WO2008101573A2 - Infrarotstrahler mit opakem reflektor und seine herstellung - Google Patents

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WO2008101573A2
WO2008101573A2 PCT/EP2008/000322 EP2008000322W WO2008101573A2 WO 2008101573 A2 WO2008101573 A2 WO 2008101573A2 EP 2008000322 W EP2008000322 W EP 2008000322W WO 2008101573 A2 WO2008101573 A2 WO 2008101573A2
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quartz
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Volker Reith
Sven Linow
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Heraeus Noblelight Gmbh
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    • H01K3/00—Apparatus or processes adapted to the manufacture, installing, removal, or maintenance of incandescent lamps or parts thereof
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    • H01K1/32—Envelopes; Vessels provided with coatings on the walls; Vessels or coatings thereon characterised by the material thereof
    • H01K1/325—Reflecting coating
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    • H01K3/00—Apparatus or processes adapted to the manufacture, installing, removal, or maintenance of incandescent lamps or parts thereof
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K7/00—Lamps for purposes other than general lighting

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an infrared radiator from an endlessly shaped quartz body, wherein on the surface of the body of quartz glass at least partially a reflector layer is applied, and a thus produced infrared radiator.
  • Quartz glass components are used in a variety of applications, such as in lamp manufacturing for cladding, piston cover plates or reflector supports for lamps and radiators in the ultraviolet, infrared and visible spectral range.
  • the quartz glass is doped with other substances to produce special properties.
  • Quartz glass is characterized by a low coefficient of expansion, by optical transparency over a wider wavelength range and by high chemical and thermal resistance.
  • optical radiators are provided with a reflector.
  • the reflector is either firmly connected to the radiator or it is a reflector component arranged separately from the radiator.
  • US 2,980,820 describes a short-wave infrared radiator.
  • an infrared radiator in which the lamp tube is designed in the form of a so-called twin tube.
  • a quartz glass tube is divided by a longitudinal ridge into two mutually parallel subspaces, wherein in one or both subspaces a heating coil runs.
  • the main radiation direction of the infrared radiation side facing away from the twin tube is covered with a gold layer, which serves as a reflector.
  • this gold layer has a reflectivity of> 95% over the entire infrared and persists permanently at a maximum temperature of 600 ° C. At higher temperatures, loss of adhesion and evaporation of the gold lead after only a short time to a loss of the reflective property.
  • Reflective layers of gold with a high reflectivity of more than 90% generally have the disadvantage that they have only a limited temperature resistance or a low reflection rate.
  • radiators with a reflector layer it is not possible to coat the quartz body or the quartz tube first and then perform the pinch.
  • the reflector can only be applied to the empty radiator tube, since the process temperatures exceed 1250 0 C. Due to the process, the reflector therefore has to be applied to the emitter tube before the spotlight production begins, to the size required later. He must not reach into the area of bruising. This is necessary because the radiator tubes are evenly heated when squeezed with rotating burners. Due to the different amounts of quartz on the front and back of tubes with the reflector layer described either the coated side would not warmed enough to deform them, or the uncoated portion of the tube is heated too much, so that the quartz tube is too viscous and ruptures.
  • Typical incandescent bulbs consist of two opposed gas burners rotating around the quartz tube to be squeezed. If the quartz tube is sufficiently hot for the pinch, the two burners stop in their rest position, so that the two crimping jaws can move past the burners to the quartz tube and compress the quartz glass around the molybdenum foil.
  • the technique of pinching and molybdenum foil is shown in DE 29 47 230 A1.
  • Both burners are fed together from one supply line and thus have essentially the same burner output.
  • the contusion can only be triggered when the entire tube is thoroughly warmed up. In this case, however, the part not covered with reflector material has already converged strongly, so that although the radiator can usually be closed, the shape of the pinch is random and insufficient.
  • leaks of pinch are very often observed, which are due to uneven temperature of the glass or heavily deformed tube cross-sections directly before crushing. It could not be produced for a sufficient amount of emitters.
  • the rejection rate is very high, which also increases production costs.
  • radiators are to be produced in large numbers, it may be bearable with regard to the production costs to individually coat the already cut pipe sections with the reflector and to process them only subsequently to radiators.
  • the transition from the coated to the uncoated area then remains almost independent of the application process of inferior quality appearance, since it can not be made cost-effective straight and clear - beads, splashes, cracks, threads, etc. affect the visual impression.
  • the object of the invention is to provide a method by which infrared radiators with opaque reflector in any length and in small series can be produced. This object is already achieved with the features of the independent claim.
  • the inventive method for producing an infrared radiator from an endless quartz body wherein at least partially a reflector layer is applied to the surface of the body of quartz glass provides that the quartz body is divided into individual sections after application of the reflector layer.
  • This method enables infrared radiators of any length to be manufactured.
  • the infrared radiator thereby has a continuous coating.
  • a SiO 2 layer is applied as the reflector layer.
  • SiO 2 is characterized by excellent chemical and thermal resistance and mechanical strength. Furthermore, SiO 2 has a high thermal shock resistance. In addition, it has proven to be cost effective to apply a reflector layer of SiO 2 .
  • the production of SiO 2. Reflector layers of quartz glass is described for example in DE 10 2004 051 846 A1, which is hereby fully comprehended.
  • the reflector layer is an opaque, diffusely scattering reflector layer.
  • the inventive method provides that the individual sections of the quartz body are squeezed at their ends by means of at least one burner.
  • the individual sections of the quartz body are heated vertically or horizontally lying with two opposite preferred in the plane perpendicular to the radiator axis and the connection axis between the burners moving burners.
  • the two burners have a different gas flow.
  • This gas flow should be sufficient so that at the same time the entire area of the sections to be crimped is thoroughly heated without heating a part.
  • the internal cavity pressure can be adjusted by means of suitable control of the inert gas flowing through the tube so that the quartz body is not in the deformable region is inflated.
  • the flow speed of the lower flame in the case of horizontal pinching is selected such that the deformable region of the quartz body is experiencing a force counteracting the force of gravity.
  • the invention further provides an infrared radiator, which has been produced by the above-mentioned method.
  • a radiator can be made as required, even after the application of the coating and thus the reflector in a desired length. Thus, such a radiator in any length is conceivable.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment with eccentrically rotating burners
  • Figure 2 shows a preferred embodiment with two opposed rotary burners and individually controlled gas flow
  • Figure 3 shows a preferred embodiment with four fixed burners, two of which are controlled together.
  • the emitter tube (10) with its half-side applied coating (11) for squeezing is not centric on the axis (20) about which the burners (21, 22) rotate, but with its axis of symmetry (12) added that the coated side is located much closer to the rotating burners, as the uncoated side.
  • the strength of the eccentricity to be selected depends on the ratio of the applied layer to the radiator tube thickness, as well as the properties of the flame, in particular the average temperature field.
  • the tube is squeezed by means of the two crimping jaws (30,31), which on reaching the appropriate quartz glass temperature and when the burners (21, 22) do not stand in the way to drive each other directly. Then fold the two auxiliary jaws (32, 33) towards each other, so that an H-shaped pinch occurs.
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • FIG. 1 A section of a system with rotating burners is shown in FIG.
  • the gas feed was optimized so that both burners are controlled independently of each other and position-dependent.
  • the burner output is increased in the region of the additionally applied reflector layer such that the increase corresponds approximately to the additional mass located there.
  • the rotary burner table (50) was provided with two separate gas supply grooves (51) and (52), from each of which feed lines (53) and (54) to the two burners (55) and (56) go out.
  • the table is driven by a (not shown) motor, which drives the toothed wheels in the circular burner table milled gear (57).
  • the table is mounted in a receptacle (60) which, in addition to the drive mechanism (not shown), also provides the two gas supplies (61) and (62). Through both gas supplies, other gas mixtures or gas quantities can be added independently.
  • the gas quantities or gas mixtures are controlled via a gas control system shown in FIG. 3, for example, as a function of the position of the burner table.
  • the tube (10) to be squeezed with the applied reflector layer (11) is arranged so that the Mo film (12) to be squeezed is at the level of the burners.
  • the components of the radiator are fixed, for example, by holders (13) placed on the tube, in which the outer molybdenum rod (14) is hooked, while the helix (15) holds all components in position in the interior of the radiator via its spring force.
  • argon is blown through the tube to protect the internal components from oxidation.
  • a circular tube with a diameter of 19 mm and with 1, 6 mm wall thickness and a coating of 0.8 mm thickness and a density of> 95% of the lamp tube material, applied over 180 ° of the pipe circumference was squeezed.
  • the burners rotate with 1 revolution per 2 s. In the range 30 ° before the burner aims at the reflector, the burner output is increased by 50% and switched back 30 ° before reaching the end of the reflector layer.
  • the ratio of oxygen to hydrogen is switched from a lean premix flame to a premix flame near the stoichiometric mixture fraction.
  • the mixing point of the two gas streams is placed directly in front of the entrance of the gases in the rotating burner head, so that the shortest possible paths are realized. Nevertheless, a fairly high inertia of the flames is observed, so that a substantially sinusoidal course of the flame power is observed over the circumference.
  • the emitters produced in this way have a negligible reject rate with a visually and mechanically cleanly executed pinch.
  • the gas feed was optimized so that both burners are controlled independently of each other and position-dependent.
  • the burner output is then increased in the angular range of the additionally applied reflector layer such that the increase corresponds approximately to the additional mass located there.
  • a round tube with a diameter of 19 mm with a wall thickness of 1.6 mm and a coating of 0.8 mm thickness and a density of> 95% was squeezed by the lamp tube over 200 ° of the tube circumference. To do this, the burners rotate with 1 revolution per 2 s.
  • the stoichiometry of the flame is left unaffected, but the power of the combustion gases is varied via the exit velocity.
  • the fuel gas supply is increased 10 ° before reaching the reflector for both burners by 30% and 10 ° before reaching the end of the reflector again withdrawn. This procedure shows a higher reaction rate, since not only the stoichiometric change must flow into the burners, but only the pressure wave has to migrate from the controllers to the burner.
  • the gas supply is optimized so that both burners are controlled independently of each other and position-dependent.
  • the burner output is then increased in the region of the additionally applied reflector layer such that the increase corresponds approximately to the additional mass located there.
  • a twin tube measuring 33 ⁇ 14 mm and having an average wall thickness of 1.8 mm and a coating of 0.9 mm thickness and a density of> 95% of the lamp tube was squeezed over 180 ° of the tube circumference. To do this, the burners rotate with 1 revolution per 2 s.
  • the stoichiometry of the flame is left unaffected, but the output speed of the combustion gases varies the power.
  • the fuel gas supply is 10 ° before Reached the reflector for both burners increased by 40% and 10 ° before reaching the end of the reflector again withdrawn.
  • the performance is briefly increased by a further 30% on both sides.
  • Embodiment 5 is a diagrammatic representation of Embodiment 5:
  • FIG. 3 The system with standing burners is shown in FIG. 3:
  • the gas feed was optimized so that two burners on each side were controlled together.
  • the burner output is then increased in the region of the reflector layer (11) additionally applied to the tube (10) such that the increase corresponds approximately to the additional mass located there.
  • fuel gas here hydrogen and oxygen taken from pressure bottles.
  • the invention is not limited to the precise selection of the fuel gas, nor to the exact form of gas storage or supply.
  • MFC mass flow controllers
  • the invention is not limited to the use of MFC, it can just as well also variable area flow regulator or any other suitable form of control of gas quantities are used.
  • each burner group one regulator each is used for oxygen (40, 41) and hydrogen (42, 43).
  • each burner can be controlled individually. Specifically, a round tube with a diameter of 19 mm with a wall thickness of 1.6 mm and a coating of 0.8 mm thickness and a density of> 95% was squeezed by the lamp tube over 200 ° of the tube circumference.
  • the stoichiometry of the flames is chosen differently. On the reflector side, the flames are operated close to the stoichiometric ratio. On the opposite side, a meager flame of the same momentum is selected, but at 30% less power.
  • the two crimping jaws (30, 31) rapidly approach each other and form the pinch.
  • grooves (32) are milled into the jaws, which create protuberances on the pinch.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlers aus einem endlos Quarzglaskörper, wobei auf die Oberfläche des Körpers aus Quarzglas mindestens teilweise eine Reflektorschicht aufgebracht wird, wobei der Quarzkörper nach Aufbringen der Reflektorschicht in einzelne Abschnitte geteilt wird sowie einen Infrarotstrahler.

Description

Patentanmeldung
Heraeus Noblelight GmbH
Infrarotstrahler mit opakem Reflektor und seine Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlers aus einem endlos geformten Quarzkörper, wobei auf die Oberfläche des Körpers aus Quarzglas mindestens teilweise eine Reflektorschicht aufgebracht wird, sowie einen derart hergestellten Infrarotstrahler.
Bauteile aus Quarzglas werden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise in der Lampenfertigung für Hüllrohre, Kolbenabdeckplatten oder Reflektorträger für Lampen und Strahler im ultravioletten, infraroten und sichtbaren Spektralbereich. Dabei wird zum Erzeugen besonderer Eigenschaften das Quarzglas mit anderen Substanzen dotiert.
Quarzglas zeichnet sich durch einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, durch optische Transparenz über einen weiteren Wellenlängenbereich und durch hohe chemische und thermische Beständigkeit aus.
Bei der Fertigung von Lampen spielen dabei die zeitliche Konstanz, die räumliche Orientierung und der Wirkungsgrad der abgegebenen Arbeitsstrahlung eine wichtige Rolle. Um Strahlungsverluste zu minimieren oder die Strahlung gezielt auszurichten, werden optische Strahler mit einem Reflektor versehen. Dabei ist der Reflektor entweder mit dem Strahler fest verbunden oder es handelt sich um ein separat vom Strahler angeordnetes Reflektorbauteil.
Die US 2,980,820 beschreibt einen kurzwelligen Infrarotstrahler.
In der DE 198 22 829 A1 ist ein Infrarotstrahler offenbart, bei dem das Lampenrohr in Form eines sogenannten Zwillingsrohres ausgeführt ist. Hierbei ist ein Quarzglashüllrohr durch einen Längssteg in zwei parallel zueinander verlaufende Teilräume unterteilt, wobei in einem oder in beiden Teilräumen eine Heizwendel verläuft. Die der Hauptabstrahlrichtung der Infrarotstrah- lung abgewandte Seite des Zwillingsrohres ist mit einer Goldschicht belegt, die als Reflektor dient. Diese Goldschicht weist im neuen Zustand eine Reflektivität von >95 % über das gesamte Infrarot auf und übersteht dauerhaft eine Temperatur von maximal 600 0C, bei höheren Temperaturen führen Haftungsverluste und Abdampfen des Goldes bereits nach kurzer Zeit zu einem Verlust der reflektiven Eigenschaft. In der DE 102 11 249 A1 ist ein Glanzgold-Präparat beschrieben, dass dauerhaft bis hin zu einer maximalen Temperatur von 750 0C und kurzfristig weit darüber hinaus betrieben werden kann, ohne dass es zu den oben beschriebenen Effekten kommt. Aufgrund der Zusammensetzung weist dieses Gold jedoch eine schlechte Reflektion von weniger als 70 % auf, so dass die Effektivität dieses Reflektors den an ihn gestellten Anforderungen nicht genügt.
Reflektionsschichten aus Gold mit hoher Reflektivität von über 90 % haben allgemein den Nachteil, dass sie nur eingeschränkt temperaturbeständig, oder aber von niedriger Reflektions- rate sind.
Die DE 10 2004 051 846 A1 beschreibt ein Quarzglasbauteil mit einer Reflektorschicht. Dabei besteht die Reflektorschicht aus mindestens teilweise opakem Quarzglas. Um ein derartiges Bauteil mit einer Reflektorschicht herzustellen, ist es notwendig, den Reflektor auf das leere Strahlerrohr aufzubringen, da Prozesstemperaturen von 1250° und mehr für den Herstellpro- zess benötigt werden, um das Sintern der Schicht zu erreichen. Bei Temperaturen oberhalb von 1100 0C erweicht Quarzglas bereits merklich. Insbesondere führt dann ein Überdruck in einem Quarzbehältnis zu einem Aufblasen des Behältnisses. IR Strahler werden üblicherweise mit Argon bei einem Druck von 800 mbar bis 1 bar gefüllt, so dass fertige Strahler bei der Aufbringung der Reflektorschicht sicher zerstört würden.
Bei den bisher bekannten Verfahren zu Herstellung von Strahlern mit einer Reflektorschicht ist es nicht möglich, den Quarzkörper oder das Quarzrohr zuerst zu beschichten und anschließend die Quetschung durchzuführen. Der Reflektor kann nur auf das leere Strahlerrohr aufgebracht werden, da die Prozesstemperaturen 12500C überschreiten. Der Reflektor muss daher verfahrensbedingt vor Beginn der Strahlerfertigung auf die später benötigte Größe hin auf das Strahlerrohr aufgebracht werden. Er darf nicht in den Bereich der Quetschung hineinreichen. Dies ist erforderlich, da die Strahlerrohre beim Quetschen mit rotierenden Brennern gleichmäßig erwärmt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Quarzmenge auf der Vorder- und Rückseite würde bei Rohren mit der beschriebenen Reflektorschicht entweder die beschichtete Seite nicht ausreichend durchwärmt, um sie verformen zu können, oder der unbeschichtete Bereich des Rohres wird zu sehr aufgeheizt, so dass das Quarzrohr zu viskos wird und aufreißt.
Typische Quetschmaschinen für Glühlampen bestehen aus zwei gegenüberliegenden, um das zu quetschende Quarzrohr rotierenden Gasbrennern. Ist das Quarzrohr ausreichend heiß für die Quetschung, so stoppen die beiden Brenner in ihrer Ruheposition, so dass die beiden Quetschbacken an den Brennern vorbei auf das Quarzrohr zusammenfahren können und so dass Quarzglas zusammenpressen und um die Molybdän Folie verschließen. Die Technik der Quetschung und Molybdän-Folie ist in der DE 29 47 230 A1 dargestellt.
Beide Brenner werden gemeinsam aus einer Zuleitung gespeist und haben so im Wesentlichen dieselbe Brennerleistung. Die Quetschung kann erst ausgelöst werden, wenn das gesamte Rohr ausreichend durchgewärmt ist. In diesem Falle ist jedoch bereits der nicht mit Reflektormaterial bedeckte Teil stark zusammengelaufen, so dass zwar der Strahler meist verschlossen werden kann, die Form der Quetschung ist jedoch zufällig und ungenügend. Zudem werden sehr häufig Undichtigkeiten der Quetschung beobachtet, die auf ungleichmäßige Temperatur des Glases oder stark verformte Rohrquerschnitte direkt vor dem Quetschen zurückzuführen sind. Es konnte keine für eine Produktion ausreichende Menge an Strahlern hergestellt werden. Ferner ist die Ausschussrate sehr hoch, wodurch auch die Produktionskosten ansteigen.
Wenn gleich geformte Strahler hoher Stückzahl gefertigt werden sollen, so kann es im Hinblick auf die Produktionskosten erträglich sein, die bereits zugeschnittenen Rohrabschnitte einzeln mit dem Reflektor zu beschichten und erst im Anschluss zu Strahlern zu verarbeiten. Der Übergang vom beschichteten zum unbeschichteten Bereich bleibt dann und zwar nahezu unabhängig vom Auftragungsverfahren von minderwertiger Qualitätsanmutung, da er kostengünstig nicht gerade und klar gestaltet werden kann - Wulste, Spritzer, Risse, Fäden etc. beeinträchtigen den visuellen Eindruck.
Bei einer Fertigung von visuell befriedigenden Strahlern, oder bei Fertigung von geringen Stückzahlen gleich dimensionierter Strahler hingegen ist das beschriebene Verfahren aufwändig, aufgrund der häufig benötigten Nacharbeit sehr langsam und aufgrund der Vielzahl von Werkzeugen und Kleinserien teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem Infrarotstrahler mit opakem Reflektor in beliebiger Länge und in kleinen Serien hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird bereits mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlers aus einem Endlosquarzkörper wobei auf die Oberfläche des Körpers aus Quarzglas mindestens teilweise eine Reflektorschicht aufgebracht wird, sieht vor, dass der Quarzkörper nach Aufbringen der Reflektorschicht in einzelne Abschnitte geteilt wird. Dieses Verfahren ermöglicht, dass Infrarotstrahler in beliebiger Länge hergestellt werden können. Der Infrarotstrahler weist dadurch eine durchgehende Beschichtung auf.
Vorteilhafterweise wird als Reflektorschicht eine SiO2-Schicht aufgebracht. SiO2 zeichnet sich durch eine hervorragende chemische und thermische Beständigkeit sowie einer mechanischen Festigkeit aus. Ferner weist SiO2 eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit auf. Darüber hinaus hat es sich als kostengünstig herausgestellt, eine Reflektorschicht aus SiO2 aufzubringen. Die Herstellung von SiO2.Reflektorschichten aus Quarzglas ist beispielsweise in der DE 10 2004 051 846 A1 beschrieben, welche hiermit voll umfänglich erfasst wird.
Dabei ist es ferner vorteilhaft, wenn die Reflektorschicht eine opake, diffus streuende Reflektorschicht ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die einzelnen Abschnitte des Quarzkörpers an ihren Enden mittels zumindest eines Brenners gequetscht werden. Dabei werden die einzelnen Abschnitte des Quarzkörpers senkrecht stehend oder waagerecht liegend mit zwei gegenüberliegenden sich bevorzugend in der Ebene senkrecht zur Strahlerachse und zur Verbindungsachse zwischen den Brennern bewegenden Brennern erwärmt.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Enden der Abschnitte mittels zwei rotierenden Brennern gequetscht werden.
Es hat sich gezeigt, dass es von Vorteil ist, wenn die beiden Brenner einen unterschiedlichen Gasstrom aufweisen. Dieser Gasstrom sollte soweit ausreichen, dass zeitgleich der gesamte zu quetschende Bereich der Abschnitte ausreichend durchgewärmt wird, ohne ein Teil zu erhitzen. Zugleich kann der Strahlerinnendruck mittels geeigneter Regelung des durch das Rohr fließenden inerten Gases so eingestellt werden, dass im verformbaren Bereich der Quarzkörper nicht aufgeblasen wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der unteren Flamme bei waagerechter Quetschung so gewählt wird, dass der verformbare Bereich des Quarzkörpers gerade einen der Schwerkraft entgegenwirkende Kraft erfährt.
Die Erfindung sieht ferner einen Infrarotstrahler vor, welcher mit dem oben genannten Verfahren hergestellt worden ist. Ein derartiger Strahler kann je nach Bedarf, auch nach dem Aufbringen der Beschichtung und somit des Reflektors in eine gewünschte Länge gebracht werden. Somit ist ein derartiger Strahler in jeder Länge denkbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Figuren und Ausführungsformen näher erläutert:
Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung mit exzentrisch rotierenden Brennern;
Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung mit zwei gegenüberliegenden rotierenden Brennern und einzeln geregeltem Gasfluss;
Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausführung mit vier feststehenden Brennern, von denen jeweils zwei zusammen geregelt werden.
Ausführungsbeispiel 1 :
Die Anlage mit exzentrisch rotierenden Brennern ist in Figur 1 dargestellt.
Abweichend vom Stand der Technik wird das Strahlerrohr (10) mit seiner halbseitig aufgebrachten Beschichtung (11) zum Quetschen nicht zentrisch auf die Achse (20), um die die Brenner (21 , 22) rotieren montiert, sondern mit seiner Symmetrieachse (12) derart versetzt, dass die beschichtete Seite deutlich näher zu den rotierenden Brennern angeordnet ist, als die unbeschichtete Seite. Die Stärke der zu wählenden Exzentrizität hängt hierbei von dem Verhältnis der aufgebrachten Schicht zur Strahlerrohrdicke ab, sowie den Eigenschaften der Flamme, insbesondere dem mittleren Temperaturfeld.
Bei einer Flamme mit starkem Entrainment genügt eine geringere Exzentrizität, da die Temperatur der Flamme schneller abfällt, als in einer laminaren, weit reichenden stabilen Flamme. Es wurde eine Hüllkolben Quetschmaschine mit zwei rotierenden gegenüberliegenden Brennern (21 , 22) mit einem Brennerabstand von 65 mm umgebaut, um beschichtete Rundrohre 13,7 * 1 ,5 mm mit 1 ,0 mm Reflektorschicht zu quetschen. Die Brenner besitzen auf einer Fläche von 10 * 30 mmΛ2 fünf parallel verlaufende Reihen von Düsen, aus denen magere H2/O2 Vor- mischflammen strömen. Die sich so ausbildenden Flammenfronten (23) sind recht stabil, so dass bereits eine Exzentrizität von 5 mm hier ausreicht, um eine visuell hervorragende und dichte Quetschung zu erzeugen.
Gequetscht wird das Rohr mittels der beiden Quetschbacken (30,31), die bei Erreichen der geeigneten Quarzglastemperatur und wenn die Brenner (21 , 22) nicht im Wege stehen direkt aufeinander zu fahren. Anschließend klappen die beiden Hilfsbacken (32, 33) aufeinander zu, so dass eine H-förmige Quetschung entsteht.
Ausführungsbeispiel 2:
Ein Ausschnitt einer Anlage mit rotierenden Brennern ist in der Figur 2 dargestellt.
In einer Quetschmaschine für rotierende Brenner wurde die Gaszuführung so optimiert, dass beide Brenner unabhängig voneinander und positionsabhängig angesteuert werden. Die Brennerleistung wird im Bereich der zusätzlich aufgebrachten Reflektorschicht derart erhöht, dass die Erhöhung etwa der zusätzlichen dort befindlichen Masse entspricht.
Hierbei wurde der rotierende Brennertisch (50) mit zwei getrennten Gaszuführungsnuten (51) und (52) versehen, von denen jeweils Zuführungsleitungen (53) und (54) zu den beiden Brennern (55) und (56) ausgehen. Angetrieben wird der Tisch über einen (nicht dargestellten) Motor, der über Zahnräder das in den runden Brennertisch gefräste Zahnrad (57) antreibt. Beidseitig der Gaszuführungsnuten (51 , 52) befinden sich weitere Nuten (58), in denen sich O-Ring-Dichtungen (59) befinden.
Der Tisch ist in eine Aufnahme (60) montiert, die neben dem (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus auch die beiden Gaszuführungen (61) und (62) bereitstellt. Durch beide Gaszuführungen können unabhängig voneinander andere Gasgemische oder Gasmengen zugegeben werden. Die Gasmengen oder Gasgemische werden über eine z.B. in Figur 3 dargestellte Gasregelung in Abhängigkeit von der Position des Brennertisches gesteuert. Das zu quetschende Rohr (10) mit der aufgebrachten Reflektorschicht (11) ist dabei so angeordnet, dass sich die einzuquetschende Mo-Folie (12) auf Höhe der Brenner befindet. Die Komponenten des Strahlers werden dabei z.B. über auf das Rohr aufgesetzte Halter (13) fixiert, in denen der äußere Molybdänstab (14) eingehakt ist, während die Wendel (15) im Inneren des Strahlers über ihre Federkraft alle Komponenten in Position hält.
Während des Quetschens wird Argon durch das Rohr geblasen, um die inneren Komponenten vor Oxydation zu schützen.
Konkret wurde ein Rundrohr mit einem Durchmesser von 19 mm und mit 1 ,6 mm Wandstärke und einer Beschichtung mit 0,8 mm Stärke und einer Dichte von >95 % der des Lampenrohr-Materials, aufgebracht über 180° des Rohrumfanges gequetscht. Hierzu rotieren die Brenner mit 1 Umdrehung je 2 s. Im Bereich 30° bevor der Brenner auf den Reflektor zielt, wird die Brennerleistung um 50 % erhöht und 30° vor Erreichen des Endes der Reflektorschicht wieder zurückgeschaltet.
Hierzu wird das Verhältnis von Sauerstoff zu Wasserstoff von einer mageren Vormischflamme zu einer Vormischflamme nahe dem stöchiometrischen Mischungsbruch umgeschaltet. Der Mischpunkt der beiden Gasströme wird direkt vor dem Eintritt der Gase in den rotierenden Brennerkopf gelegt, so dass möglichst kurze Wege verwirklicht sind. Trotzdem ist eine recht hohe Trägheit der Flammen zu beobachten, so dass ein im Wesentlichen sinusartiger Verlauf der Flammenleistung über den Umfang beobachtet wird.
Aufgrund der breit auffächernden Flamme und Wärmeleitung ist es möglich, das Rohr gleichmäßig und schnell durchzuwärmen, so dass nach einer üblichen Zeit, und ohne dass ein Zusammenlaufen des Rohres beobachtet wird, die Quetschung ausgeführt werden kann. Die so gefertigten Strahler weisen eine vernachlässigbare Ausschussrate bei einer optisch und mechanisch sauber ausgeführten Quetschung auf.
Ausführungsbeispiel 3:
Anlage mit rotierenden Brennern, wie in Ausführungsbeispiel 3:
In einer Quetschmaschine für rotierende Brenner wurde die Gaszuführung so optimiert, dass beide Brenner unabhängig voneinander und positionsabhängig angesteuert werden. Die Brennerleistung wird dann im Winkel-Bereich der zusätzlich aufgebrachten Reflektorschicht derart erhöht, dass die Erhöhung etwa der zusätzlichen dort befindlichen Masse entspricht.
Konkret wurde ein Rundrohr mit Durchmesser 19 mm mit 1 ,6 mm Wandstärke und einer Beschich- tung mit 0,8 mm Stärke und einer Dichte von >95 % der vom Lampenrohr über 200° des Rohrumfanges gequetscht. Hierzu rotieren die Brenner mit 1 Umdrehung je 2 s.
Zur Regelung der Brennerleistung wird die Stöchiometrie der Flamme unbeeinflusst gelassen, jedoch über die Austrittsgeschwindigkeit der Brenngase die Leistung variiert. Die Brenngaszufuhr wird 10° vor Erreichen des Reflektors für beide Brenner um 30 % erhöht und 10° vor erreichen des Endes des Reflektors wieder zurückgenommen. Dieses Vorgehen zeigt eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit, da nicht erst die stöchiometrische Änderung bis in die Brenner strömen muss, sondern nur die Druckwelle aus den Reglern zum Brenner wandern muss.
Aufgrund der breit auffächernden Flamme und Wärmeleitung gelingt es, das Rohr gleichmäßig und schnell durchzuwärmen, so dass nach einer üblichen Zeit, und ohne dass ein Zusammenlaufen des Rohres beobachtet wird, die Quetschung ausgeführt werden kann. Auch hier treten keine Ausfälle auf.
Ausführungsbeispiel 4:
Anlage mit rotierenden Brennern:
In einer Quetschmaschine für rotierende Brenner wird die Gaszuführung so optimiert, dass beide Brenner unabhängig voneinander und positionsabhängig angesteuert werden. Die Brennerleistung wird dann im Bereich der zusätzlich aufgebrachten Reflektorschicht derart erhöht, dass die Erhöhung etwa der zusätzlichen dort befindlichen Masse entspricht.
Konkret wurde ein Zwillingsrohr mit den Abmessungen 33 x 14 mm und mit einer mittleren Wandstärke von 1 ,8 mm und einer Beschichtung mit 0,9 mm Stärke und einer Dichte von >95 % der vom Lampenrohr über 180° des Rohrumfanges gequetscht. Hierzu rotieren die Brenner mit 1 Umdrehung je 2 s.
Zur Regelung der Leistung wird die Stöchiometrie der Flamme unbeeinflusst gelassen, jedoch über die Austrittsgeschwindigkeit der Brenngase die Leistung variiert. Die Brenngaszufuhr wird 10° vor Erreichen des Reflektors für beide Brenner um 40 % erhöht und 10° vor Erreichen des Endes des Reflektors wieder zurückgenommen. Zusätzlich wird im Bereich des Steges also wenn die Flamme auf die Flache Seite des Zwillingsrohres trifft, die Leistung kurzfristig beidseitig um weitere 30 % erhöht.
Aufgrund der breit auffächernden Flamme und Wärmeleitung gelingt es, das Rohr gleichmäßig und schnell durchzuwärmen, so dass nach einer üblichen Zeit, und ohne dass ein Zusammenlaufen des Rohres beobachtet wird, die Quetschung ausgeführt werden kann. So gelingt es, Quetschungen mit nur geringer Einschnürung herzustellen. Die Ausfallraten liegen bei weniger als 3 %.
Ausführungsbeispiel 5:
Die Anlage mit stehenden Brennern ist in Figur 3 dargestellt:
In einer Quetschmaschine für vier fest positionierte Brenner (20, 21 , 22, 23) wurde die Gaszuführung so optimiert, dass jeweils zwei Brenner einer Seite gemeinsam angesteuert werden. Die Brennerleistung wird dann im Bereich der zusätzlich auf dem Rohr (10) aufgebrachten Reflektorschicht (11) derart erhöht, dass die Erhöhung etwa der zusätzlichen dort befindlichen Masse entspricht.
Hierbei wird Brenngas, hier Wasserstoff und Sauerstoff aus Druckflaschen entnommen. Die Erfindung ist jedoch weder auf die genaue Auswahl des Brenngases, noch auf die genaue Form der Gaslagerung oder -Zuführung beschränkt.
Über geeignete Rohrleitungen wird dann der Gasstrom auf die beiden Brennergruppen verteilt und kurz vor den Mischpunkten mittels Reglern, in diesem Falle Mass-Flow-Controlern (MFC), auf die gewünschten Durchflussraten und Stöchiometrien eingestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von MFC festgelegt, es können genauso gut auch Schwebekörperdurchflussregler oder jede andere geeignete Form der Regelung von Gasmengen genutzt werden.
Es werden für jede Brennergruppe jeweils ein Regler für Sauerstoff (40, 41) und Wasserstoff (42, 43) eingesetzt. Prinzipiell kann natürlich auch jeder Brenner einzeln angesteuert werden. Konkret wurde ein Rundrohr mit Durchmesser 19 mm mit 1 ,6 mm Wandstärke und einer Beschich- tung mit 0,8 mm Stärke und einer Dichte von >95 % der vom Lampenrohr über 200° des Rohrumfanges gequetscht.
Um einen etwa gleichmäßigen Staudruck auf dem Rohr zu erreichen wird die Stöchiometrie der Flammen unterschiedlich gewählt. Reflektorseitig werden die Flammen nahe dem stöchiometri- schen Verhältnis betrieben. Auf der gegenüberliegenden Seite wird eine magere Flamme gleichen Impulses, jedoch um 30 % reduzierter Leistung gewählt.
Erreicht das Quarzglas seine für den Quetsch Vorgang geeignete Temperatur, so fahren die beiden Quetschbacken (30, 31) schnell aufeinander zu und bilden die Quetschung aus. Zur Mechanischen Verstärkung der Quetschung sind Rillen (32) in die Backen gefräst, die Erhebungen auf der Quetschung erzeugen.

Claims

Patentanmeldung Heraeus Noblelight GmbHInfrarotstrahler mit opakem Reflektor und seine HerstellungPatentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlers aus einem endlos Quarzglaskörper, wobei auf die Oberfläche des Körpers aus Quarzglas mindestens teilweise eine Reflektorschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzkörper nach Aufbringen der Reflektorschicht in einzelne Abschnitte geteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Reflektorschicht aus SiO2 aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine opake, diffus streuende Reflektorschicht aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Abschnitte an ihren Enden mittels zumindest einem Brenner gequetscht werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Abschnitte mittels zwei rotierenden Brennern gequetscht werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner mittels eines unterschiedlichen Gasstrom betrieben werden.
7. Infrarotstrahler, hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6.
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