das benachbarte Rohr 1" geführt. Darin ist die Leitung 10 mit einem Federelement 7 zur Kompensation der thermischen Längendehnung vorgesehen, so dass bei Stromdurchtritt keinerlei Dehnungsprobleme in der Leitung auftreten können. Die Leitung 10 ist im Quetschbereich 4 mit dem zum Inneren gerichteten Ende der Molybdän-Folie verbunden, so dass der Stromkreis für das Carbonband über die jeweiligen äußeren Anschlüsse 5', 5" des Anschlusses 5 geschlossen werden kann.
Es handelt sich somit um einen Strahler mit Zwillingshüllrohr, der einen einseitigen elektrischen Anschluss und eine einkanalige Beheizung aufweist; als vorteilhaft erweist sich die hohe mechanische Stabilität im Betriebszustand aufgrund der Zwillingsrohrkonstruktion mit einem Mittelsteg.
Figur 2a zeigt im Längsschnitt eine Zwillingsrohranordnung, die in jedem Rohr 1', 1" ein Carbonband 2', 2" nahezu über die volle Länge des Innenraumes aufweist, welches an den jeweiligen Enden befindliche Kontaktierungsbereiche 6 enthält, die mit Anschlussleitungen, bzw. Federelementen 7 und einer Strombrücke 11 verbunden ist. Die im Inneren befindlichen Leitungen sind zwischen den Kontaktierungen der Bänder 6 und den jeweiligen Molybdändichtungsfolien 3 als Federelemente 7 zur Kompensation der thermischen Längendehnung der jeweiligen Carbonbänder 2', 2" ausgebildet.
Figur 2b zeigt einen Querschnitt Schnitt entlang einer Fläche, welche in Figur 2a schematisch als Linie AA dargestellt ist.
Gemäß Figur 2b sind die beiden Zwillingsrohre 1', 1" zu einem einzigen mechanisch fest miteinander verbundenen Doppelrohr 1 ausgebildet, dessen äußerer Umfang sich aus der Zwillingsrohrkonfiguration 1', 1" ergibt, so dass die Zwillingsrohre nunmehr zu einem Gesamtstrahler zusammengefasst sind. Ein wesentliches Merkmal zur Erhöhung der mechanischen Stabilität, insbesondere bei hoher thermischer Belastung, ist im Mittelsteg 12 zu sehen. Aufgrund der Vorspannung durch Federelemente wird einerseits eine hohe Stabilität der IR-Strahleranordnung erzielt, während andererseits ein ausreichender Abstand zwischen Carbonstrahlerband 2, 2', 2" und der Zwillingsrohrkonfiguration besteht, so dass aufgrund thermischer Isolation eine rasche thermische Reaktion des Carbonbandes möglich ist.
Es handelt sich somit um einen Strahler mit einseitigem Anschluss und zweikanaliger Beheizung.
Figur 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Figur 2a, wobei hier jedoch der Zwillingsrohrstrahler 2 voneinander unabhängig zuschaltbare Carbonbänder 2 aufweist, deren äußere Anschlüsse 5', 5" bzw. 5III, 5IV über eigene Stromdurchführungen an sich gegenüberliegenden Enden nach außen geführt sind, wobei die Inbetriebnahme bzw. Abschaltung der jeweiligen Carbonbänder als IR-Strahlerelemente über jeweils einen eigenen Steuerstromkreis unabhängig voneinander erfolgen kann. Dabei ist es möglich, durch unterschiedliche Arten der Stromversorgung auch unterschiedliche Spektralanteile beispielsweise für Strahlungszwecke oder Trocknungszwecke zu erzeugen. Die Quetschbereiche 4, Molybdänfolien 3, Federelemente 7 sind von ihrer Funktion her bereits aus der Beschreibung zu Figur 1 bekannt, so dass auf weitere Erläuterungen hierzu verzichtet wird.
Es handelt sich somit um einen Strahler mit zweiseitigem Anschluss und zweikanaliger Beheizung.
Figur 4 zeigt eine Zwillingsrohrkonfiguration mit äußeren Anschlüssen 5, 5", 5III, 5IV (entsprechend Figur 3), in deren beiden Zwillingsrohren 1', 1" jeweils nur zum Teil mittels Zugfeder 7 gespannte Carbonbänder 2 vorgesehen sind, wobei diese sich entlang der jeweiligen Längsachse gesehen gegenseitig so ergänzen, dass eine Abstrahlung von Infrarot über die gesamte Strahlerlänge erfolgt. Diese Konfiguration erweist sich als besonders günstig, um große Strahlerlängen - beispielsweise im Bereich von 3 bis 6 m Länge - zu realisieren, die durch Überlappen aus kürzeren Carbonbändern in nebeneinander liegenden Kanälen der Zwillingsrohre herstellbar sind.

Claims (8)

  1. Infrarot-Strahler mit einem Zwillings-Hüllrohr und wenigstens einem darin befindlichen langgestreckten IR-Strahlerelement, das an zwei sich gegenüber liegenden Enden jeweils einen Kontaktbereich für einen elektrischen Anschlussleiter, von denen wenigstens ein Anschlussleiter über eine Quetschung des Hüllrohres mittels eingeschlossener Molybdänfolie zu einem außen liegenden Anschlusskontakt geführt ist, aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass als IR-Strahlerelement wenigstens ein Carbonband (2, 2', 2") im Abstand zur Innenfläche des Hüllrohres (1, 1', 1") angeordnet ist, wobei das Carbonband an seinen Enden jeweils einen Kontaktbereich (6) zum Anschluss an metallische Leiter aufweist und wobei wenigstens ein metallischer Leiter als Zugfeder (7) ausgebildet ist.
  2. Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllgas im Inneren der Zwillings-Hüllrohre (1, 1', 1") eingesetzt ist, welches Edelgas enthält.
  3. Strahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllgas Argon mit einem Kaltfülldruck im Bereich von 500 bis 900 mbar eingesetzt wird.
  4. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Carbonband (2, 2', 2") sich nur über einen Teil der Länge des Inneren der Hüllrohre (1, 1', 1") erstreckt.
  5. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Hüllrohres (1, 1', 1") einen wenigstens annähernd elliptischen Querschnitt aufweist.
  6. Infrarot-Strahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachse der Ellipse des Querschnitts parallel zur Oberfläche des Carbonbandes (2, 2', 2") verläuft.
  7. Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Hüllrohres (1, 1', 1") einen wenigstens annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist.
  8. Infrarot-Strahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des kreisförmigen Querschnitts im Bereich des Carbonbandes (2, 2', 2") liegt.
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