Bezeichnung:

Reflektoranordnung und Halogenstrahler-Heizsystem Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Reflektoranordnung eines Halogenstrahler-Heizsystems, das eine Mehrzahl von langgestreckten, in einer Gruppe parallel zueinander angeordneten Halogenstrahlern umfasst und bei dem die Strahlung durch einen auf einer Seite der Strahlergruppe angeordneten metallischen Reflektor zur anderen Seite der Strahlergruppe reflektiert wird. Sie betrifft des Weiteren ein

Halogenstrahler-Heizsystem, welches eine derartige Reflektoranordnung aufweist.

Stand der Technik

In der thermischen Prozesstechnik werden vielfach NIR bzw. Infrarot Heizsysteme eingesetzt. Bei diesen Systemen werden langestreckte Halogenstrahler verwendet, von denen bestimmte Ausführungen an den Enden bzw. Kontaktstellen um 90° gewinkelt sind, um dadurch die thermische Belastung an den Kontaktstellen zu reduzieren. Die Halogenlampen sind i.d.R. parallel angeordnet und weisen mitunter eine relativ hohe Leistung auf. Um die ausgestrahlte Leistung in eine Richtung zu fokussieren, werden i.d.R. hinter den Lampen Reflektoren eingesetzt, die die Strahlung nach vorne bündeln. Diese Reflektoren weisen auch in vielen Fällen eine spezielle geometrische Form auf, um die Strahlung in einer bestimmten Form zu bündeln. Diese Strahlermodule sind auch in vielen Fällen groß, d.h. es werden sehr viele Strahler, nicht selten mehr als 50 Stück, nebeneinander angeordnet. Diese Strahlermodule haben, abhängig von der Strahlerdichte und Strahlerleistung, eine hohe Leistung

Diese Strahlungsintensität trifft mit der Hälfte der Leistung auch auf die

Reflektoren auf, die deshalb i.d.R. aus poliertem Metall bestehen und somit für die Strahlung eine hohe Reflexion aufweisen. Die Strahlungssysteme werden häufig in rauen industriellen Umgebungen eingesetzt und verschmutzen daher sehr schnell. Dies wiederum reduziert den Reflexionsgrad und somit den Wirkungsgrad des Strahlungssystems erheblich. Zudem unterliegt dadurch der Reflektor einer hohen thermischen Belastung und muss zum Betrieb i.d. R. mit Wasser oder Luft aktiv gekühlt werden, um eine Zerstörung zu vermeiden. Um diese Strahlermodule zu warten, muss der Reflektor häufig geputzt und poliert werden, um den

Reflexionsgrad wieder zu erhöhen. Dies ist sehr aufwendig, da typischerweise alle Halogenlampen ausgebaut werden müssen und anschließend die

Reflektoroberfläche aufwendig aufbereitet werden muss.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte

Reflektoranordnung bereitzustellen, die insbesondere höheren Gebrauchswert im Dauerbetrieb hat und zugleich relativ leicht zu betreiben und zu warten ist.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Reflektoranordnung mit den Merkmalen des

Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es wird des Weiteren ein Halogenstrahler-Heizsystem mit einer

Reflektoranordnung der vorgeschlagenen Art bereitgestellt.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die im Betrieb auftretenden Probleme bei kommerziell verfügbaren Halogenstrahler-Heizsystemen zu lösen sind, wenn durch eine geeignete geometrische Anordnung einerseits eine gute Kühlung der Reflektoren sichergestellt und andererseits eine leichte Auswechslung bzw. ein einfaches Entnehmen und Wiedereinsetzen nach einer Reinigung ermöglicht wird. Sie schließt weiter die Überlegung ein, diese als widersprüchlich erscheinenden Anforderungen dadurch zu erfüllen, dass die Reflektoranordnung mehrteilig aufgebaut ist, und zwar derart, dass im Betrieb eine gute Wärmeleitung zwischen den verschiedenen Teilen und zu einer Wärmesenke (Luft- oder

Wasserkühlung) besteht, während außerhalb des Betriebszustandes„Spiel" zwischen den Komponenten vorhanden ist. Dieses Spiel soll nach den Überlegungen des Erfinders derart sein, dass der von der Strahlung unmittelbar beaufschlagte Teil der Reflektoranordnung (der zugleich der verschmutzungsempfindliche Teil ist) leicht aus der Anordnung entnommen werden kann.

Diese Überlegungen münden schließlich in dem Konzept, dass die

Reflektoranordnung einen konkaven wasser- oder luftgekühlten Reflektorträger mit Führungsleisten und ein in den Reflektorträger auswechselbar eingesetztes Wechselreflektorelement umfasst, wobei der Reflektorträger und das

Wechselreflektorelement derart ausgebildet sind, dass im Betriebszustand durch die Erwärmung des Wechselreflektorelements und die resultierende Ausdehnung und Ausdehnungsbehinderung durch die Führungsleisten ein Formschluss und Wärmeleitungskontakt mit dem konkaven Reflektorträger entsteht, wodurch Wärme vom Wechselreflektorelement in den Reflektorträger abgeleitet wird, wogegen im ausgeschalteten Zustand kein Formschluss besteht und das

Wechselreflektorelement schnell auswechselbar ist. Mit dem Begriff

„Führungsleiste" werden hier auch nut- oder falzartige Ausformungen im

Reflektorträger bezeichnet, die eine Führung für den Rand eines eingesetzten Wechselreflektorelementes darstellen .

Mit anderen Worten: Die Erfindung beschreibt eine neue Art von

Wechselreflektoren, die einen schnellen Austausch von Reflektoreinsätzen ermöglicht, ohne die Kühlwirkung der integrierten Reflektorkühlung zu reduzieren. Der Austausch dieses Reflektoreinsatzes kann zudem ohne Ausbau der

Halogenlampen erfolgen. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass erst die Erwärmung des Reflektoreinsatzes und die damit verbundene thermische

Ausdehnung zu einem Formschluss mit einem luft- oder wassergekühlten

Reflektorträger führt. Im kalten Zustand gibt es hingegen Spiel zwischen

Reflektorträger und -einsatz.

In einer Ausführung ist das Wechselreflektorelement als Reflektorblech

ausgebildet, das insbesondere eine Dickie zwischen 0,2mm und 2mm, insbesondere zwischen 0,5mm und 1 mm, hat. Spezieller ist das Wechselreflektorelement als federelastisches Reflektorblech, insbesondere aus federelastischem Aluminium oder Edelstahl, ausgebildet.

Die leichte Auswechselbarkeit ist insbesondere in einer Ausführung gegeben, bei der der Reflektorträger und das eingesetzte Wechselreflektorelement jeweils zu einer Spiegelebene spiegelsymmetrisch konkav ausgebildet sind, auf der eine Längsachse der langgestreckten Halogenstrahler senkrecht steht, und die

Führungsleisten des Reflektorträgers parallel zur Spiegelebene verlaufen. Das in den Reflektorträger eingesetzte Wechselreflektorelement (oder mehrere

Wechselreflektorelemente) wird/werden dann senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Halogenstrahler unter diesen hervorgezogen, und die neuen oder gereinigten Wechselreflektorelemente werden in entgegengesetzter Richtung wieder eingeschoben.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Reflektorträger derart ausgebildet ist, dass er mehrere Reflektorbleche aufnimmt, die insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Längsachse der Halogenstrahler aneinandergefügt sind.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst der Reflektorträger

Fixierungsstäbe die in die Führungsleisten derart einschiebbar sind, dass sie die dort benachbarte Kante des Wechselreflektorelementes in der Führungsleiste festklemmen.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Reflektorträger einen gekühlten

Primärträger mit einer konkaven Oberfläche und einen mit einer konvexen

Oberfläche in die konkave Oberfläche des Primärträgers passenden ungekühlten Sekundärträger auf, der seinerseits mindestens eine konkave Oberfläche und Führungsleisten hat, in die das oder ein Wechselreflektorelement derart einfügbar ist, dass Wärme vom Wechselreflektorelement in den Reflektorträger abgeleitet wird, wogegen im ausgeschalteten Zustand kein Formschluss besteht und das Wechselreflektorelement schnell auswechselbar ist. Speziell kann vorgesehen sein, dass der Primärträger erste Führungsleisten zum Halten des Sekundärträgers und der Sekundärträger zweite Führungsleisten zum Halten des oder jedes

Wechselreflektorelementes aufweist. In einer weiteren Ausgestaltung weist der Sekundärträger mehrere in Richtung senkrecht zur Längsachse der Halogenstrahler nebeneinander angeordnete konkave Oberflächen auf, in die jeweils ein

Wechselreflektorelement eingefügt ist.

In einer Ausführung des Halogenstrahler-Heizsystems weisen die Halogenstrahler zur Erzeugung von Strahlung im Bereich des nahen Infrarot ein Intensitätsmaximum zwischen 0,8 mm und 2 mm auf. In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass in das Halogenstrahler-Heizsystem Halogenstrahler eingesetzt sind und welches eine geometrische Konfiguration aufweist, durch die eine Strahlungsdichte im Bereich zwischen 10kW/m2 und 1000kW/m2, insbesondere im Bereich zwischen 50kW/m2 und 250kW/m2, auf der Öffnungsfläche der Reflektoranordnung erzeugt wird.

In einer bewährten Ausführung des Halogenstrahler-Heizsystems haben die Halogenstrahler abgewinkelte bzw. umgebogene Enden, und sie sind in Fassungen gehaltert, die beidseits außerhalb der Seitenkanten der Reflektoranordnung angeordnet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Von diesen zeigen: Fig. 1A und 1 B skizzenartige Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, als Schnittdarstellung in einer Ebene parallel zur Längsachse der Halogenstrahler, und

Fig. 2 eine entsprechende skizzenartige Darstellung einer weiteren Ausführung der Erfindung.

Fig. 1A und 1 B zeigen ein Halogenstrahler-Heizsystem (IR/NIR- Strahlermodul), das eine Mehrzahl von langgestreckten Halogenstrahlern 5 als Strahlergruppe in einer Parallel-Anordnung (senkrecht zur Zeichnungsebene) umfasst, in zwei

Betriebszuständen. Fig. 1A zeigt den ausgeschalteten (kalten) Zustand, während Fig. 1 B den Betriebszustand (heißen Zustand) zeigt.

Das IR/NIR Strahlermodul besitzt einen gekühlten Reflektorträger 1 ,3, der eine konkave Oberfläche und zusätzliche Führungsleisten 8 zur Reflektorblechaufnahme hat. Als Reflektormaterial 2 wird vorzugsweise ein poliertes Aluminiumblech verwendet welches gegebenenfalls zur Reflexionsverbesserung eine oder mehrere Beschichtungen aus Aluminium, Silber oder Gold besitzt, welches u.U. zusätzlich mit einer Silikatschicht geschützt wird. Solche Materialien sind handelsüblich im Fachhandel zu beziehen und werden auch vielfach in der Beleuchtungstechnik eingesetzt. Der Reflektoreinsatz 2 ist geometrisch so ausgebildet, dass er sich im kalten Zustand einfach in die Führungsleisten einbringen lässt, evtl. unter Erzeugung einer leichten Vorspannung in Richtung des konkaven Reflektorträgers. Es besteht zu diesem Zeitpunkt noch kein Formschluss 4, und das Reflektorblech 2 ist dadurch auch einfach wieder zu entfernen. Dies ist zum Austausch bzw. zur Wartung notwendig.

Wird nun das Strahlungssystem 6 eingeschaltet, erwärmt sich das Reflektorblech 2 aufgrund der geringen Masse sehr schnell und dehnt sich dabei aus. Der gekühlte Reflektorträger 1 ,3 erwärmt sich aufgrund der Masse und der Kühlung nicht oder nur wenig und bleibt deshalb formstabil. Die Ausdehnung des Reflektorbleches führt dadurch zu einem Formschluss 4 zwischen Reflektorblech 2 und

Reflektorträger 1 ,3 und dadurch wird nun auch das Reflektorblech 2 ausreichend gekühlt. Dieses ist jedoch kontinuierlich der Strahlung ausgesetzt, und dadurch bleibt dieser Formschluss und damit auch die Kühlwirkung während des Strahlung immer erhalten. Dieses Prinzip ist auch bei anderen Strahlungsquellen als

Halogenstrahler einsetzbar.

Es besteht eine Einschränkung in der Art, dass die Reflektorform (im allgemeinsten Sinne) konkav sein muss um einen Formschluss zu gewährleisten. Diese

Einschränkung kann aber dadurch kompensiert werden, dass mehrere

Reflektoreinsätze verwendet werden, die somit eine einhüllende Geometrie bilden.

Eine andere Ausführungsart, wie in Fig. 2 skizzenartig gezeigt, ist durch einen Aufbau„Form in Form" gegeben. Hierbei gibt es einen gekühlten Primärträger 1 , 3 und einen ungekühlten Sekundärträger 7. Die Reflektorbleche werden wie oben beschrieben in diesen ungekühlten Träger 7 eingesetzt. Vorzugsweise werden in diesem Falle mehrere Reflektorbleche 2 verwendet, die eine gewollte

Abbildungsgeometrie erzeugen. Die Rückseite dieses ungekühlten Trägers 7 ist konvex ausgeführt und wird in den konkav ausgeführten wassergekühlten Träger 1 ,3 eingesetzt. Auch hier existiert im kalten Zustand kein Formschluss. Dadurch ist der Wechsel dieses ungekühlten Trägers 7 mit den eingesetzten Reflektorblechen einfach möglich. Bei dieser Bauart bietet sich noch ein zusätzlicher (nicht gezeigter) Fixierungsstab an, der im kalten Zustand zwischen der Führungsleiste 8 des wasser- oder luftgekühlten Reflektorträgers 1 ,3 und dem Gegenprofil des ungekühlten Reflektorträgers 7 eingesetzt werden kann. Dadurch wird eine bessere Fixierung auch im kalten Zustand erreicht. Wird das Strahlermodul eingeschaltet, so erwärmen sich zuerst die Reflektorbleche 2 und erzeugen einen Formschluss 4 mit dem ungekühlten Reflektorträger, der sich aufgrund der höheren Masse und der nicht direkten Bestrahlung nur langsam erwärmt. Ist der Formschluss mit den Reflektorblechen 2 erfolgt, so erwärmt sich der ungekühlte Reflektor 7 schneller und dehnt sich dadurch ebenfalls aus. Dies wiederum führt zu einem Formschluss mit dem wasser- oder luftgekühlten

Reflektorträger 1 ,3 und somit zu einer effektiven Kühlung des gesamten

Reflektoraufbaus.

Im kalten Zuständ ist der Wechsel schnell, kostengünstig und ohne den Ausbau der Lampen möglich.

Bezugszeichen liste:

1 Gekühlter Reflektorträger

2 Reflektorblech

3 Luft- oder Wasserkühlung

4 Formschluss zwischen Reflektor und Träger

5 Halogenstrahler

6 Wärmestrahlung der Halogenlampen

7 Ungekühlter Reflekorträger

8 Führungsleiste

Die Erfindung hat, mindestens in zweckmäßigen Ausführungen, im Übrigen folgende Aspekte:

1. Es handelt sich um ein Verfahren und Anordnung für ein

Wechselreflektorkonzept für halogenstrahlerbasierte Heizsysteme, wobei die Strahlung von mehreren parallel angeordneten Halogenstrahlern, deren Strahlung rückseitig von einem metallischen, reflektierenden Reflektor nach vorne reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass

der Wechselreflektor von einem konkaven wasser- oder luftgekühlten

Reflektorträger aufgenommen wird, derart, dass durch die Erwärmung des

Reflektors und die resultierende Ausdehnung und Ausdehnungsbehinderung durch Führungsleisten am Reflektorträger ein Formschluss mit dem konkaven Reflektorträger entsteht, der in der Folge die Kontaktkühlung des Reflektorträgers erzeugt, jedoch einen Schnellwechsel im Kaltzustand ermöglicht.

2. Der Reflektorträger ist derart ausgeführt, dass er mehrere Reflektorbleche nebeneinander aufnehmen kann.

3. Neben dem gekühlten Reflektorträger ist ein weiterer ungekühlter Reflektorträger vorhanden, der die Reflektorbleche aufnimmt, bei Erwärmung einen Formschluss mit dem Reflektorblech eingeht, in der Folge dadurch erwärmt wird, sich ausdehnt und wiederum in der Folge einen Formschluss mit dem konkaven gekühlten Träger erzeugt und dadurch gekühlt wird.

4. Das Reflektorblech hat eine Dicke zwischen 0,2 mm und 2 mm,

vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1 mm.

5. Der ungekühlte Reflektorträger kann mehrere Reflektorbleche aufnehmen, die derart angeordnet sind, dass die reflektierte Strahlung eine gewünschte und gerichtete Strahlungsverteilung erzeugt.

6. Die Reflektorblechanordnung ist parallel zu den Strahlern ausgerichtet, und dadurch wird eine bessere Ausrichtung der resultierenden, reflektierten Strahlung ermöglicht.

7. Die verwendeten Halogenstrahler haben ein Strahlungsmaximum zwischen 0,8 μιτι und 2 [im.

8. Das Strahlungsmodul nimmt eine Vielzahl von Strahlern auf und die Reflektorblechlänge weisen bis zu mehr als 1 m auf.

9. Die Reflexionsfläche setzen sich aus mehreren einzelnen Reflektorblechen zusammen.

10. Die eingesetzten Halogenstrahler weisen eine Strahlungsdichte zwischen 10 kW/m ² und 1000 kW/ m ² auf, vorzugsweise eine Strahlungsdichte zwischen 50kW/m ² und 250 kW/m ² .