Infrarot-Strahler mit einer auf eine Reflektorschicht aus Metall aufgebrachten emissiven Schicht und Verwendung der emissiven Schicht

Technischer Hintergrund

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Strahler, aufweisend einen Strahler-Formkörper mit einer darauf aufgebrachten Reflektorschicht aus Metall.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer emissiven Schicht mit einem Emissionsgrad, der im Wellenlängenbereich von 0,78 pm bis 5 pm im Bereich von 0,81 bis 0,99 liegt.

Infrarot-Strahler im Sinne der Erfindung sind zur Emission von Strahlung im infraroten Spektralbereich ausgelegt. Sie weisen einen Strahler-Formkörper auf und lassen sich nach ihrer Hauptemissionswellenlänge in kurzwellige, mittelwellige und langwellige Infrarot-Strahler unterteilen. Dabei liegen die Hauptemissionswellenlängen kurzwelliger Infrarot-Strahler im Bereich von 0,78 pm bis 1,4 pm (= IR-A, rated temperature 1.800°C - 3.450°C, gemäß IEC 62798:2014, Section 4, Classification of infrared emitters by spectral emission, Table 1 ), mittelwelliger Infrarot-Strahler im Bereich oberhalb von 1 ,4 pm bis 3 pm (= IR-B, 690°C - 1.800°C) und langwelliger Infrarot-Strahler im Bereich oberhalb von 3 pm bis 1 mm (= IR-C, < 690°C).

Typische Strahler-Formkörper bekannter Infrarot-Strahler haben Zylinderform, beispielsweise Rohr-, Platten- oder Kachelform. Rohrförmige Infrarot-Strahler können gestreckt oder gebogen sein, beispielsweise in U- oder Ringform. Platten- oder kachelförmige Strahler-Formkörper haben zwei sich gegenüberliegende Seiten, die eben oder gebogen sein können.

Bekannte Infrarot-Strahler umfassen zudem einen Strahlungsemitter, beispielsweise ein innerhalb eines Strahlerrohres angeordnetes Heizband bzw. eine Heizwendel oder ein Widerstandselement, das beispielsweise auf einem plattenförmigen Strahler- Formkörper aufgebracht oder in diesen eingearbeitet ist. Häufig ist der Strahler- Formkörper aus Quarzglas oder aus Keramik gefertigt. Der Strahler-Formkörper dient dem Schutz des Strahlungsemitters, beispielsweise vor mechanischen oder chemischen Beanspruchungen und kann zur Emission von Infrarot-Strahlung und zur Strahlungsverteilung beitragen. Ein Strahler-Formkörper in Form eines Strahlerrohres kann offen oder geschlossen sein. Im letzteren Fall ist es häufig mit einem Inertgas gefüllt, um den Strahlungsemitter vor Oxidation zu schützen.

Auf den Strahler-Formkörper ist eine Reflektorschicht aus Metall, beispielsweise aus Gold, Silber oder Aluminium, aufgebracht, die die Oberfläche des Strahler-Formkörpers teilweise bedeckt. Darüber hinaus weist der Strahler-Formkörper eine Abstrahlfläche zur Emission von Infrarotstrahlung auf. Die Abstrahlfläche und die Reflektorschicht überlappen einander nicht; sie sind regelmäßig auf gegenüberliegenden Seiten des Strahler-Formkörpers angeordnet.

Stand der Technik

Infrarot-Strahler werden zum Erwärmen eines Heizguts in den verschiedensten industriellen Fertigungsprozessen eingesetzt. Häufig ist dabei ein Betrieb der Infrarotstrahler mit einer möglichst großen elektrischen Leistungsdichte wünschenswert.

Da ein Infrarot-Strahler in den meisten Fällen Strahlung nicht in allen Raumrichtungen gleichmäßig emittieren soll, wird bekannten Infrarot-Strahlern häufig ein Reflektor zugeordnet. Dieser bewirkt, dass die Strahlungsemission in bestimmten Raumrichtungen verringert und dafür in anderen Raumrichtungen erhöht wird. Dies kann mit einem externen, separaten Reflektor geschehen. Eine besonders kompakte Bauform hat aber ein Infrarot-Strahler mit einer auf den Strahler-Formkörper aufgebrachten Reflektorschicht. Ein kurzwelliger Infrarot-Strahler mit einem auf das Strahlerrohr aufgebrachten Goldreflektor ist beispielsweise aus der DE 10 2013 104 577 B3 bekannt.

Eine spiegelnde Reflektorschicht aus Metall, insbesondere aus Gold, zeigt hervorragende Eigenschaften im Hinblick auf die Reflexion von Infrarot-Strahlung; sie ist darüber hinaus auch durch eine gute mechanische und chemische Stabilität gekennzeichnet. Nachteilig erweist sich allerdings die begrenzte thermische Stabilität der Metallschicht. Dies gilt insbesondere, wenn der Infrarot-Strahler mit einer großen elektrischen Leistungsdichte betrieben werden soll und darüber hinaus die Reflektorschicht auf dem ohnehin mit hohen Temperaturen belasteten Strahler- Formkörper aufgebracht ist. Um Beschädigungen einer Reflektorschicht aus Gold zu vermeiden, ist daher bei Betriebstemperaturen oberhalb von 800°C - wie in der DE 40 22 100 C1 beschrieben - regelmäßig eine Kühlung der Reflektorschicht erforderlich. Eine solche Kühlung geht allerdings mit einem großen Raumbedarf einher. Eine Luft- oder Wasserkühlung hat darüber hinaus den Nachteil, dass Verwirbelungen entstehen können, die das Erwärmen des Heizguts beeinträchtigen können.

Im Stand der Technik werden daher anstelle von Reflektorschichten aus Metall Schichten aus anderen Werkstoffen verwendet, beispielsweise eine Reflektorschicht aus opakem Quarzglas, wie in der DE 102006 062 166 A1 vorgeschlagen. Im Gegensatz zu einer gerichtet reflektierenden Schicht aus Metall wirkt eine Schicht aus opakem Quarzglas allerdings als diffuser Reflektor. Bei diffusen Reflektoren können Strahlungsverluste durch Mehrfachreflexionen auftreten, was die Strahlungseffizienz des Infrarot-Strahlers beeinträchtigen kann. Eine spiegelnd reflektierende Schicht aus Metall zeichnet sich darüber hinaus durch eine geringere Schichtdicke aus.

Technische Aufgabenstellung

Bei bekannten Infrarot-Strahlern mit einer auf den Strahler-Formkörper aufgebrachten Reflektorschicht aus Metall zeigt die Reflektorschicht eine begrenzte thermische Stabilität. Die Reflektorschicht-Temperatur, ab der der Infrarot-Strahler aufwendig gekühlt werden muss, hängt von dem Metall ab, aus dem die Reflektorschicht gefertigt ist. Bei einer Reflektorschicht aus Gold ist eine Kühlung ab einer Reflektorschicht- Temperatur von mehr als 800°C erforderlich, bei einer Reflektorschicht aus Silber ab einer Reflektorschicht-Temperatur von mehr als 700°C und bei einer Reflektorschicht aus Aluminium ab einer Reflektorschicht-Temperatur von 400°C. Ein Betrieb bekannter Infrarot-Strahler mit einer hohen elektrischen Leistungsdichte, beispielsweise mit einer elektrischen Leistungsdichte von mehr als 2x40 = 80 W/cm für ein Zwillingsrohr mit einem Durchmesser von 23 mm x 11 mm oder einer elektrischen Leistungsdichte von 40 W/cm für ein Rundrohr mit 10 mm Durchmesser, ist, abhängig vom Rohrformat, daher nur mit einer aufwendigen Kühlung möglich. Im Hinblick auf viele industrielle Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, Infrarotstrahler mit möglichst geringem Aufwand mit einer möglichst großen elektrischen Leistungsdichte betreiben zu können. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Infrarot-Strahler anzugeben, der einfach und kostengünstig und darüber hinaus über einen möglichst langen Zeitraum mit einer großen elektrischen Leistungsdichte betreibbar ist.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine neue Verwendung für eine emissive Schicht anzugeben, deren Emissionsgrad im Wellenlängenbereich von 0,78 pm bis 5 pm im Bereich von 0,81 bis 0,99 liegt.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Hinsichtlich des Infrarot-Strahlers wird diese Aufgabe ausgehend von einem Infrarotstrahler der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der Reflektorschicht eine emissive Schicht aufgebracht ist, deren Emissionsgrad über einen Wellenlängenbereich von 0,78 pm bis 5 pm um mindestens den Faktor 10 größer ist als der Emissionsgrad der Reflektorschicht bei derselben Wellenlänge und Temperatur.

Bei bekannten Infrarot-Strahlern mit einer spiegelnd reflektierenden Reflektorschicht aus Metall ist die elektrische Leistungsdichte, mit der die Infrarot-Strahler (mit oder ohne zusätzliche Kühlung) über einen sinnvollen Zeitraum maximal betrieben werden können, begrenzt. Die Ursache hierfür ist die begrenzte thermische Stabilität der Reflektorschicht aus Metall, die ab einer vom jeweiligen Metall abhängigen Temperatur Zersetzungserscheinungen durch abdampfende Metallpartikel zeigen kann. Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, dem Abdampfen von Metallpartikeln durch eine Erhöhung der Energieabstrahlung der Reflektorschicht entgegenzuwirken, nämlich indem die Reflektorschicht mit einer emissiven Schicht überzogen wird. Dem liegt folgende Überlegung zugrunde:

Trifft Strahlung auf einen Körper, wird diese entweder durchgelassen, reflektiert oder absorbiert. Es gilt: absorbierte Strahlung

(Gl. 1 ) Absorptionsgrad _a = - aufgetroffene Strahlung reflektierte Strahlung

(Gl. 2) Reflexionsgrad p = - aufgetroffene Strahlung durchgelassene Strahlung

(Gl. 3) Transmissionsgrad T = - aufgetroffene Strahlung und

(Gl. 4) a + p + T = 1

Im infraroten Wellenlängenbereich von 0,78 pm bis 5 pm haben Reflektorschichten aus Metall regelmäßig einen hohen Reflexionsgrad und einen niedrigen Absorptions- und Transmissionsgrad. Beispielsweise zeigt eine Reflektorschicht aus Gold im oben genannten Wellenlängenbereich regelmäßig einen Reflexionsgrad von über 0,95 und einen Absorptions- und Transmissionsgrad von insgesamt kleiner 0,05. Im Temperaturgleichgewicht entspricht der Absorptionsgrad a dem Emissionsgrad £. Die Reflektorschicht weist somit einen vergleichsweise geringen Emissionsgrad £ auf. Der Emissionsgrad £ hat allerdings wesentlichen Einfluss auf die Temperatur des Strahler- Formkörpers und des Infrarot-Strahlers insgesamt. Denn je größer der Emissionsgrad £ eines Körpers ist, umso mehr Energie kann er pro Zeiteinheit an seine Umgebung wieder abgeben, was sich auf seine (Betriebs-)Temperatur auswirkt. Wird die Reflektorschicht - wie erfindungsgemäß vorgeschlagen - mit einer emissiven Schicht beschichtet, deren Emissionsgrad £ größer ist als der der Reflektorschicht, erhöht sich die Abstrahlung des Infrarot-Strahlers insgesamt, wodurch die Oberfläche des Infrarotstrahlers passiv gekühlt wird. Dabei bilden die Reflektorschicht und die emissive Schicht zusammen einen Schichtverbund mit guter Abstrahlung, der in seiner Gesamtheit einen höheren Gesamt-Emissionsgrad hat als die Reflektorschicht für sich allein. Die Reflektorschicht ist die dem Strahler-Formkörper zugewandte untere, innere Lage des Schichtverbunds. Die emissive Schicht bildet die obere, äußere Lage. Die emissive Schicht wirkt gegenüber der Reflektorschicht emissionserhöhend. Hierdurch kann entweder - der Infrarot-Strahler bis zum Erreichen derselben Temperatur mit einer größeren elektrischen Leistung gespeist werden, oder

- die Temperatur des Infrarot-Strahlers so gesenkt werden, dass eine ansonsten notwendige Kühlung verringert werden kann. Dies hat insbesondere den Vorteil einer verringerten Konvektion bei einer Luft- oder Wasser-Kühlung, die sich nachteilig auf einen Bestrahlungsprozess auswirken kann.

Die Reflektorschicht befindet sich zwischen dem Strahler-Formkörper und der emissiven Schicht. Da die emissive Schicht geschlossen ist und die Reflektorschicht bedeckt, verhindert oder vermindert sie das Abdampfen von Teilchen aus der Reflektorschicht und trägt so zu einer Verlängerung der Strahler-Lebensdauer bei.

Im Hinblick auf eine passive Kühlung werden gute Ergebnisse erzielt, wenn der Emissionsgrad £ der emissiven Schicht über einen Wellenlängenbereich von 0,78 pm bis 5 pm um mindestens den Faktor 10, vorzugsweise um mindestens den Faktor 25, besonders bevorzugt um mindestens den Faktor 40, größer ist als der Emissionsgrad £ der Reflektorschicht bei derselben Wellenlänge und Temperatur.

Der Wellenlängenbereich von 0,78 pm bis 5 pm erfasst die Hauptemissionswellenlängen kurzwelliger, mittelwelliger und langwelliger Infrarotstrahler. Faktor-Abweichungen in den Wellenlängenbereichen unterhalb von 0,78 pm und oberhalb von 5 pm kommt daher beim Einsatz einer emissiven Schicht auf einer Reflektorschicht eines Infrarot-Strahlers allenfalls eine untergeordnete Bedeutung zu. Vorzugsweise ist die Reflektorschicht mit einer schwarzen emissiven Schicht beschichtet, denn eine schwarze emissive Schicht zeigt regelmäßig einen guten Emissionsgrad £ über einen breiten Wellenlängenbereich.

Grundsätzlich gilt: Je größer der Emissionsgrad £ der emissiven Schicht ist, umso größer ist die Abstrahlung einer damit beschichteten Reflektorschicht und umso besser ist die passive Kühlwirkung der emissiven Schicht.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Emissionsgrad £ der emissiven Schicht im Wellenlängenbereich von 0,78 pm bis 5 pm im Bereich von 0,81 bis 0,99 liegt. Eine solche emissive Schicht hat einen hohen Emissionsgrad £. Bezogen auf eine übliche Reflektorschicht aus Gold mit einem Emissionsgrad £ von 0,02 entspricht dies einem Faktor von mehr als 40. Bezogen auf eine übliche Reflektorschicht aus Aluminium mit einem Emissionsgrad £ von 0,05 entspricht dies einem Faktor von 16. Bezogen auf eine übliche Reflektorschicht aus Silber mit einem Emissionsgrad £ von 0,03 entspricht dies einem Faktor von 27. Eine solche emissive Schicht ist hervorragend zur passiven Kühlung einer auf einen Strahler-Formkörper aufgebrachten Reflektorschicht geeignet. Vorteilhafterweise beträgt der Emissionsgrad £ der emissiven Schicht aber mindestens 0,85.

Vorteilhafterweise enthält die emissive Schicht ein anorganisches Farbpigment.

Die emissive Schicht ist vorzugsweise aus einem Beschichtungsstoff gefertigt, der ein Farbpigment oder eine Vorläufersubstanz dafür enthält. Der Beschichtungsstoff ist beispielsweise eine Paste oder ein Lack. Das Farbpigment ist thermisch stabil und wird beispielsweise durch Einbrennen auf der Ablagerungsfläche fixiert. Das Farbpigment kann auch durch thermische Zersetzung oder chemische Reaktion einer Vorläufersubstanz beim oder vor dem Einbrennen gebildet werden.

Das Farbpigment emittiert Infrarotstrahlung entweder in einem breiten Wellenlängenbereich, beispielsweise von 2.000 nm bis 8.000 nm, insbesondere von 2.000 nm bis 4.700 nm, mit einem Emissionsgrad £ von 0,81 oder höher oder in einem schmalen Wellenlängenbereich, beispielsweise um 2.750 nm mit einem Emissionsgrad £ von 0,81 oder höher, vorzugsweise von mindestens 0,9.

In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Farbpigment schwarze Mineralpartikel enthält und alkalifrei ist.

Vorzugsweise ist die emissive Schicht eine schwarze Lackschicht auf keramischer Basis. Farbpigmente, die im sichtbaren Wellenlängenbereich schwarz erscheinen, absorbieren (und emittieren) in der Regel auch Licht im maßgeblichen infraroten Wellenlängenbereich. Es hat sich bewährt, wenn das Farbpigment schwarze Mineralpartikel enthält, wie beispielsweise Kupferchrom itschwarzspinell oder Mangan- Femt-Schwarz-Pigment und wenn es alkalifrei ist. Die Alkali-Freiheit des Beschichtungsstoffes hat den Vorteil, dass eine Oberfläche aus Glas, insbesondere aus Quarzglas, beim Erhitzen in Kontakt mit dem Beschichtungsstoff nicht entglast, also nicht kristallisiert und dadurch ihre optische Qualität einbüßt. Es hat sich bewährt, wenn die emissive Schicht opakes Quarzglas umfasst.

Ein derartiges mindestens teilweise opakes Quarzglas ist in der

DE 10 2004 051 846 A1 beschrieben und unter der Bezeichnung „QRC“ (Quartz Reflective Coating) bekannt geworden. Es wird bisher in erster Linie als Werkstoff zur Herstellung diffus reflektierender Reflektorschichten eingesetzt. Die Herstellung der QRC-Reflektorschicht erfolgt mittels eines Schlickerverfahrens, bei dem ein hoch gefüllter, gießfähiger, wässriger SiO2-Schlicker erzeugt wird, der amorphe SiÜ2- Teilchen enthält. Dieser wird als Schlickerschicht auf einer Unterlage aufgetragen, und anschließend wird die Schlickerschicht getrocknet und unter Ausbildung einer mehr oder weniger opaken Quarzglasschicht verglast.

Bei einer emissiven Schicht, die zusätzlich zum farbpigmenthaltigen Beschichtungsstoff ein opakes Quarzglas umfasst, ergänzen sich der farbpigmenthaltige Beschichtungsstoff und das opake Quarzglas in ihrer Emissivität, und das opake Quarzglas kann insbesondere bei einem Basiskörper aus Quarzglas als Haftvermittler zum Beschichtungsstoff wirken. Vorzugsweise bildet das opake Quarzglas eine untere Lage und der farbpigmenthaltige Beschichtungsstoff eine obere Lage der emissiven Schicht.

Die untere Lage aus opakem Quarzglas kann einerseits selbst als Reflektor wirken, und sie trägt andererseits zur Verbesserung der Haftung der oberen Lage aus dem Beschichtungsstoff bei. Darüber hinaus absorbiert auch die unter Lage einen Teil der Infrarotstrahlung und emittiert diese auch wieder.

Die zusätzliche obere Lage aus dem Beschichtungsstoff bewirkt zum einen eine Erhöhung des Emissionsgrades £ im maßgeblichen Wellenlängenbereich. Darüber hinaus bewirkt sie auch eine höhere Absorption der kurzwelligen oder mittelwelligen Primärstrahlung und ermöglicht dadurch ein schnelleres Aufheizen des Infrarotstrahlers (und damit eine frühere Einsatzbereitschaft).

Die untere Lage aus opakem Quarzglas zeigt einerseits eine gewisse Transmission für die kurzwellige oder mittelwellige Primärstrahlung und sie kann andererseits auch als diffuser Reflektor für die Primärstrahlung wirken. Es hat sich bewährt, wenn die emissive Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 1 pm bis 200 pm, vorzugsweise im Bereich von 30 pm bis 100 pm, aufweist.

Bei einer Schichtdicke von weniger als 1 pm verliert sich der passive Kühleffekt der emissiven Schicht. Eine Schichtdicke von mehr als 200 pm lässt sich nur durch mehrfaches schichtweises Aufträgen erzeugen. Gleichzeitig steigt mit zunehmender Dicke der emissiven Schicht die Gefahr, dass die emissive Schicht, wenn sie im Betrieb Temperaturunterschieden ausgesetzt ist, abblättert. Dies gilt entsprechend für die obere Lage aus dem Beschichtungsstoff, deren Dicke vorzugsweise weniger als 0,1 mm beträgt, und bevorzugt im Bereich von 1 pm bis 50 pm liegt.

Vorteilhafterweise ist die emissive Schicht mindestens bis 1.000°C, vorzugsweise mindestens bis 1.200°C, hitzebeständig. Es hat sich gezeigt, dass eine gute Hitzebeständigkeit der emissiven Schicht mit einer längeren Lebensdauer der Reflektorschicht und damit des Infrarot-Strahlers einhergeht.

Der Infrarot-Strahler ist abhängig vom Rohrformat vorteilhafterweise unter Standardbedingungen ungekühlt zur Erzeugung einer elektrischen Leistungsdichte von bis zu 80 W/cm ausgelegt: beispielsweise im Falle eines Zwillingsrohrs mit einem Durchmesser von 23 mm x 11 mm zur Erzeugung einer elektrischen Leistungsdichte von bis zu 80 W/cm und im Falle eines Rundrohrs mit 10 mm Durchmesser von bis zu 40 W/cm.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strahler-Formkörper ein Strahlerrohr aus Quarzglas.

Vorzugsweise umgibt das Strahlerrohr einen mit einem Stromanschluss versehenen Strahlungsemitter in Form einer Heizwendel oder eines Heizbandes. Das Strahlerrohr hat beispielsweise einen runden, ovalen oder polygonalen Querschnitt oder es ist als sogenannter Zwillingsrohrstrahler ausgebildet, das einen Querschnitt in Form einer horizontal liegenden Acht hat. Die Außenwandung des Strahlerrohres ist beispielsweise glatt oder sie ist aufgeraut. Insbesondere kurzwellige Infrarotstrahler haben ein beidseitig geschlossenes, kolbenförmiges Strahlerrohr, wobei die Stromversorgung an einem Ende oder an beiden Enden herausgeführt ist. Das Strahlerrohr-Material ist beispielsweise Quarzglas und hat eine vergleichsweise geringe eigene Emissivität für Infrarotstrahlung, insbesondere im Wellenlängenbereich um 2.200 nm bis 3.100 nm. Das Strahlerrohr hat eine Abstrahlfläche, die sich in der Regel an der Strahlerrohr-Mantelfläche befindet. Die Reflektorschicht liegt der Abstrahlfläche gegenüber. Durch eine vollständige Beschichtung der Reflektorschicht mit einer emissiven Schicht wird die Reflektorschicht im Hinblick auf eine höhere Emissivität modifiziert.

Die Abstrahlfläche, die Reflektorschicht und die emissive Schicht bedecken beispielsweise jeweils eine Teil-Fläche der Strahlerrohr-Mantelfläche, wobei die Abstrahlfläche nicht mit der Fläche der Reflektorschicht und nicht mit der Fläche der emissiven Schicht überlappt. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Abstrahlfläche, die Fläche der Reflektorschicht und die die Reflektorfläche überlappende Fläche der emissiven Schicht so ergänzen, dass sie die gesamte Mantelfläche belegen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bedeckt die emissive Schicht mindestens 80% der Reflektorschicht. Vorzugsweise bedeckt die emissive Schicht die Reflektorschicht jedoch vollständig. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die emissive Schicht so bemessen ist, dass sie allseitig über die Reflektorschicht hinausragt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Reflektorschicht auch bei einer unbeabsichtigten, beispielsweise produktionsbedingten minimalen Versetzung der emissiven Schicht relativ zur Reflektorschicht durch die emissive Schicht vollständig geschützt ist. Dies erhöht die thermische Stabilität der Reflektorschicht.

Beim Einsatz eines Strahlerrohres hat es sich als günstig erwiesen, wenn sowohl die Abstrahlfläche als auch die Reflektorschicht-Fläche und die Fläche der emissiven Schicht jeweils eine parallel zur Strahlerrohr-Längsachse verlaufende gerade Seite und eine in einer Strahlerrohr-Querschnittsebene verlaufende gebogene Seite aufweisen, wobei die gerade Seite sich jeweils über die gesamte Länge des Strahlerrohres oder einen Teil davon erstreckt. Die gebogene Seite kann durch die Lage der Strahlerrohr- Längsachse als Mittelpunkt durch den Mittelpunktswinkel in der Querschnittsebene und den Außen-Radius des Strahlerrohres beschrieben werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Reflektorfläche über einen Mittelpunktswinkel im Bereich von 0 Grad bis 270 Grad, besonders bevorzugt über einen Mittelpunktswinkel im Bereich von 0 Grad bis 180 Grad. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die gebogene Seite der emissiven Schicht um 5 % größer ist als die gebogene Seite der Reflektorschicht, wobei die emissive Schicht bezogen auf die Reflektorschicht so angeordnet ist, dass sie die Reflektorschicht beidseitig überlappt.

Besonders bevorzugt erstreckt sich die mit der emissiven Schicht belegte Fläche jedoch über einen Mittelpunktswinkel zwischen 0 Grad und 275 Grad, besonders bevorzugt zwischen 0 Grad und 195 Grad.

Bei einer besonders bevorzugten Modifikation einer Ausführungsform des Infrarotstrahlers mit einem Strahler-Formkörper in Form eines Strahlerrohres aus Quarzglas weist mindestens ein Teil der Strahlerrohr-Mantelfläche eine Oberflächenrauheit - definiert als arithmetische mittlere Rauheit R _a - auf, mit R _a im Bereich von 0,5 pm bis 5 pm, bevorzugt im Bereich von 0,8 pm bis 3,2 pm, von der ein erster Umfangsabschnitt mit der Reflektorschicht belegt ist.

Die Rauheit mit einem R _a -Wert von 0,8 pm entspricht der Rauheitsklasse 6 und stellt sich typischerweise beim Grobschleifen ein, und der R _a -Wert von 3,2 pm entspricht der Rauheitsklasse 8, die geschruppte Oberflächen definiert. Die Rohrmantelfläche des Hüllrohres ist vorzugsweise nur dort aufgeraut, wo die Reflektorschicht beziehungsweise die emissive Schicht aufgebracht werden soll. Die Aufrauhung verbessert die Haftung der Reflektorschicht und der emissiven Schicht, insbesondere bei einer emissiven Schicht in Form eines farbgigmenthaltigen Beschichtungsstoffes, wie beispielsweise einem Lack oder einer Paste. Die Aufrauhung der Oberfläche erfolgt beispielsweise mechanisch oder chemisch, insbesondere durch Schleifen, Sandstrahlen oder Ätzen. Bei einer hohen Oberflächenrauheit R _a von mehr als 5 pm leidet die optische Qualität der Abstrahlfläche ohne nennenswerten Zugewinn an Haftvermittlungswirkung. Bei einer geringen Oberflächenrauheit R _a von weniger als 0,5 pm ergibt sich kein nennenswerter Beitrag an Haftvermittlungswirkung.

Bei einer anderen besonders bevorzugten Modifikation des Infrarot-Strahlers ist der Strahler-Formkörper in Form einer Kachel aus einem bei Erhitzung Infrarot-Strahlung emittierenden Werkstoff ausgebildet, wobei die Kachel sich gegenüberliegende Planseiten aufweist, von denen die eine erste Planseite mit der Reflektorschicht und der emissiven Schicht belegt ist, und die andere, zweite Planseite die Abstrahlfläche festlegt. Die zweite Planseite ist vorzugsweise mit einer elektrischen Kontaktierung für die Zufuhr eines Heizstroms zu einer damit verbundenen Heizleiterbahn aus einem Widerstandsmaterial aufgebracht.

Kachelförmige Infrarotstrahler sind Flächenstrahler mit in der Regel überwiegend zweidimensionaler Abstrahlcharakteristik. Der Kachel-Werkstoff ist vorzugsweise eine Keramik, insbesondere AI2O3 oder ZrO2, oder er umfasst einen Kompositwerkstoff, insbesondere eine Matrix aus Quarzglas, in die elementares Silizium oder Kohlenstoff eingebettet ist.

Die mögliche Größe der Kachelfläche richtet sich dabei nach den Eigenschaften des Werkstoffs und der geforderten Formstabilität.

Bei Temperaturerhöhung verändern manche Kachel-Werkstoffe ihre Farbe. Das bedeutet, ihre Emissivität und damit die Peak-Emissionswellenlänge der Primärstrahlung wird kurzwelliger. Insbesondere der pigmenthaltiger Beschichtungsstoff und das opake Quarzglas verlieren auch bei hoher Temperatur bis beispielsweise 1.100°C ihre Emissivität nicht oder wenig.

Schließlich wird die Verwendung einer emissiven Schicht der eingangs genannten Gattung zur passiven Kühlung einer auf einen Strahler-Formkörper eines Infrarotstrahlers aufgebrachten Reflektorschicht aus Metall vorgeschlagen.

Definitionen

Emissionsgrad s

Jeder Körper sendet aufgrund seiner Temperatur Wärmestrahlen aus. Der Emissionsgrad £ gibt an, wie viel Strahlung ein Körper im Vergleich zu einem Schwarzen Körper abgibt. Die von einem beliebigen Körper ausgehende Strahlungsleistung ist nach dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz gleich der des Schwarzen Körpers gleicher Temperatur multipliziert mit dem Emissionsgrad des beliebigen Körpers. Es gilt:

P = £ • P _s ; mit 0 < £ < 1 P Strahlungsleistung des beliebigen Körpers,

P _s Strahlungsleistung des Schwarzen Körpers gleicher

Temperatur, und s Emissionsgrad des beliebigen Körpers.

Der Emissionsgrad £ wird wie folgt bestimmt:

Der Emissionsgrad bei Raumtemperatur wird mit einer Ulbrichtkugel gemessen. Diese erlaubt die Messung des gerichtet hemisphärischen spektralen Reflexionsgrades R _g h und des gerichtet hemisphärischen spektralen Transmissionsgrades T _g h, woraus der normale spektrale Emissionsgrad berechnet wird. Die Messung des Reflexions- und Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich von 0,78 pm - 2,5 pm kann beispielsweise mit einem Perkin Eimer Lambda 950 Gitterspektrometer erfolgen. Im Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 18 pm kann beispielsweise ein Bruker IFS 66v Fourier-Transformations-Infrarot-(FTIR)-Spektrometer eingesetzt werden.

Die Messung des Emissionsgrads bei höheren Temperaturen erfolgt im Wellenlängenbereich von 0,7 bis 5 pm mittels eines FTIR-Spektrometers, beispielsweise mit einem Bruker IFS 66v Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometer (FTIR)), an das über eine Zusatzoptik eine Black-Body Boundary Conditions (BBC)- Probenkammer angekoppelt wird. Die Probenkammer verfügt dabei in den Halbräumen vor und hinter der Probenhalterung über temperierbare Schwarzkörperumgebungen und eine Strahlausgangsöffnung mit Detektor. Die Probe wird in einem separaten Ofen auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt und zur Messung in den Strahlengang der Probenkammer mit den auf vorgegebene Temperatur eingestellten Schwarzkörperumgebungen verbracht. Die vom Detektor erfasste Intensität setzt sich aus einem Emissions-, einem Reflexions- und einem Transmissionsanteil zusammen, nämlich aus Intensität, die von der Probe selbst emittiert wird, Intensität, die vom vorderen Halbraum auf die Probe fällt und von dieser reflektiert wird, sowie Intensität, die vom hinteren Halbraum auf die Probe fällt und von dieser transmittiert wird. Zur Ermittlung der einzelnen Größen Emissions-, Reflexions- und Transmissionsgrad müssen drei Messungen durchgeführt werden. Elektrische Leistungsdichte

Die elektrische Leistungsdichte in der Einheit „elektrische Leistung pro beheizter Länge“ (W/cm) gemessen; sie wird zu nahezu 100% in optische Leistung (W/m ² ) umgesetzt.

Standardbedinciuncien

Als Standard-Bedingungen (SATP-Bedingungen) gelten für die Temperatur 298,15 K (25°C, 77 °F) und für den absoluten Druck 100 kPa (14,504 psi, 0.986 atm).

Gesamt-Bestrahlungsstärke E

Der Begriff Gesamt-Bestrahlungsstärke (auch: optische Leistung) bezeichnet das Verhältnis der senkrecht auftreffenden Strahlungsleistung zur Auftrefffläche. Sie wird gemessen in der Einheit W/m ² .

Mittlere Rauheit Ra

Die arithmetische mittlere Rauheit R _a wird nach EN ISO 25178 ermittelt. Es handelt sich um einen Linienrauheitsparameter. Zur Ermittlung des Messwertes R _a wird die Oberfläche einer definierten Messstrecke (mit einer feinen Nadel) abgetastet und sämtliche Höhen- und Tiefenunterschiede der Oberfläche aufgezeichnet. Nach der Berechnung des bestimmten Integrals dieses Rauheitsverlaufes auf der Messstrecke wird das Ergebnis durch die Länge der Messstrecke dividiert.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt im Einzelnen:

Figur 1 eine Ausführungsform eines Infrarot-Strahlers mit einer Reflektorschicht aus Gold und einer darauf aufgebrachten emissiven Schicht, im Querschnitt und in schematischer Darstellung, Figur 2a ein Foto einer Ausführungsform eines Infrarot-Strahlers mit einem Zwillingsrohr, auf das eine Reflektorschicht aus Gold und eine emissive Schicht aufgebracht sind,

Figur 2b schematisch den Infrarot-Strahler aus Figur 2a in perspektivischer Darstellung,

Figur 3 ein Diagramm, in dem der Emissionsgrad £ einer emissiven Schicht bei verschiedenen Temperaturen (25°C, 200°C, 600°C, 800°C, 900°C und 1 ,000°C) in Abhängigkeit von der Wellenlänge X dargestellt ist,

Figur 4 ein Temperatur-Zeit-Diagramm, in das der Temperaturverlauf auf der Reflektorseite eines erfindungsgemäßen, mit einem schwarzen Lack beschichteten Infrarot-Strahlers und der Temperaturverlauf auf der Reflektorseite eines herkömmlichen Infrarot-Strahlers eingetragen sind,

Figur 5 ein Temperatur-Zeit-Diagramm, in das der Temperaturverlauf auf der Strahlungsaustrittsseite eines erfindungsgemäßen, mit einem schwarzen Lack beschichteten Infrarot-Strahlers und der Temperaturverlauf auf der Strahlungsaustrittsseite eines herkömmlichen Infrarot-Strahlers eingetragen sind,

Figur 6 ein Bestrahlungsstärke-Zeit-Diagramm, in das der Bestrahlungsstärkeverlauf eines erfindungsgemäßen, mit einem schwarzen Lack beschichteten Infrarot-Strahlers und der Bestrahlungsstärkeverlauf eines herkömmlichen Infrarot-Strahlers eingetragen sind, und die

Figuren 7, 8 eine zweite Ausführungsform eines Infrarot-Strahlers mit einem planaren, plattenförmigen Strahler-Formkörper.

Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Infrarot-Strahler im Querschnitt, dem insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet ist. Die Darstellung ist nicht maßstäblich; insbesondere können die Dicken der Bauteile und Schichten aus Gründen der besseren Erkennbarkeit dicker dargestellt sein.

Der Infrarot-Strahler 1 hat ein Strahlerrohr 2 aus Quarzglas. Das Strahlerrohr 2 ist zylinderförmig ausgebildet und hat eine Länge von 80 mm bei einer Breite von 23 mm und einer Höhe von 11 mm. Das Strahlerrohr 2 ist an beiden Enden geschlossen; es umgibt einen Wolfram-Heizdraht (nicht dargestellt), der mit einem elektrischen Anschluss versehen ist und auf Temperaturen bis zu 2.300°C erhitzt werden kann.

Die Mantelfläche des Strahlerrohres 2 ist halbrohrförmig (180°) mit einer Reflektorschicht 3 aus Gold beschichtet. Bei einer alternativen Ausgestaltung besteht die Reflektorschicht 3 aus Aluminium oder aus Silber. Die Reflektorschicht 3 hat eine Schichtdicke von 0,2 pm und einen Emissionsgrad von 0,02; sie vermindert die Emissivität im goldbeschichteten Bereich, und bewirkt eine sehr gute Reflexion auftreffender Strahlung, sodass die vom Heizdraht emittierte Strahlung im Wesentlichen in Richtung der nicht mit der Reflektorschicht 3 versehenen Mantelfläche abgestrahlt wird.

Die Reflektorschicht 3 ist darüber hinaus mit einer emissiven Schicht 4 aus einem schwarzen Hochtemperatur-Lack auf keramischer Basis beschichtet, sodass der Reflektor nicht mehr visuell golden, sondern schwarz erscheint.

Auf einer glatten Strahlerrohr-Mantelfläche mit einer Reflektorschicht 3 aus Gold, aber auch aus Silber oder Aluminium, kann die emissive Schicht 4 unter Umständen bei hoher Temperatur über einige hundert Stunden abblättern. Zur Verbesserung der Haftfähigkeit der Lackschicht 3 auf der Reflektorschicht 3 wird vor dem Aufträgen der Reflektorschicht die Strahlerrohr-Oberfläche aufgeraut. Der Bereich der Aufrauhung 6 ist anhand einer gestrichelten Linie symbolisiert.

Das Aufrauen erfolgt mechanisch durch Sandstrahlen oder Schleifen oder chemisch: durch Behandlung mit einer Ätzlösung. Eine geeignete Ätzlösung (NH4 + HF+ Essigsäure) und deren Anwendung zur Aufrauhung einer Quarzglas-Oberfläche ist in der DE 197 13 014 C2 beschrieben. Die mittlere Rautiefe R _a liegt bevorzugt im Bereich von 5 pm bis 50 pm; im Ausführungsbeispiel sind es 25 pm.

Die emissive Schicht 4 behält ihre schwarze Farbe - und damit auch ihr Emissionsspektrum - beim Erhitzen auf 800°C und darüber hinaus; sie ist bis 1.200°C temperaturbeständig. Der Emissionsgrad der emissiven Schicht 4 beträgt 0,9. Die Dicke der emissiven Schicht 4 beträgt etwa 40 pm. Die nicht beschichtete Mantelfläche des Strahlerrohres 2 bildet die eigentliche Abstrahlfläche 5 des Infrarot-Strahlers 1 . Bereits bei einer Reflektorschicht-Temperatur oberhalb von 600°C kann es zur Abdampfung von Gold aus der Reflektorschicht 3 kommen. Beim Infrarot-Strahler 1 erwärmt sich die auf der Reflektorschicht 3 aufgebrachte emissive Schicht 4 während des Betriebs mit einer elektrischen Leistungsdichte von 2x40 W/cm auf bis zu 780°C. Es gilt „Absorption = Emission“, sodass die emissive Schicht 4 die absorbierte Strahlung ebenso schnell wieder mit hoher Intensität abgibt. Im Ergebnis kühlt die emissive Schicht 4 während des Betriebs des Infrarot-Strahlers 1 die Reflektorschicht 3 passiv mittels Abstrahlung; sie wirkt dadurch einer Abdampfung von Gold-Partikeln aus der Reflektorschicht 3 entgegen und dient als Abdampfsperre und Schutzlack. Die emissive Schicht 4 erhöht nicht nur die Lebensdauer des Infrarot-Strahlers 1 , sondern auch bei einem Betrieb des Infrarot-Strahlers 1 mit höheren elektrischen Leistungsdichten bleibt die Strahlungsleistung stabil, wodurch der Infrarot-Strahler 1 insbesondere bei temperaturempfindlichen Prozessen vorteilhaft einsetzbar ist.

Herstellung der Reflektorschicht 3 aus Gold

Die Reflektorschicht 3 wird erzeugt, indem auf die Oberfläche des Strahlerrohres 2 eine goldhaltige Emulsion (Goldresinat) mit einem Pinsel aufgetragen wird. Die Emulsion wird anschließend durch Erhitzen eingebrannt. Beim Einbrennen zerfällt das Goldresinat in metallisches Gold und Harzsäure, die ihrerseits, wie auch die übrigen Komponenten der Paste, durch die hohe Einbrenntemperatur verflüchtigt werden. Zurück bleibt eine geschlossene, spiegelnde Goldschicht 4, die als Reflektor wirkt und deren Dicke je nach Anforderung an den Reflexionsgrad vorzugsweise im Bereich von 50 nm bis 300 nm liegt. Je dicker die Schicht ist, umso größer ist ihr Reflexionsgrad.

Herstellung der emissiven Schicht 4

Die emissive Schicht 4 wird durch Aufsprühen oder Aufpinseln einer Thermofarbe erzeugt. Die Thermofarbe ist alkalifrei. Sie enthält eine Aluminosilikatlösung (10 bis 20 Gew.-%), Kupferchrom itschwarzspinell als mineralisches Farbpigment (25 bis 35 Gew.- %) und Wasser (40 bis 60 Gew.-%). Geeignete Thermofarben werden im Handel als Ofenfarben beispielsweise von den Firmen ULFALUX Lackfabrikation GmbH (z.B. Ulfalux®-Thermobeschichtung 1590ST) und Aremco Products Inc. angeboten, wobei als weitere organische Inhaltstoffe angegeben werden: Xylol, Ethylacetat, Butylacetat, Ethylbenzol. Mehrfaches Lackieren gewährleistet eine vollständig geschlossene Schicht. Nach dem Aufsprühen wird die Thermofarbe bei 250°C getrocknet und ist danach berührtest. Durch ein Erhitzen auf 1.200°C bekommt die Lackschicht 3 ihren endgültigen Zustand. Dieses Erhitzen kann bei der Inbetriebnahme des Infrarotstrahlers erfolgen. Dabei werden keramische Bestandteile auf die Lampenrohr-Oberfläche aufgesintert und es entsteht eine feste, stoffschlüssige Verbindung, so dass die emissive Schicht 4 größtenteils kratzfest ist.

Das Foto von Figur 2a zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlers, dem insgesamt die Bezugsziffer 21 zugeordnet ist. Der Infrarotstrahler 21 hat ein Strahlerrohr 22 in Form eines Zwillingsrohrs aus zwei nebeneinander angeordneten Quarzrohren. Die Quarzrohre haben jeweils eine Breite von 23 mm, eine Höhe von 11 mm bei einer Länge von 200 mm; sie sind in Richtung ihrer Längsachsen miteinander verschmolzen und bilden zusammen ein Bauteil. Der Zwillingsrohraufbau ermöglicht eine hohe Strahlungsdichte und eine gute mechanische Stabilität. Beide Quarzrohre des Zwillingsrohrs umgeben jeweils einen Wolfram-Heizdraht (nicht dargestellt). Das Strahlerrohr 22 ist an seinen beiden Rohr-Enden 25a, 25b geschlossen. Dabei sind die Heizbänder derart in Reihe geschaltet (nicht dargestellt), dass die elektrischen Anschlüsse 26a, 26b zur elektrischen Kontaktierung der Heizbänder an einem der Strahlerrohr-Enden 25b über eine Quetschung aus dem Strahlerrohr 22 herausgeführt sind. Das gegenüberliegende Strahlerrohr-Ende 25a ist verschmolzen.

Auf das Strahlerrohr 22 ist eine Goldschicht aufgebracht (nicht erkennbar), die mit einer emissiven Schicht 24 überzogen ist. Der Emissionsgrad der Goldschicht beträgt 0,02 im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 5 pm. Der Emissionsgrad der emissiven Schicht 24 beträgt 0,85.

Figur 2b zeigt schematisch vereinfacht und in perspektivischer Darstellung den Aufbau des Infrarot-Strahlers 21 aus Figur 2a. Sofern bei der Ausführungsform von Figur 2b dieselben Bezugsziffern wie in Figur 2a verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äquivalente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand der Beschreibung der Figur 2a näher erläutert sind.

Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit sind in Figur 2b die Verschmelzung des Strahlerrohr-Endes 25a und die Quetschung des Strahlerrohr-Endes 25b weggelassen und dafür die in Figur 2a nicht erkennbare Goldschicht 23 sowie die Carbon-Heizbänder 28a, 28b und deren elektrische Kontaktierung dargestellt.

Die Carbon-Heizbänder 28a, 28b sind in Reihe geschaltet. Ihre elektrische Kontaktierung erfolgt über die elektrischen Anschlüsse 26a, 26b, die jeweils mit einem der Carbon-Heizbänder 28a, 28b elektrisch leitend verbunden sind. Um eine Quetschung des Strahlerrohres 23 im Bereich der elektrischen Anschlüsse 26a, 26b zu ermöglichen, sind die elektrischen Anschlüsse 26a, 26b jeweils mit einem Metallplättchen geringer Dicke, vorzugsweise aus Molybdän, versehen. Über das Verbindungselement 27 sind die Carbon-Heizbänder 28a, 28b elektrisch leitend miteinander verbunden.

Die Goldschicht 23 hat eine Schichtdicke von 0,1 pm bis 0,2 pm. Sie bedeckt die Mantelfläche des Strahlerrohres 22 zu etwa 50%. Auf die Goldschicht ist die emissive Schicht 24 aufgebracht. Die emissive Schicht 24 bedeckt die Goldschicht vollständig; sie bedeckt etwa 55% der Mantelfläche des Strahlerrohres 22. Die emissive Schicht ist eine Farbschicht aus schwarzer Thermodispersionsfarbe mit folgender Zusammensetzung:

Aluminosilikatlösung 15 Gew.-%

Kupferchromitschwarzspinell 30 Gew.-%

Wasser 40 Gew.-%

Flüchtige organische Bestandteile 15 Gew.-%.

Nach dem Aufträgen und Trocknen wird die Farbschicht bei einer Temperatur von etwa 1.200°C unter Ausbildung einer schwarzen emissiven Lack-Schicht mit einer Schichtdicke von 40 pm eingebrannt und gesintert (Herstellung und Eigenschaften der Lack-Schicht und der Thermofarbe sind anhand Figur 1 erläutert). Figur 3 zeigt ein Diagramm, in dem der Emissionsgrad £ dieser emissiven Schicht bei verschiedenen Temperaturen (25°C, 200°C, 600°C, 800°C, 900°C und 1.000°C) in Abhängigkeit von der Wellenlänge X dargestellt ist. Für die Temperatur 25°C sind zwei Kurven angezeigt, wobei die Kurve (a) den Emissionsverlauf vor dem Heizen der Lackschicht, und (b) den Emissionsverlauf nach den Heizen der Lackschicht auf 1000°C und anschließendem Abkühlen wiedergibt. Über einen Wellenlängenbereich mit Wellenlängen X von 0,7 pm bis 5 pm, und sogar bis 14 pm, zeigt die emissive Schicht bei den zuvor genannten Temperaturen durchgängig einen Emissionsgrad £ im Bereich von 0,85 bis 0,98. Eine Temperaturänderung im oben genannten Bereich geht somit mit geringen Änderungen des Emissionsgrads einher. Aufgrund ihrer guten Temperaturstabilität bei gleichzeitig geringen Emissionsgradänderungen und gleichzeitig guten Hafteigenschaften auf einer Metallschicht - insbesondere aus Gold, Silber oder Aluminium - ist die zuvor beschriebene schwarze emissive Schicht für die Verwendung auf einem Strahlerrohr eines Infrarotstrahlers geeignet.

Das Temperatur-Zeit-Diagramm von Figur 4 zeigt die auf der Reflektorseite bei einem herkömmlichen Infrarotstrahler mit einem Goldreflektor einerseits und einem erfindungsgemäßen Infrarotstrahler mit einem beschichteten Goldreflektor andererseits erfassten Temperaturverläufe.

Für die Erfassung der Temperaturverläufe wurden zwei Infrarotstrahler mit grundsätzlich gleichem Aufbau verwendet. Als erfindungsgemäßer Infrarot-Strahler wurde der in den Figuren 2A und 2B beschriebene Infrarot-Strahler 21 eingesetzt, als herkömmlicher Infrarot-Strahler diente ein baugleicher Infrarot-Strahler mit einer Reflektorschicht 23 aus Gold, aber ohne emissive Schicht 24.

Die Temperaturerfassung erfolgte berührungslos mit einem Pyrometer, beginnend mit dem Einschalten des jeweiligen Infrarot-Strahlers zum Zeitpunkt t = 0 Min. bei Raumtemperatur. Nach weniger als 5 Min. haben beide Infrarot-Strahler eine gleichbleibende Betriebstemperatur erreicht.

Mit dem herkömmlichen Infrarotstrahler ohne emissive Schicht wurde der Kurvenverlauf 401 aufgezeichnet. Im Temperaturgleichgewicht beträgt die Betriebstemperatur T _ss « 857°C.

Mit dem erfindungsgemäßen Infrarotstrahler 21 wurde der Kurvenverlauf 402 aufgezeichnet. Im Temperaturgleichgewicht beträgt die Betriebstemperatur T _ss « 752°C. Damit bleibt die Betriebstemperatur des erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlers 21 unterhalb des 90%-Werts der Betriebstemperatur des herkömmlichen Infrarot-Strahlers mit T90, SdT = 771 °C, die als Hilfslinie 403 in das Diagramm eingezeichnet ist. Die erfindungsgemäß vorgesehene emissive Schicht 24 zeigt eine gute Strahlungsemission; sie wirkt als passive Kühlung für den Reflektor. Die Hilfslinie 404 zeigt zum Vergleich den 90%-Wert der Betriebstemperatur (Tgo, inv = 677°C) des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers 21. Der Schnittpunkt des Kurvenverlaufs 402 mit der Hilfslinie 404 wird zudem gegenüber dem Schnittpunkt des Kurvenverlaufs 401 mit der Hilfslinie 403 schneller erreicht. Dies zeigt, dass der erfindungsgemäße Infrarotstrahler 21 auch sein Temperaturgleichgewicht schneller als der herkömmliche Infrarotstrahler erreicht.

Figur 5 zeigt in einem weiteren Temperatur-Zeit-Diagramm die Temperaturverläufe auf der der Reflektorseite gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsseite, und zwar sowohl bei einem herkömmlichen Infrarotstrahler mit einem Goldreflektor als auch bei einem erfindungsgemäßen Infrarotstrahler mit einem beschichteten Goldreflektor. Die Messung mit derselben Messanordnung wie sie bereits zu Figur 4 beschrieben ist.

Der Kurvenverlauf 501 gibt die Temperatur auf der Strahlungsaustrittsseite des herkömmlichen Infrarotstrahlers wieder, der Kurvenverlauf 502, die Temperatur auf der Strahlungsaustrittsseite des erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlers 21. Verglichen mit dem Temperaturverlauf auf der Reflektorseite (siehe Figur 4) werden auf der Strahlungsaustrittsseite im Temperaturgleichgewicht niedrigere Betriebstemperaturen erreicht. Dies liegt daran, dass die Strahlungsaustrittsseite eine hohe Transmission zeigt und dadurch weniger Strahlung absorbiert wird. Die Maximalwerte betragen hier Tss, sdT « 807°C und Tss, inv= 736°C. Im Übrigen zeigt sich auch auf der Strahlungsaustrittsseite dieselbe Wirkung der emissiven Schicht 24 auf der Reflektorschicht 23, nämlich eine Verringerung der Infrarot-Strahler-Temperatur durch passive Kühlung.

Da die Lichtstärke eines Infrarot-Strahlers mit einer Reflektorschicht aus Gold nicht allseitig gleich ist und nur die Lichtstärke im Bereich des Strahlungsaustritts relevant erscheint, ist in dem in Figur 6 gezeigten Diagramm die integrierte Gesamt- Bestrahlungsstärke im Halbraum von 90° bis 270°, also strahlungsaustrittsseitig, bezogen auf die Betriebsdauer aufgetragen. Hierzu wurden ein Infrarot-Strahler 21 , wie er oben ausführlich anhand der Figuren 2A und 2B beschrieben ist, und ein baugleicher Infrarotstrahler ohne emissive Schicht 24 für 2.250 Stunden mit einer Nennspannung ÜNenn von 100 V betrieben und jeweils die integrierte Gesamt-Bestrahlungsstärke ermittelt. Für den Infrarot-Strahler 21 mit emissiver Schicht 24 wurde der Kurvenverlauf 601 erhalten; der Kurvenverlauf 602 wurde mit dem herkömmlichen Infrarot-Strahler erhalten. Dabei zeigt sich, dass die integrierte Gesamt-Bestrahlungsstärke beim herkömmlichen Infrarot-Strahler schneller und stärker abnimmt als bei einem Infrarotstrahler, dessen Gold-Reflektorschicht mit einer emissiven Schicht bedeckt ist. Die emissive Schicht geht daher mit einer verlängerten Lebensdauer des Infrarot-Strahlers einher. Lebensdauertests haben gezeigt, dass die Lackschicht beziehungsweise der Infrarotstrahler ohne visuelle oder funktionelle Beeinträchtigungen eine Betriebsdauer bis zu 10.000 h erreichen kann.

Figur 7 zeigt in Seitenansicht und Figur 8 in einer Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlers, dem insgesamt die Bezugsziffer 71 zugeordnet ist. Der Infrarot-Strahler 71 hat einen plattenförmigen Strahler-Formkörper 72, der eine Matrix 72a aus Quarzglas, eine auf die Matrix 72a aufgebrachte Leiterbahn 72c und eine Deckschicht 72b umfasst.

Der plattenförmige Strahler-Formkörper 72 hat Rechteck-Form mit einer Plattenstärke von 2,5 mm. Er besteht aus einer Matrix 72a aus Quarzglas. Die Matrix 72a wirkt visuell transluzent bis transparent. Sie zeigt bei mikroskopischer Betrachtung keine offenen Poren und allenfalls geschlossene Poren mit maximalen Abmessungen von im Mittel weniger als 10 pm.

Die Leiterbahn 72c ist aus Tantal gefertigt. Die Leiterbahn 72c hat eine Querschnittsfläche von mindestens 0,02 mm ² bei einer Breite von 1 mm und einer Dicke von 20 pm. An beiden Enden der Leiterbahn sind Kontakte 72d aus Tantal an die Leiterbahn 72c angeschweißt. Die Kontakte 72d weisen eine Querschnittsfläche von mindestens 0,5 mm ² auf. Dadurch, dass die Kontakte eine größere Querschnittsfläche als die Leiterbahn haben, zeigen sie einen geringeren elektrischen Widerstand als die Leiterbahn 72c; sie werden daher bei Stromdurchfluss weniger stark als die Leiterbahn 72c erwärmt. Die Kontakte bewirken daher eine Absenkung der Temperatur, sodass eine elektrische Kontaktierung Leiterbahn 72c über die Kontakte 72d vereinfacht wird.

Die Leiterbahn 72c ist fest mit dem der Matrix 72a verbunden, indem auf die mit der Leiterbahn 72c versehene Oberfläche der Matrix 72a eine Deckschicht 72b aus Glas aufgebracht ist. Die Deckschicht 72b ist aus einem Glas gefertigt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient in einem Bereich zwischen dem

Wärmeausdehnungskoeffizienten der Matrix 72a und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Leiterbahn 72c liegt. Die Deckschicht 72b weist eine mittlere Schichtdicke von 1 ,8 mm auf. Die Deckschicht 72b bedeckt den gesamten Heizbereich des Strahler-Formkörpers 72. Sie bedeckt die Leiterbahn 72c vollständig und schirmt somit die Leiterbahn 72c vor chemischen oder mechanischen Einflüssen aus der Umgebung ab.

Auf die Deckschicht 72b ist eine Reflektorschicht 73 aus Gold mit einer Schichtdicke von 60 pm aufgebracht. Die Reflektorschicht 73 ist mit einer emissiven Schicht 74 mit einer Schichtdicke von 100 pm beschichtet; sie besteht aus derselben Thermofarbe, wie sie in der Beschreibung der Ausführungsform von Figur 1 erwähnt ist.

Die Abstrahlfläche des Infrarotstrahlers 71 ist mit der Bezugsziffer 75 gekennzeichnet.