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WO2011020728A1 - Infrarotstrahler - Google Patents

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Publication number
WO2011020728A1
WO2011020728A1 PCT/EP2010/061536 EP2010061536W WO2011020728A1 WO 2011020728 A1 WO2011020728 A1 WO 2011020728A1 EP 2010061536 W EP2010061536 W EP 2010061536W WO 2011020728 A1 WO2011020728 A1 WO 2011020728A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
infrared radiator
heating
cladding tube
segments
radiator according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/061536
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dang Cuong Phan
Martin Fürfanger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102009037788A external-priority patent/DE102009037788A1/de
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of WO2011020728A1 publication Critical patent/WO2011020728A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K7/00—Lamps for purposes other than general lighting
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/44—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor arranged within rods or tubes of insulating material

Definitions

  • the invention relates to an infrared radiator and its use.
  • Infrared heaters allow fast and non-contact heating of large areas.
  • Infrared radiators typically include a heating coil or heating coating applied to a substrate.
  • the intensity of the heating and the resulting emission of electromagnetic heat radiation can be regulated by the electrical resistance of the heating coil and by the applied voltage.
  • the electrical resistance is mainly dependent on the material composition and the line cross-section. As the cross-section of the conductor increases, the electrical resistance and thus the intensity of the thermal radiation decreases with otherwise the same material.
  • a temperature gradient occurs when heating objects and surfaces. If the object to be heated is dimensioned to be comparable to the infrared radiator, then the incoming thermal radiation is lower, especially in the peripheral areas, than in the central heating area. If the heating is used for chemical or thermal conversion, the reaction does not take place in the same way in all areas. In the thermal reaction of crystalline compounds, compounds with very different stoichiometry and composition can form depending on the temperature. The reproducibility of such processes is thus difficult to realize on larger substrates or on an industrial scale.
  • EP 1 168 418 A1 discloses an infrared radiator in which the heating element consists of carbon fibers in a quartz glass tube.
  • the infrared radiator can be operated at temperatures of over 1000 0 C.
  • DE 202 20 808 Ul discloses a tubular infrared radiator with a radiation source of cryptocrystalline carbon.
  • the radiation source is surrounded by a housing having a window or cladding permeable to infrared radiation.
  • DE 102 53 582 B3 discloses an infrared radiator in a gas-tight quartz glass lamp vessel.
  • the lamp vessel is partially provided with a reflective layer, which is provided with a fume protection made of silica glass.
  • EP 0 410 151 A1 discloses an infrared radiator with an electrical heating coil arranged inside a cladding tube and a temperature sensor.
  • the heating coil is wound on a silicon dioxide-containing support tube.
  • the object of the invention is to provide an infrared radiator, which enables a homogeneous and reproducible heating of large-area substrates.
  • the infrared radiator according to the invention comprises at least one cladding tube and a heating source.
  • the cladding tube consists of a high-temperature-stable material that is permeable to infrared radiation.
  • the heating source comprises at least two outer segments and an inner segment.
  • the outer segments can have a different heating capacity in the context of the invention.
  • the heating power (as radiated heat) of the inner segment is at least 3%, preferably more than 10% lower than the heating power of the outer segments. If the two outer segments have a different heating power, then the lower heating power of the inner segment relates to the average heating power of the two outer segments.
  • a lower heating power can be achieved with the same material by increasing the cable cross-section.
  • a thicker heat source can be selected for the inner segment.
  • a lower heating power can also be achieved by using a better electrically conductive compared to the outer segment material.
  • a better conductivity causes a lower electrical resistance and thus a lower heat development.
  • the heat source is preferably either applied to a carrier tube and thus fixed in the cladding tube or is fixed by a placeholder in the cladding tube. Combinations of these two versions are possible.
  • the support tube and / or the placeholder contain a material which is dimensionally stable even at high temperatures of 700 ° C. to 2300 ° C., preferably 800 ° C. to 1500 ° C., preferably metallic or ceramic material.
  • the free space between the heating source and the cladding tube is preferably filled with an inert gas, for example noble gases or vacuum.
  • the inert gas prevents the oxidation and thus the aging of the support tube, the placeholder and the heat source.
  • the placeholder preferably comprises a wire mesh with guide eyelet.
  • the wire preferably contains tungsten, palladium, platinum, nickel, chromium, manganese, iron, silver, copper, gold, potassium, silicon and / or mixtures and / or alloys thereof.
  • the placeholder preferably has an oval, circular and / or angular disc shape with a guide eye.
  • the guide eyelet is preferably arranged in the center of the placeholder.
  • the placeholder preferably contains SiO 2 , quartz glass, Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , ceramics and / or mixtures thereof.
  • the heating source preferably contains a heating layer and / or a wound wire and / or heating coil.
  • the heating source can preferably also be formed exclusively by a wire and / or heating coil.
  • the distance between the heating coil and the heating power of a segment can also be controlled and regulated. Higher heating power can be applied to the same material by e.g. achieve a closer winding of the heating coils.
  • the length of the inner segment is preferably at least 10% of the total length of the heat source.
  • the heating source preferably contains further inner segments with lower heating power than the outer segments and / or lower heating power than the inner segment. With the help of others inner segments, the temperature distribution on the object to be irradiated can be further adjusted and homogenized.
  • the heating source preferably contains tungsten, palladium, platinum, nickel, chromium, manganese, iron, silver, copper, gold, potassium, silicon and / or mixtures and / or alloys thereof.
  • the heating source preferably has an outer diameter of 100 .mu.m to 50 mm, more preferably of 1 mm to 10 mm.
  • the heating source is preferably heated to a temperature of 700 0 C to 2300 0 C. This temperature results in the context of the invention as averaged over the outer and inner segments temperature.
  • the average heating power is preferably 500 watts to 6500 watts.
  • the heating source preferably has connection segments between the segments. These connection segments connect different heating segments with each other and can be designed so that they do not generate heating power themselves. Connecting segments may preferably be present as clamping contacts between the segments.
  • the heating source electrical contacts are mounted, which supply the infrared radiator with electricity and the electrical contact preferably contains gold, silver, copper, chromium, nickel, iron, tungsten, platinum, alloys and / or mixtures thereof.
  • the cladding tube preferably has a length of 100 mm to 2500 mm, more preferably from 700 mm to 1000 mm.
  • the carrier tube preferably has a corresponding dimensioning.
  • the cladding tube preferably has an outer diameter of 5 mm to 50 mm.
  • the cladding tube preferably contains quartz, quartz glass, highly silicate glass, alumina, zirconium oxide and / or ceramics.
  • the support tube preferably contains SiO 2 , quartz glass, Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , and / or mixtures thereof.
  • the support tube preferably has an outer diameter of 1 mm to 50 mm.
  • the invention further includes an infrared radiator having a cladding tube and a heating source of wire coils D mounted in the cladding tube.
  • the heat source has at least two outer segments and an inner segment.
  • the heating power of the inner segment is at least 5% lower than the heating power of the outer segments and the diameter D of the wire helix perpendicular to the longitudinal axis L of the cladding tube in the inner segment is smaller by at least 5%, preferably 10%, particularly preferably 20% the diameter D of the wire coils in the outer segments (4a).
  • the invention further includes the use of the infrared radiator for heating surfaces, preferably glass substrates.
  • the infrared radiator according to the invention is preferably used for heating coated glass substrates.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of an infrared radiator II according to the invention
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a further infrared radiator II according to the invention
  • FIG. 6 shows a longitudinal section of a further infrared radiator II according to the invention
  • Figure 7 is a sketch of the placeholder
  • FIG. 8 shows a longitudinal section of a further infrared radiator according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of an infrared radiator according to the prior art.
  • a heating source (4) is applied on a continuous support tube (1). This is supplied with power via an electrical contact (3).
  • the support tube (1), the heating source (4) and the electrical contact (3) are housed in a cladding tube (2).
  • the gap of the cladding tube is filled with inert gas.
  • the uniform heating power of the infrared radiator (I) causes uneven heating of substrates, if they have a comparable length as the infrared radiator (I).
  • FIG. 2 shows an infrared radiator (II) according to the invention.
  • the segments with different heat output Sg l (4a) and Sg 2 (4b) cause greater heat dissipation in the edge regions (4a) of the infrared radiator (II) and a lower heat dissipation in Center (4b) of the infrared radiator (II). This compensates for the temperature differences described in FIG. 1 in the heating of glass substrates with comparable or greater dimensions than the infrared radiator.
  • FIG. 3 shows a further longitudinal section of an infrared radiator (II) according to the invention.
  • the infrared radiator (II) has, in addition to the two outer segments Sg 1 (4a) with maximum heating power and the inner segment Sg 2 (4b), further segments Sg 1, with i> 2 (4b.1, 4b.2 and 4b.3 ) on.
  • the number "i” corresponds to an integer number of the series 3, 4, 5, 6, ..., etc.)
  • the temperature distribution in the infrared radiator II can be further adjusted and thus achieve a more homogeneous temperature distribution in the substrate between the individual segments Sg 1 (4a), Sg 2 (4b), Sg 3 (4b.1), Sg 4 (4b .2) and Sgs (4b.3) are arranged connecting segments (5) .
  • These connection segments ensure the electrical contact between the segments of the infrared radiator according to the invention
  • the connecting segments (5) can also act as local "cold spots" even no or only small proportions generate heat radiation.
  • the connecting segments (5) preferably produce less than 10% of the heating power of the outer segments Sg 1 (4a).
  • FIG. 4 shows a cross section of the infrared radiator (II) according to the invention.
  • the heating source (4) On an inert support tube (1) is the heating source (4). This can be designed both as a coating and as a wound wire or heating coil.
  • the electrical contact (3) At the heat source (4), the electrical contact (3) is mounted, which supplies the heating source (4) with electricity.
  • the infrared radiator II is surrounded by a cladding tube (2).
  • the space between the heating source (4), parts of the carrier tube (1) and the cladding tube (2) is preferably filled with an inert gas such as N 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe and / or vacuum.
  • FIG. 5 shows a sketch of the use of an infrared radiator (I) according to the prior art.
  • a planar substrate is irradiated with an infrared radiator with homogeneous heating power.
  • the positioning of the substrate under the infrared radiator results in uneven heating of the substrate with hot zones in the middle and cold zones on the edge.
  • the use of the infrared radiator (II) according to the invention leads (not shown) to a uniform heating of the planar substrate.
  • FIG. 6 shows a longitudinal section of a further embodiment of the infrared radiator IL according to the invention.
  • the heating source (4) is fixed in the outer segments (4a) and in the inner segment (4b) via spacer (6) in the filling tube (2).
  • the placeholder (6) can also be designed as wire mesh.
  • the connecting segments (5) separate the outer segments (4a) from the inner segment (4b).
  • FIG. 7 shows a cross section of the placeholder (6) according to the invention.
  • a guide eye (6a) which receives the heat source (4), not shown, and fixed in the cladding tube (2).
  • FIG. 8 shows a longitudinal section of a further embodiment of the infrared radiator IL according to the invention.
  • the heating segments (4a), (4b) and (4a) Within the enveloping tube are the heating segments (4a), (4b) and (4a).
  • the distance (a) of the heating coils is the same in all segments.
  • the winding diameter (D) of the heating spirals perpendicular to the longitudinal axis (L) of the cladding tube (2) is greater in the outer segments (4a) than in the inner segment (4b).

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Infrarotstrahler mindestens umfassend: a. ein Hüllrohr (2) und b. eine Heizquelle (4), die in dem Hüllrohr (2) angebracht ist, wobei die Heizquelle (4) mindestens zwei äußere Segmente (4a) und ein inneres Segment (4b) aufweist und die Heizleistung des inneren Segments (4b) um mindestens 3 % niedriger ist als die Heizleistung der äußeren Segmente (4a).

Description

Saint-Gobain Glass France
Infrarotstrahler
Die Erfindung betrifft einen Infrarotstrahler und dessen Verwendung.
Infrarotstrahler ermöglichen eine schnelle und berührungslose Erwärmung großer Flächen. Infrarotstrahler beinhalten in der Regel eine auf einem Trägermaterial aufgebrachte Heizwendel oder Heizbeschichtung. Die Intensität der Erwärmung und die daraus resultierende Abgabe elektromagnetischer Wärmestrahlung, kann durch den elektrischen Widerstand der Heizwendel und durch die angelegte Spannung geregelt werden. Der elektrische Widerstand ist dabei vor allem von der Materialzusammensetzung und dem Leitungsquerschnitt abhängig. Mit größer werdendem Leitungsquerschnitt sinkt bei sonst gleichem Material der elektrische Widerstand und damit die Intensität der Wärmestrahlung.
In vielen Fällen stellt sich beim Erwärmen von Gegenständen und Flächen ein Temperaturgradient ein. Wenn der zu erwärmende Gegenstand vergleichbar dimensioniert ist wie der Infrarotstrahler, so ist insbesondere in den Randbereichen die ankommende Wärmestrahlung geringer als im zentralen Heizbereich. Wird die Erwärmung für eine chemische oder thermische Umsetzung genutzt, so erfolgt die Umsetzung nicht in allen Bereichen gleich. Bei der thermischen Umsetzung kristalliner Verbindungen können sich in Abhängigkeit von der Temperatur Verbindungen mit sehr unterschiedlicher Stöchiometrie und Zusammensetzung bilden. Die Reproduzierbarkeit derartiger Prozesse ist somit auf größeren Substraten oder im industriellen Maßstab schwierig zu realisieren.
EP 1 168 418 Al offenbart einen Infrarotstrahler, bei dem das Heizelement aus Carbonfasern in einem Quarzglasrohr besteht. Der Infrarotstrahler kann bei Temperaturen von über 1000 0C betrieben werden.
DE 202 20 808 Ul offenbart einen röhrenförmigen Infrarotstrahler mit einer Strahlungsquelle aus kryptokristallinem Kohlenstoff. Die Strahlungsquelle ist von einem Gehäuse mit einem für infrarote Strahlung durchlässigen Fenster oder Hüllrohr umgeben. DE 102 53 582 B3 offenbart einen Infrarotstrahler in einem gasdichten Lampengefäß aus Kieselglas. Das Lampengefäß ist teilweise mit einer reflektierenden Schicht versehen, die mit einem Abdampfschutz aus Kieselglas versehen ist.
EP 0 410 151 Al offenbart einen Infrarotstrahler mit einer innerhalb eines Hüllrohres angeordneten elektrischen Heizwendel und einem Temperatursensor. Die Heizwendel ist auf einem siliziumdioxidhaltigen Trägerrohr aufgewickelt.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Infrarotstrahler bereitzustellen, der eine homogene und reproduzierbare Erwärmung von großflächigen Substraten ermöglicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch einen Infrarotstrahler und dessen Verwendung nach den unabhängigen Ansprüchen 1, 14 und 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der erfindungsgemäße Infrarotstrahler umfasst mindestens ein Hüllrohr und eine Heizquelle. Das Hüllrohr besteht aus einem hochtemperaturstabilen und für Infrarotstrahlung durchlässigen Material. Die Heizquelle umfasst mindestens zwei äußere Segmente und ein inneres Segment. Die äußeren Segmente können im Rahmen der Erfindung eine unterschiedliche Heizleistung aufweisen. Die Heizleistung (als abgestrahlte Wärme) des inneren Segments ist um mindestens 3 %, bevorzugt mehr als 10 % niedriger als die Heizleistung der äußeren Segmente. Weisen die beiden äußeren Segmente eine unterschiedliche Heizleistung auf, so bezieht sich die niedrigere Heizleistung des inneren Segments auf die gemittelte Heizleistung der beiden äußeren Segmente.
Eine niedrigere Heizleistung lässt sich beim gleichen Material durch eine Vergrößerung des Leitungsquerschnitts erreichen. Hierzu kann für das innere Segment eine dickere Heizquelle gewählt werden. Eine niedrigere Heizleistung lässt sich auch durch die Verwendung eines im Vergleich zum äußeren Segment besser elektrisch leitenden Materials erzielen. Eine bessere Leitfähigkeit bedingt einen niedrigeren elektrischen Widerstand und damit eine niedrigere Wärmeentwicklung . Die Heizquelle ist bevorzugt entweder auf einem Trägerrohr aufgebracht und somit im Hüllrohr fixiert oder wird durch einen Platzhalter im Hüllrohr fixiert. Auch Kombinationen dieser beiden Ausführungen sind möglich. Das Trägerrohr und/oder der Platzhalter enthalten ein auch bei hohen Temperaturen von 700 0C bis 2300 0C, bevorzugt 800 0C bis 1500 0C formstabiles Material, bevorzugt metallisches oder keramisches Material.
Der freie Raum zwischen der Heizquelle und dem Hüllrohr wird bevorzugt mit einem Inertgas, beispielsweise Edelgasen oder Vakuum befüllt. Das Inertgas verhindert die Oxidation und damit die Alterung des Trägerrohrs, des Platzhalters und der Heizquelle.
Der Platzhalter umfasst bevorzugt ein Drahtgeflecht mit Führungs-Öse. Der Draht enthält bevorzugt Wolfram, Palladium, Platin, Nickel, Chrom, Mangan, Eisen, Silber, Kupfer, Gold, Kalium, Silizium und/oder Gemische und/oder Legierungen davon.
Der Platzhalter weist bevorzugt eine ovale, kreisförmige und/oder eckige Scheibenform mit einer Führungs-Öse auf. Die Führungs-Öse ist bevorzugt in der Mitte des Platzhalters angeordnet.
Der Platzhalter enthält bevorzugt SiO2, Quarzglas, Al2O3, ZrO2, Y2O3, Keramiken und/oder Gemische davon.
Die Heizquelle enthält bevorzugt eine Heizschicht und/oder einen gewickelten Draht und/oder Heizwendel. Die Heizquelle kann bevorzugt auch ausschließlich durch einen Draht und/oder Heizwendel gebildet werden. Über den Abstand der Heizwendel zueinander lässt sich zudem die Heizleistung eines Segments steuern und regeln. Eine höhere Heizleistung lässt sich beim gleichen Material durch z.B. eine engere Wicklung der Heizwendeln erreichen.
Die Länge des inneren Segments beträgt bevorzugt mindestens 10 % der Gesamtlänge der Heizquelle.
Die Heizquelle enthält bevorzugt weitere innere Segmente mit kleinerer Heizleistung als die äußeren Segmente und/oder kleinerer Heizleistung als das innere Segment. Mit Hilfe weiterer innerer Segmente lässt sich die Temperaturverteilung auf dem zu bestrahlenden Objekt noch weiter einstellen und homogenisieren.
Die Heizquelle enthält bevorzugt Wolfram, Palladium, Platin, Nickel, Chrom, Mangan, Eisen, Silber, Kupfer, Gold, Kalium, Silizium und/oder Gemische und/oder Legierungen davon.
Die Heizquelle weist bevorzugt einen Außendurchmesser von 100 μm bis 50 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 10 mm auf.
Die Heizquelle wird bevorzugt auf eine Temperatur von 700 0C bis 2300 0C erwärmt. Diese Temperatur ergibt sich im Sinne der Erfindung als über die äußeren und inneren Segmente gemittelte Temperatur. Die gemittelte Heizleistung beträgt bevorzugt 500 Watt bis 6500 Watt.
Die Heizquelle weist bevorzugt zwischen den Segmenten Verbindungssegmente auf. Diese Verbindungs segmente verbinden unterschiedliche Heizsegmente untereinander und können so ausgelegt sein, dass sie selbst keine Heizleistung erzeugen. Verbindungssegmente können bevorzugt als Klemmkontakte zwischen den Segmenten vorliegen.
An den beiden Enden der Heizquelle sind elektrische Kontaktierungen angebracht, welche den Infrarotstrahler mit Strom versorgen und die elektrische Kontaktierung enthält bevorzugt Gold, Silber, Kupfer, Chrom, Nickel, Eisen, Wolfram, Platin, Legierungen und/oder Gemische davon.
Das Hüllrohr weist bevorzugt eine Länge von 100 mm bis 2500 mm, besonders bevorzugt von 700 mm bis 1000 mm auf. Das Trägerrohr weist bevorzugt eine dementsprechende Dimensionierung auf.
Das Hüllrohr weist bevorzugt einen Außendurchmesser von 5 mm bis 50 mm auf.
Das Hüllrohr enthält bevorzugt Quarz, Quarzglas, hochsilikatisches Glas, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und/oder Keramiken. Das Trägerrohr enthält bevorzugt SiO2, Quarzglas, Al2O3, ZrO2, Y2O3, und/oder Gemische davon.
Das Trägerrohr weist bevorzugt einen Außendurchmesser von 1 mm bis 50 mm auf.
Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Infrarotstrahler mit einem Hüllrohr und einer Heizquelle aus Drahtwendeln D, die in dem Hüllrohr angebracht sind. Die Heizquelle weist mindestens zwei äußere Segmente und ein inneres Segment auf. Die Heizleistung des inneren Segments ist um mindestens 5 % niedriger ist als die Heizleistung der äußeren Segmente und der Durchmesser D der Drahtwendeln senkrecht zur Längsachse L des Hüllrohrs im inneren Segment ist um mindestens 5 %, bevorzugt 10 %, besonders bevorzugt 20 % kleiner ist als der Durchmesser D der Drahtwendeln in den äußeren Segmenten (4a). Die Strahlungsleistung P kann über das Stefan-Boltzmann Gesetz abgeschätzt werden, dabei gilt P = σ* ε * A * T4 mit σ = 5,67*10"8 W m"2 K"4 , ε = Emissionsgrad des Strahlers, A = Strahlungsfläche, T =
Temperatur. Die Strahlungsfläche A ergibt sich aus A = π * d *τj[a2 + π2 * D2) wobei d = Drahtdurchmesser, D = Windungsdurchmesser und a = Abstand der Windungen sind.
Die Erfindung umfasst des Weiteren die Verwendung des Infrarotstrahlers zum Erwärmen von Oberflächen, bevorzugt von Glas Substraten.
Der erfindung s gemäße Infrarotstrahler wird bevorzugt zum Erwärmen von beschichteten Glas Substraten verwendet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind rein schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Sie schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt eines Infrarotstrahlers I nach dem Stand der Technik,
Figur 2 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers II,
Figur 3 einen Längsschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers II,
Figur 4 einen Querschnitt eines erfindungs gemäßen Infrarotstrahlers II,
Figur 5 eine Skizze der Verwendung eines Infrarotstrahlers I nach dem Stand der Technik,
Figur 6 einen Längsschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers II,
Figur 7 eine Skizze des Platzhalters und
Figur 8 einen Längsschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers.
Figur 1 zeigt einen Infrarotstrahler nach dem Stand der Technik im Längsschnitt. Auf einem durchgehenden Trägerrohr (1) ist eine Heizquelle (4) aufgebracht. Über eine elektrische Kontaktierung (3) wird diese mit Strom versorgt. Das Trägerrohr (1), die Heizquelle (4) und die elektrische Kontaktierung (3) sind in einem Hüllrohr (2) untergebracht. Der Zwischenraum des Hüllrohrs ist mit Inertgas gefüllt. Die gleichmäßige Heizleistung des Infrarotstrahlers (I) bewirkt eine ungleichmäßige Erwärmung von Substraten, wenn diese eine vergleichbare Länge aufweisen wie der Infrarotstrahler (I). Zum äußeren Rand des Infrarotstrahlers (I) nimmt die Wärmestrahlung ab, welche das zu erwärmende Substrat erreicht. Dementsprechend erwärmen sich Substrate, die vergleichbare oder größere Dimensionen aufweisen als der Infrarotstrahler, in diesen Randbereichen geringer als in zentralen Bereichen.
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Infrarotstrahler (II). Die Segmente mit unterschiedlicher Heizleistung Sgl (4a) und Sg2 (4b) bewirken eine größere Wärmeabgabe in den Randbereichen (4a) des Infrarotstrahlers (II) und eine niedrigere Wärmeabgabe im Zentrum (4b) des Infrarotstrahlers (II). Dies gleicht die in Figur 1 beschriebenen Temperaturunterschiede bei der Aufheizung von Glassubstraten mit vergleichbarer oder größerer Dimensionierung als der Infrarotstrahler aus.
Figur 3 zeigt einen weiteren Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers (II). Der Infrarotstrahler (II) weist neben den beiden äußeren Segmenten Sg1 (4a) mit maximaler Heizleistung und dem inneren Segment Sg2 (4b) noch weitere Segmente Sg1, mit i>2 (4b.1, 4b.2 und 4b.3) auf. Die Zahl„i" entspricht dabei einer ganzen Zahl der Reihe 3, 4, 5, 6, ... usw.) Mit Hilfe dieser zusätzlichen Segmente Sg3 (4b.1), Sg4 (4b.2) und Sgs (4b.3) lässt sich die Temperaturverteilung im Infrarotstrahler II noch weiter anpassen und damit eine homogenere Temperaturverteilung im Substrat erreichen. Zwischen den einzelnen Segmenten Sg1 (4a), Sg2 (4b), Sg3 (4b.1), Sg4 (4b .2) und Sgs (4b.3) sind Verbindungssegmente (5) angeordnet. Diese Verbindungs segmente gewährleisten die elektrische Kontaktierung zwischen den Segmenten des erfindung s gemäßen Infrarotstrahlers. Bevorzugt können die Verbindungs segmente (5) auch als lokale „Kaltstellen" wirken, die selbst keine oder nur geringe Anteile Wärmestrahlung erzeugen. Die Verbindungs segmente (5) erzeugen bevorzugt weniger als 10% der Heizleistung der äußeren Segmente Sg1 (4a).
Figur 4 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers (II). Auf einem inerten Trägerrohr (1) befindet sich die Heizquelle (4). Diese kann sowohl als Beschichtung als auch als umwickelter Draht oder Heizwendel ausgebildet sein. An der Heizquelle (4) ist die elektrische Kontaktierung (3) angebracht, welche die Heizquelle (4) mit Strom versorgt. Der Infrarotstrahler II ist von einem Hüllrohr (2) umgeben. Der Zwischenraum zwischen der Heizquelle (4), Teilen des Trägerrohrs (1) und dem Hüllrohr (2) ist bevorzugt mit einem Inertgas wie N2, He, Ne, Ar, Kr, Xe und/oder Vakuum gefüllt.
Figur 5 zeigt eine Skizze der Verwendung eines Infrarotstrahlers (I) nach dem Stand der Technik. Dabei wird ein planes Substrat mit einem Infrarotstrahler mit homogener Heizleistung bestrahlt. Aus der Positionierung des Substrats unter dem Infrarotstrahler ergibt sich eine ungleichmäßige Aufheizung des Substrats mit heißen Zonen in der Mitte und kalten Zonen am Rand. Die Verwendung des erfindung s gemäßen Infrarotstrahlers (II) führt hingegen (nicht gezeigt) zu einer gleichmäßigen Aufheizung des planen Substrats. Figur 6 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers IL Die Heizquelle (4) wird in den äußeren Segmenten (4a) und im inneren Segment (4b) über Platzhalter (6) im Füllrohr (2) fixiert. Die Platzhalter (6) können dabei auch als Drahtgeflechte ausgebildet sein. Die Verbindungssegmente (5) trennen die äußeren Segmente (4a) von dem inneren Segment (4b).
Figur 7 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Platzhalters (6). Im Mittelbereich des Platzhalters befindet sich eine Führungs-Öse (6a), welche die nicht gezeigte Heizquelle (4) aufnimmt und im Hüllrohr (2) fixiert.
Figur 8 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers IL Innerhalb des Hüllrohres befinden sich die Heizsegmente (4a), (4b) und (4a). Der Abstand (a) der Heizwendeln ist in allen Segmenten gleich. Der Windungsdurchmesser (D) der Heizwendeln senkrecht zur Längsachse (L) des Hüllrohres (2) ist in den äußeren Segmenten (4a) größer als im inneren Segment (4b).
Bezugszeichenliste
(1) Trägerrohr,
(2) Hüllrohr,
(3) elektrische Kontaktierung,
(4) Heizquelle,
(4a) äußere Segmente Sg1,
(4b) inneres Segment Sg2,
(4b.1) inneres Segment Sg3
(4b.2) inneres Segment Sg4,
(4b3) inneres Segment Sgs ,
(5) Verbindungssegmente,
(6) Platzhalter,
(6a) Führungs-Öse,
(a) Abstand der Windungen,
(D) Windungsdurchmesser,
(L) Längsachse des Hüllrohrs,
(I) Infrarotstrahler gemäß Stand der Technik und
(II) Infrarotstrahler gemäß Erfindung.

Claims

Saint-Gobain Glass France Patentansprüche
1. Infrarotstrahler mindestens umfassend:
a. ein Hüllrohr (2) und
b. eine Heizquelle (4), die in dem Hüllrohr (2) angebracht ist, wobei die Heizquelle (4) mindestens zwei äußere Segmente (4a) und ein inneres Segment (4b) aufweist und die Heizleistung des inneren Segments (4b) um mindestens 3 % niedriger ist als die Heizleistung der äußeren Segmente (4a).
2. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, wobei die Heizquelle (4) auf einem Trägerrohr (1) in dem Hüllrohr (2) angebracht ist.
3. Infrarotstrahler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Heizquelle (4) in einem
Platzhalter (6) in dem Hüllrohr (2) angebracht ist.
4. Infrarotstrahler nach Anspruch 3, wobei der Platzhalter (6) ein Drahtgeflecht mit Führungs-Öse (6a) umfasst.
5. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Platzhalter (6) eine ovale, kreisförmige und/oder eckige Scheibenform mit einer Führungs-Öse (6a) aufweist.
6. Infrarotstrahler einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Heizquelle (4) eine
Heizschicht und/oder einen gewickelten Draht und/oder Heizwendel umfasst.
7. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Länge des inneren Segments (4b) mindestens 10 % der Gesamtlänge der Heizquelle (4) beträgt.
8. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Heizquelle (4)
weitere innere Segmente mit kleinerer Heizleistung als die äußeren Segmente (4a) und/oder kleinerer Heizleistung als das innere Segment (4b) enthält.
9. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Heizquelle (4) einen Außendurchmesser von 100 μm bis 50 mm, bevorzugt von 1 mm bis 10 mm aufweist.
10. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Heizquelle (4)
zwischen den Segmenten Verbindungssegmente (5) aufweist.
11. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Hüllrohr (2) eine Länge von 100 mm bis 2500 mm, bevorzugt von 700 mm bis 1000 mm aufweist.
12. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Hüllrohr (2) einen Außendurchmesser von 5 mm bis 50 mm aufweist.
13. Infrarotstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Trägerrohr (1) einen Außendurchmesser von 1 mm bis 50 mm aufweist.
14. Infrarotstrahler mindestens umfassend:
a. ein Hüllrohr (2) und
b. eine Heizquelle (4) aus Drahtwendeln die in dem Hüllrohr (2) angebracht sind, wobei
die Heizquelle (4) mindestens zwei äußere Segmente (4a) und ein inneres Segment (4b) aufweist und die Heizleistung des inneren Segments (4b) um mindestens 5 % niedriger ist als die Heizleistung der äußeren Segmente (4a) und der Durchmesser (D) der Drahtwendeln senkrecht zur Längsachse (L) des Hüllrohres (2) im inneren Segment (4b) um mindestens 5 % kleiner ist als der Windungsdurchmesser (D) der Drahtwendeln senkrecht zur Längsachse (L) des Hüllrohres (2) in den äußeren Segmenten (4a).
15. Verwendung des Infrarotstrahlers nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum
Erwärmen und/oder der thermischen Umsetzung von planaren Substraten, bevorzugt von Glassubstraten, besonders bevorzugt von beschichteten
Glas Substraten.
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