EP1511360A2 - Infrarotstrahler, seine Verwendung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Infrarotstrahler, seine Verwendung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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EP1511360A2
EP1511360A2 EP04013953A EP04013953A EP1511360A2 EP 1511360 A2 EP1511360 A2 EP 1511360A2 EP 04013953 A EP04013953 A EP 04013953A EP 04013953 A EP04013953 A EP 04013953A EP 1511360 A2 EP1511360 A2 EP 1511360A2
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EP
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cladding tube
infrared radiator
radiator according
spacer
heating conductor
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
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    • H01K1/04—Incandescent bodies characterised by the material thereof
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0033—Heating devices using lamps
    • H05B3/009—Heating devices using lamps heating devices not specially adapted for a particular application

Definitions

  • the invention relates to an infrared radiator with an elongated, gas-tight cladding tube Quartz glass and arranged in the cladding heating element made of carbon, wherein the heating conductor electrically connected to at least two electrical contacts outside the cladding tube and wherein the heating conductor by at least one spacer made of carbon spaced from the cladding tube and centered therein, the heating conductor being elongated Band is formed.
  • the invention further relates to the use of such Infrared radiator and a method for its production.
  • Infrared radiators of the type mentioned are known from US 6,057,532.
  • the heating element is in a cladding tube made of quartz glass by means of spacers Carbon fiber centered and spaced from the wall of the cladding tube.
  • a spacer On the one hand, a yoke is used, which on nubs, which on the inner wall of the cladding tube are molded, is fixed. The preparation of the yoke itself and the molding of the Nubs on the inner wall of the cladding tube is very expensive and therefore expensive.
  • spacers are used in the form of a splint, which by the band-shaped heating element inserted and fixed again in the cladding tube by means of knobs.
  • the at least one spacer is formed as a disc, wherein the disc has an opening for the passage of the heating element, wherein the disc at least partially fills the open cross section between the heating conductor and the cladding tube.
  • Such spacers are easy to manufacture and mount in the cladding tube. A perforation of the heating element itself is not required and a structuring of the inner wall of the cladding tube before introducing the spacer in the pipe cross section is no longer required.
  • the disc is formed of carbon fiber reinforced carbon (CFC).
  • CFC carbon fiber reinforced carbon
  • the opening comprises part of the circumference of the disc.
  • the heating element has to be threaded through the pane be, which means a higher installation time.
  • the disc has a thickness in the range of 0.5 to 5 mm.
  • the heating conductor material used is graphite, graphite foil or carbonized, graphitized CFC material preferred for use.
  • heating element is glued in the opening, allowing a hiking of the Heating conductor is prevented in the disc. After bonding of heating conductor and disc takes place a heating of volatiles from the adhesive used.
  • the cladding tube is an oval perpendicular to its longitudinal axis Cross section has.
  • a cladding tube which is perpendicular to its longitudinal axis a circular cross-section has, it is advantageous if in the region of at least one spacer the cladding tube is deformed. A change in the wall thickness of the cladding tube is thereby substantially not generated.
  • an infrared radiator which has a cladding tube with a circular cross-section, is made such that the heating element is pushed together with the at least one spacer in the cladding tube and then the cladding tube is deformed by the cladding tube in Temperature is applied to the region of the at least one spacer and the heated cladding tube is deformed such that the at least one spacer fills the open cross section between the heating conductor and the cladding tube.
  • Such a method is simple, fast and inexpensive to perform, with a weakening of the cladding does not occur. Only an exposure of the cladding tube with temperature leads to a collapse of the cladding tube inner diameter and an adaptation to the at least one spacer.
  • the heated quartz glass can also be deformed via possibly heated dies.
  • Figure 1a shows a spacer 1, which is formed as a disc, wherein the disc has an opening 2 for carrying out a heat conductor.
  • the disc is made of carbon fiber reinforced Carbon (CFC) is formed.
  • FIG. 1b shows the spacer 1 from FIG. 1a in a side view. It is through the opening 2, visible in Figure 1a, a heating element 3 out.
  • FIG. 1 a time a further spacer 1 made of carbon fiber reinforced carbon (CFC), at the opening 2 is a part of the circumference of the disc designed as a spacer. 1 includes.
  • CFC carbon fiber reinforced carbon
  • Figure 2b shows the spacer 1 of Figure 2a in the side view, wherein in the opening of the second a heating conductor 3 is arranged.
  • FIG. 3 shows the cross section through an infrared radiator with a cladding tube 4 serving as a twin tube is designed with oval cross-section and consists of quartz glass.
  • a heat conductor 3 is arranged, which by disk-shaped spacers 1 is centered and held.
  • the heating element 3 are located in the openings 2 of the spacers 1.
  • Figure 4a shows a longitudinal section through an infrared radiator with a cladding tube 4, which has a circular cross-section.
  • a heating element 3 is arranged, the is centered and held by spacers 1 in the cladding tube 4.
  • the ends of the cladding tube 4 are sealed gas-tight and have current feedthroughs 5a, 5b.
  • the heating element 3 is over tensioned a tension spring 6, so that prevents heating of a sagging of the heating element becomes.
  • FIG. 4b shows the infrared radiator from FIG. 4a in a further longitudinal section, which is rotated 90 ° is made to represent in Figure 4a.
  • FIG. 5 shows a cross section through an infrared radiator with a cladding tube 4, which has a having circular cross-section.
  • a heating element 3 is arranged, which by spacers 1 is centered and held in the cladding tube 4. In this case, the heating element 3 through an opening 2 out in the spacer 1.
  • the spacer 1 is designed as a non-circular disk, the velvet heating 3 is introduced into the cladding tube. Only then is the cladding tube 4 in Area of the spacer 1 is heated and deformed, so that a local adjustment of the inner contour of the cladding tube 4 and the spacer 1 in the areas 4a, 4b of the cladding tube 4 is generated. As a result, a rotation of the heating element 3 in the cladding tube 4 is effective prevented and the cladding tube 4 not weakened.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Infrarotstrahler mit einem langgestreckten, gasdichten Hüllrohr aus Quarzglas und einem in dem Hüllrohr angeordneten Heizleiter aus Kohlenstoff, wobei der Heizleiter mit mindestens zwei elektrischen Kontakten außerhalb des Hüllrohres elektrisch verbunden ist und wobei der Heizleiter durch mindestens einen Abstandshalter beabstandet vom Hüllrohr und in diesem zentriert angeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter als langgestrecktes Band ausgebildet ist, dass der mindestens eine Abstandshalter als Scheibe ausgebildet ist, wobei die Scheibe eine Öffnung zur Durchführung des Heizleiters aufweist, wobei die Scheibe den offenen Querschnitt zwischen dem Heizleiter und dem Hüllrohr zumindest teilweise ausfüllt, und wobei die Scheibe aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) gebildet ist.
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Infrarotstrahler mit einem langgestreckten, gasdichten Hüllrohr aus Quarzglas und einem in dem Hüllrohr angeordneten Heizleiter aus Kohlenstoff, wobei der Heizleiter mit mindestens zwei elektrischen Kontakten außerhalb des Hüllrohres elektrisch verbunden ist und wobei der Heizleiter durch mindestens einen Abstandshalter aus Kohlenstoff beabstandet vom Hüllrohr und in diesem zentriert angeordnet ist, wobei der Heizleiter als langgestrecktes Band ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines solchen Infrarotstrahlers sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Infrarotstrahler der eingangs genannten Art sind aus der US 6,057,532 bekannt. Hier ist eine Infrarotstrahlungsquelle mit einem Carbonfasern enthaltenden, bandförmigen Heizelement offenbart. Das Heizelement ist dabei in einem Hüllrohr aus Quarzglas mittels Abstandshaltern aus Carbonfaser zentriert und von der Wandung des Hüllrohres beabstandet. Als Abstandshalter werden einerseits ein Joch verwendet, welches an Noppen, welche an der Innenwand des Hüllrohres angeformt wurden, fixiert ist. Die Herstellung des Jochs an sich sowie das Anformen der Noppen an der Innenwand des Hüllrohres ist sehr aufwendig und damit teuer. Andererseits werden Abstandshalter in Form eines Splints verwendet, welcher durch das bandförmige Heizelement gesteckt und im Hüllrohr wieder mittels Noppen fixiert ist. Eine derartige Ausgestaltungsform führt in kürzester Zeit zum Ausfall des Heizelementes, nachdem im Bereich der Splinte das Band zerstört wird.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Infrarotstrahler mit einem Heizleiter aus Kohlenstoff bereitzustellen, welcher geeignetere Abstandshalter zwischen dem Heizleiter und einem Hüllrohr aus Quarzglas aufweist, sowie ein optimiertes Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der mindestens eine Abstandshalter als Scheibe ausgebildet ist, wobei die Scheibe eine Öffnung zur Durchführung des Heizleiters aufweist, wobei die Scheibe den offenen Querschnitt zwischen dem Heizleiter und dem Hüllrohr zumindest teilweise ausfüllt.
Derartige Abstandshalter sind einfach herzustellen und im Hüllrohr zu montieren. Eine Perforierung des Heizleiters selbst ist dabei nicht erforderlich und auch eine Strukturierung der Innenwand des Hüllrohres vor Einbringen des Abstandshalters in den Rohrquerschnitt ist nicht mehr erforderlich.
Vorzugsweise ist die Scheibe aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) gebildet.
Es hat sich bewährt, wenn die Öffnung einen Teil des Umfangs der Scheibe umfasst. Durch eine derartige Ausgestaltung des Abstandshalters kann der Heizleiter seitlich in den Abstandshalter eingeschoben und somit noch schneller montiert werden.
Es ist aber genauso möglich, dass die Öffnung beabstandet zum Umfang der Scheibe angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform muss der Heizleiter allerdings durch die Scheibe gefädelt werden, was einen zeitlich höheren Montageaufwand bedeutet.
Es hat sich bewährt, wenn die Scheibe eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 5 mm aufweist.
Als Heizleitermaterial kommt Graphit, Graphitfolie oder carbonisiertes, graphitisiertes CFC-Material bevorzugt zum Einsatz.
Es hat sich bewährt, wenn der Heizleiter in der Öffnung verklebt ist, so dass ein Wandern des Heizleiters in der Scheibe verhindert wird. Nach dem Verkleben von Heizleiter und Scheibe erfolgt ein Ausheizen von flüchtigen Bestandteilen aus dem verwendeten Kleber.
Es ist von Vorteil für die Lebensdauer des Infrarotstrahlers, wenn das Hüllrohr mit einem inerten Gas oder Gasgemisch gefüllt ist oder aber evakuiert ist.
Besonders hat es sich bewährt, wenn das Hüllrohr senkrecht zu seiner Längsachse einen ovalen Querschnitt aufweist. Dadurch wird ein Verdrehen des Heizleiters im Hüllrohr automatisch unterbunden und eine gesonderte Fixierung der Scheibe im Hüllrohr als Verdrehschutz ist nicht erforderlich.
Wird ein Hüllrohr verwendet, das senkrecht zu seiner Längsachse einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, so ist es von Vorteil, wenn im Bereich des mindestens einen Abstandshalters das Hüllrohr verformt ist. Eine Änderung der Wandstärke des Hüllrohres wird dabei im wesentlichen nicht erzeugt.
Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers bei Heizleitertemperaturen im Bereich von 900 bis 2200°C ist ideal.
Die Aufgabe wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass ein Infrarotstrahler, welcher ein Hüllrohr mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, derart hergestellt wird, dass der Heizleiter zusammen mit dem mindestens einen Abstandshalter in das Hüllrohr geschoben wird und anschließend das Hüllrohr verformt wird, indem das Hüllrohr im Bereich des mindestens einen Abstandshalters mit Temperatur beaufschlagt wird und das erhitzte Hüllrohr derart verformt wird, dass der mindestens eine Abstandshalter den offenen Querschnitt zwischen dem Heizleiter und dem Hüllrohr ausfüllt.
Ein derartiges Verfahren ist in einfacher Weise, schnell und kostengünstig auszuführen, wobei eine Schwächung der Hüllrohrwand nicht auftritt.
Allein eine Beaufschlagung des Hüllrohres mit Temperatur führt zu einem Zusammenfallen des Hüllrohrinnendurchmessers und einer Anpassung an den mindestens einen Abstandshalter. Zusätzlich zur Beaufschlagung des Hüllrohres mit Temperatur kann das erwärmte Quarzglas aber auch über gegebenenfalls beheizte Stempel verformt werden.
Die Figuren 1a bis 2b zeigen geeignete Abstandshalter für den erfindungsgemäßen Infrarotstrahler, die Figuren 3 bis 5 den erfindungsgemäßen Infrarotstrahler selbst.
Es zeigt:
Figur 1a
einen Abstandshalter, der als Scheibe aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoff gebildet ist,
Figur 1 b
den Abstandshalter aus Figur 1a in der Seitenansicht inklusive eines hindurch geführten Heizleiters,
Figur 2a
einen weiteren Abstandshalter aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoff,
Figur 2b
den Abstandshalter aus Figur 2a in der Seitenansicht, wobei ein Heizleiter hindurchgeführt ist,
Figur 3
den Querschnitt durch einen Infrarotstrahler mit Zwillingshüllrohr und Abstandshaltern gemäß Figuren 2a bis 2b,
Figur 4a
einen Infrarotstrahler mit einem Hüllrohr, welches einen kreisförmigen Querschnitt aufweist im Längsschnitt,
Figur 4b
den Infrarotstrahler aus Figur 4a in einem weiteren Längsschnitt,
Figur 5
einen Querschnitt durch einen Infrarotstrahler mit verformtem Hüllrohr.
Figur 1a zeigt einen Abstandshalter 1, welcher als Scheibe ausgebildet ist, wobei die Scheibe eine Öffnung 2 zur Durchführung eines Heizleiters aufweist. Die Scheibe ist aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoff (CFC) gebildet.
Figur 1b zeigt den Abstandshalter 1 aus Figur 1a in der Seitenansicht. Dabei ist durch die Öffnung 2, sichtbar in Figur 1a, ein Heizleiter 3 geführt.
Figur 2a zeit einen weiteren Abstandshalter 1 aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoff (CFC), bei dem die Öffnung 2 einen Teil des Umfangs des als Scheibe ausgestalteten Abstandshalters 1 umfasst.
Figur 2b zeigt den Abstandshalter 1 aus Figur 2a in der Seitenansicht, wobei in der Öffnung 2 ein Heizleiter 3 angeordnet ist.
Figur 3 zeigt den Querschnitt durch einen Infrarotstrahler mit einem Hüllrohr 4, das als Zwillingsrohr mit ovalem Querschnitt gestaltet ist und aus Quarzglas besteht. In den beiden Kanälen des Hüllrohres ist jeweils ein Heizleiter 3 angeordnet, welcher durch scheibenförmige Abstandshalter 1 zentriert und gehalten ist. Die Heizleiter 3 befinden sich dabei in den Öffnungen 2 der Abstandshalter 1.
Figur 4a zeigt einen Längsschnitt durch einen Infrarotstrahler mit einem Hüllrohr 4, welches einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Im Hüllrohr 4 ist ein Heizleiter 3 angeordnet, der durch Abstandshalter 1 im Hüllrohr 4 zentriert und gehalten ist. Die Enden des Hüllrohres 4 sind gasdicht verschlossen und verfügen über Stromdurchführungen 5a, 5b. Der Heizleiter 3 ist über eine Zugfeder 6 gespannt, so dass bei Erwärmung ein Durchhängen des Heizleiters verhindert wird.
Figur 4b zeigt den Infrarotstrahler aus Figur 4a in einem weiteren Längsschnitt, der 90° gedreht zur Darstellung in Figur 4a vorgenommen ist.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Infrarotstrahler mit einem Hüllrohr 4, welches einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Im Hüllrohr 4 ist ein Heizleiter 3 angeordnet, der durch Abstandshalter 1 im Hüllrohr 4 zentriert und gehalten ist. Dabei ist der Heizleiter 3 durch eine Öffnung 2 im Abstandshalter 1 geführt. Der Abstandshalter 1 ist als eine unrunde Scheibe ausgeführt, die samt Heizleiter 3 in das Hüllrohr eingeführt wird. Erst danach wird das Hüllrohr 4 im Bereich des Abstandshalters 1 erwärmt und verformt, so dass eine lokale Anpassung der Innenkontur des Hüllrohres 4 and den Abstandshalter 1 auch in den Bereichen 4a, 4b des Hüllrohres 4 erzeugt wird. Dadurch wird eine Verdrehung des Heizleiters 3 im Hüllrohr 4 wirkungsvoll unterbunden und das Hüllrohr 4 dabei nicht geschwächt.

Claims (12)

  1. Infrarotstrahler mit einem langgestreckten, gasdichten Hüllrohr aus Quarzglas und einem in dem Hüllrohr angeordneten Heizleiter aus Kohlenstoff, wobei der Heizleiter mit mindestens zwei elektrischen Kontakten außerhalb des Hüllrohres elektrisch verbunden ist und wobei der Heizleiter durch mindestens einen Abstandshalter aus Kohlenstoff beabstandet vom Hüllrohr und in diesem zentriert angeordnet ist, wobei der Heizleiter als langgestrecktes Band ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abstandshalter (1) als Scheibe ausgebildet ist, wobei die Scheibe eine Öffnung (2) zur Durchführung des Heizleiters (3) aufweist, wobei die Scheibe den offenen Querschnitt zwischen dem Heizleiter (3) und dem Hüllrohr (4) zumindest teilweise ausfüllt.
  2. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) gebildet ist.
  3. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (2) einen Teil des Umfangs der Scheibe umfasst.
  4. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (2) beabstandet zum Umfang der Scheibe angeordnet ist.
  5. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 5 mm aufweist.
  6. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (3) aus Graphit, Graphitfolie, oder carbonisiertem, graphitisiertem CFC-Material gebildet ist.
  7. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (3) in der Öffnung (2) verklebt ist.
  8. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (4) mit einem inerten Gas oder Gasgemisch gefüllt ist oder evakuiert ist.
  9. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (4) senkrecht zu seiner Längsachse einen ovalen Querschnitt aufweist.
  10. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (4) senkrecht zu seiner Längsachse einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei das Hüllrohr (4) im Bereich des mindestens einen Abstandshalters (1) verformt ist.
  11. Verwendung eines Infrarotstrahlers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei Heizleitertemperaturen im Bereich von 900 bis 2200°C.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlers nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (3) zusammen mit dem mindestens einen Abstandshalter (1) in das Hüllrohr (4) geschoben wird und dass das Hüllrohr (4) anschließend verformt wird, indem das Hüllrohr (4) im Bereich des mindestens einen Abstandshalters (1) mit Temperatur beaufschlagt wird, bis der mindestens eine Abstandshalter (1) den offenen Querschnitt zwischen dem Heizleiter (3) und dem Hüllrohr (4) ausfüllt.
EP04013953A 2003-08-27 2004-06-15 Infrarotstrahler, seine Verwendung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung Withdrawn EP1511360A3 (de)

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