[发明专利]用于生产碳素红外线加热器的碳带的方法、用于生产碳素红外线加热器的方法和碳素红外线加热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产一种碳素红外线加热器中使用的沿纵 轴绞合的碳带的方法。

此外，本发明涉及一种用于生产碳素红外线加热器的方法，所 述方法包含制备石英玻璃制包封管，沿纵轴绞合的碳带插入在所述包 封管中，且所述碳带两端提供有电气终端，所述电气终端从所述包封 管中引出。

另外，本发明涉及一种带有石英玻璃制包封管的碳素红外线发 射器，所述包封管中布置了含有碳纤维的碳带，所述碳带沿纵轴绞合 且两端提供有电气终端，所述电气终端从所述包封管中引出。

背景技术

带有碳纤维制加热元件的红外线发射器具有反应速率快的特 点，因此能够提供极快的温度变化。从DE 198 39 457 A1中已知一 种用于生产绕成螺旋形的碳带的方法，这种碳带可用在红外线发射器 中。为此，要使用将碳纤维嵌入到热塑塑料埋封胶中的带状材料。将 起始材料加热到软化温度后，埋封胶会软化，这样带状材料就会以螺 旋形绕在心轴上。经过碳化，埋封胶转化为碳。这样，螺旋形碳带就 会定形，以防止其日后在红外线发射器中作为加热元件正常使用时发 生塑性变形。

该已知方法可使用碳带生产螺旋形加热元件。由于生产出的加 热元件呈螺旋形，所以与等长的圆柱体细长加热元件相比，螺旋形加 热元件的表面积要大得多，因此(在相同温度下)可产生更高的辐射 功率输出。

EP 1 619 931 A1中介绍了一种红外线发射器，其中加热元件的 形状为绞合碳丝。在绞合丝的生产方面，根据揭示的内容，该绞合丝 是通过压制层层相叠并刚性连接的多张碳膜而生产出的。此外，可推 断为了生产绞合丝两端的电气终端需要提供薄金属网，用于在压制过 程中嵌入碳膜层之间。据称这样可在电气终端与碳丝之间形成安全连 接。

但关于如何通过简单压制由碳膜制成的层来生产碳膜与金属网 之间的细长带或机械结合连接形式的固体却未得到解释。另外，由于 发射器在运作时会产生热量，所以嵌入的金属网在与碳丝中的碳接触 过程中会有碳化的风险。该碳化会导致晶格改变，且金属中形成碳化 物，使得硬度、强度和热膨胀系数发生变化，尤其会使导电性降低。 导电性降低会导致运作时生成更多热量，从而加速向碳化物的转化。

从EP 0 881 858 B1中可知一种与加热发射器的碳带接触的合 适方法。其中介绍了如何生产带有用细长带制成的丝的碳素红外线加 热器，可以通过纤维强化的单向热塑塑料的加热过程实现生产。为进 行接触，带的两端提供了粘合厚部分，由钼片制的弹簧固定并支撑。

发明内容

本发明是基于提供带有沿纵轴绞合的碳带的碳素红外线加热器 这一目标，该加热器的特点在于辐射性能持久，使用寿命长。

另外，本发明还基于指定此类碳素红外线加热器的生产方法以 及绞合碳带的可重现生产方法这一目标。

在碳带的生产方法方面，要实现相应目标，首先可使用上述类 型的方法：在该方法中，向纤维处理装置中输送碳纤维，且将其制成 带状预型件，该预型件具有中心线及其两侧的边缘。纤维处理装置会 提供一个纤维长度用于使靠近中心线的区域成形，该纤维长度的平均 值小于用于使靠近边缘的区域成形的纤维长度的平均值，随后预型件 经进一步处理形成碳带。

对带进行绞合时需考虑几何条件，根据几何条件，绞合结构(如 螺旋线)的边缘长度大于中心长度。平展碳带是由基本无法进行塑性 变形的脆弹性材料制成的部件。由于存在此几何条件，平展碳带完全 无法进行绞合，或者至少在不施加较大弹性应力的情况下无法进行绞 合。

DE 198 39 457 A1中的已知方法允许含有碳纤维的材料进行塑 性变形。因此，基于此流程，对于将碳纤维嵌入到由热塑材料制成的 基体中的平展带状起始材料，可通过软化基体来使其塑性变形，从而 使其形成绞合带结构。但是，由于存在上述几何条件，因此会发生带 边缘区域拉伸以及从带中心到边缘厚度变薄的情况。这有可能造成产 出次品，从带中心到边缘厚度变薄，甚至会导致从边缘开始产生裂缝。

为避免出现上述缺陷，根据本发明，首先使用纤维制成预型件。 该预型件已具有绞合结构，或已具有足够的绞合，这样之后无需更多 机械负载即可实现绞合。下文也将该特性称为“预绞合”。