EP0525458A1

EP0525458A1 - Brotröster-Isolierrohrheizung

Info

Publication number: EP0525458A1
Application number: EP92111637A
Authority: EP
Inventors: Bernd Pfeiffer; Ahmet Dr. Firatli
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1991-07-13
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1993-02-03
Also published as: DE4123266A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brotröster-Isolierrohrheizung mit einem hitzebeständigen und weitgehend infrarotdurchlässigen Isolierrohr und einer Infrarotstrahlung abgebenden Heizwendel, die im Inneren des Isolierrohres angeordnet ist. Als Material für das Isolierrohr (1) wird eine Metalloxid-Keramik mit hoher Reduktionsbeständigkeit und einem ausgeprägt ionischen Charakter ihrer chemischen Bindungen verwendet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Brotröster-Isolierrohrheizung mit einem hitzebeständigen und elektrisch isolierenden Isolierrohr und einer Heizwendel, die im Inneren des Isolierrohres angeordnet ist.
Es sind Brotröster bekannt, deren Heizelement aus einem aus Quarz bestehenden Isolierrohr besteht, in dem die Heizwendel innen eingezogen ist und durch Stromdurchfluß erwärmt wird. Dabei beginnt die Heizwendel zu glühen und Infrarotstrahlung abzugeben, deren maximale Intensität im Wellenlängenbereich von einigen um liegt, einer Wellenlänge im Bereich derer sowohl einige Absorptionsmaxima von Wasser liegen als auch herkömmliches trockenes Röstgut Infrarotstrahlung weitgehend absorbiert und die demzufolge zum Rösten von feuchtem und trockenem Röstgut geeignet ist. Aufgrund der guten Durchlässigkeit von Quarz für Infrarotstrahlen dieses Wellenlängenbereichs können diese weitgehend durch das Isolierrohr austreten und zur Röstung eines Röstguts verwendet werden.
Vom Isolierrohr noch absorbierte Infrarotstrahlung führt zur Erwärmung desselben, wodurch dieses dann als zweiter Infrarotstrahler wirkt, dessen Temperatur aber aufgrund der im Vergleich zur Heizwendel wesentlich größeren Masse wesentlich niedriger liegt als die der Heizwendel. Die vom Isolierrohr abgegebene Infrarotstrahlung ist daher für das Rösten eines Röstgutes kaum verwendbar, da ein wirksames Rösten von Röstgut nur mit Infrarotstrahlung möglich ist, die von einem Strahler im Temperaturbereich von etwa 600 ° 1000° C abgegeben wird, eine Temperatur, die vom Isolierrohr niemals erreicht wird. Es ist daher von großer Bedeutung, daß das Isolierrohr die beim Röstprozeß wirksame Infrarotstrahlung möglichst wenig absorbiert.
Ein derartiges aus Quarz bestehendes Isolierrohr ist beispielsweise aus der DE-OS 39 03 961 bekannt.
Befindet sich ein aus Quarz bestehendes Isolierrohr auf Betriebstemperatur und fallen Krümel des Röstgutes auf die Oberfläche, treten aber chemische Reaktionen (Oxidation von Kohlenstoff) ein, die zu Erosionserscheinungen der Quarzoberfläche führen. Die Folgen sind Veränderungen in Form von Flecken auf der Isolierrohr-Oberfläche, die die Transmissions- und Wärmestrahlungseigenschaften des Isolierrohrs behindern. Ebenso sind im Röstgut Salze enthalten, die die Erosionserscheinungen der Isolierrohr-Oberfläche nachteilig unterstützen. Längerfristig ist mit der Zerstörung des Isolierrohres zu rechnen, da es aufgrund der unterschiedlichen Wärmeverteilungen zu inneren Spannungen kommt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brotröster-Isolierrohrheizung zu schaffen, deren Isolierrohr neben einer hohen Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung auch eine ausreichende chemische Beständigkeit aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung einer Metalloxid-Keramik als Werkstoff für das Isolierrohr ergibt sich zunächst einmal der Vorteil, daß diese im interessierenden Wellenlängenbereich von einigen um für die Infrarotstrahlung eine noch höhere Durchlässigkeit als der üblicherweise verwendete Quarz aufweist. Ein weiterer Vorteil von Metalloxid-Keramiken gegenüber anderen in Bezug auf Infrarotstrahlung vergleichbar gut durchlässige Keramiken, wie beispielsweise solche auf Halogenidbasis, wie beispielsweise Lithiumfluorid (LiF), Calciumdifluorid (CaF₂) oder Natriumfluorid (NaF) besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Keramiken unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und mechanisch recht fest sind.
Durch die Verwendung von Metalloxid-Keramiken mit hoher Reduktionsbeständigkeit wird erreicht, daß das Isolierrohr praktisch unempfindlich gegen Erosionserscheinungen ist, die von vom Röstgut ausgehende Kohlenstoff-Partikel oder Salzen ausgehen, da es praktisch nicht zu einer Oxidation dieser Stoffe bei Berührung mit dem heißen Isolierrohr kommt. Die gesamte Brotröster-Isolierrohrheizung weist damit eine wesentlich höhere Lebensdauer auf, als dies bei den bekannten Quarz-Isolierrohren der Fall war. Durch den ausgeprägt ionischen Charakter der ausgewählten Keramiken wird eine hohe Transparenz für Infrarotstrahlung im allgemeinen erreicht, da anders als bei Keramiken mit Bindungen mit ausgeprägt metallischem oder kovalentem Charakter keine freien oder quasi freien Elektronen vorhanden sind, deren Existenz zu einer Schwächung von eindringender Infrarotstrahlung führt.
Wählt man gemäß Anspruch 2 als Werkstoff für das Isolierrohr Keramiken aus, die überwiegend Aluminiumoxid (A1₂0₃) oder Magnesiumoxid (MgO) enthalten, so wird eine besonders gute Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung im Interessierenden Wellenlängenbereich von einigen um erzielt. Dasselbe gilt für die Reduktionsbeständigkeit, wobei in beiden Fällen Magnesiumoxid noch bessere Materialeigenschaften aufweist als Aluminiumoxid.
Neben dem überwiegenden Anteil an Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid kann der Restanteil des Isolierrohrmaterials nach wie vor aus Quarz (Si0₂) bestehen, wobei dessen Reduktionsbeständigkeit aber durch den überwiegenden Anteil an den beiden vorgenannten Materialen erheblich höher ist.
Wählt man gemäß Anspruch 3 Steatit C 221 als Werkstoff, so erhält man zwar lediglich ein Isolierrohr mit nur recht befriedigenden Eigenschaften in Bezug auf Infrarotdurchlässigkeit und Reduktionsfestigkeit. Aufgrund der Tatsache, daß es sich bei Steatit C 221 um ein in der Elektrotechnik häufig als Isolierstoff verwendetes Standard-Material handelt, erhält man aber eine äußerst preiswerte Brotröster-Isolierrohrheizung.
Wählt man gemäß Anspruch 4 als Werkstoff für das Isolierrohr eine Keramik auf der Basis von Magnesium/Aluminium-Silikat, so erhält man neben den grundsätzlichen Vorteilen der guten Infrarotdurchlässigkeit und erhöhten Reduktionsbeständigkeit darüber hinaus auch ein Isolierrohr mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten (etwa 3 x 10-⁶ I/K), so daß dieses unempfindlich gegen schnelle Temperaturwechsel (sogenannte Thermoschocks) ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Quarzrohr.

Fig. 1 zeigt eine Brotröster-Isolierrohrheizung, die aus einem Isolierrohr 1 besteht, das im Inneren eine durchgehende Längsbohrung 3 aufweist. In der Längsbohrung 3 wird eine Heizwendel 2 (gestrichelt dargestellt) angeordnet. Die Heizwendel 2 wird dabei von einem solchen Strom durchflossen, daß sie sich so weit erwärmt, daß die von ihr abgegebene Infrarotstrahlung ihr Intensitätsmaximum im Bereich einer Wellenlänge von einigen um aufweist.
Aufgrund der im folgenden beschriebenen Materialauswahl für das Isolierrohr 1 durchdringt ein großer Anteil der von der Heizwendel 2 abgegebenen Infrarotstrahlung das Isolierrohr 1 und wird dann zum Rösten eines auch Wasser enthaltenden Röstguts verwendet. Der vom Isolierrohr 1 absorbierte Anteil der von der Heizwendel 2 abgegebenen Infrarotstrahlung führt zur Erwärmung des Isolierrohrs 1, dessen Temperatur aber aufgrund seiner relativ großen Masse und des verhältnismäßig geringen Anteils an absorbierter Infrarotstrahlung weit unterhalb der Temperatur der Heizwendel 2 liegt. Die vom Isolierrohr 1 selbst abgegebene Infrarotstrahlung trägt daher zum Rösten eines Röstguts fast nichts bei.
Erfindungsgemäß besteht das Isolierrohr 1 nicht aus einem Quarzrohr. Als Material für das Isolierrohr 1 wird vielmehr eine Keramik gewählt, die entweder überwiegend aus Aluminiumoxid (A1₂0₃) oder überwiegend aus Magnesiumoxid (MgO) besteht. Das Isolierrohr 1 kann aber auch aus einer Keramik auf der Basis von Magnesium- Aluminium-Silikat bestehen. Eine weitere Möglichkeit für die Materialauswahl für das Isolierrohr 1 besteht darum eine Keramik zu verwenden, die überwiegend aus Steatit, vorzugsweise Steatit C 221 (vgl. DIN VDE 0335, Teil 3, Tabelle 1, Keramische Isolierstoffe), bestehen. Alle genannten Materialien weisen aufgrund ihrer hohen Reduktionsbeständigkeit und des ausgeprägt ionischen Charakters ihrer chemischen Bindungen bei sogar noch besserer Infrarotdurchlässigkeit im interessierenden Wellenlängenbereich von einigen um eine wesentlich höhere chemische Beständigkeit gegen vom Röstgut stammende Kohlenstoff-Partikel oder Salze als Quarz auf.

Claims

1. Brotröster-Isolierrohrheizung mit einem hitzebeständigen und weitgehend infrarotdurchlässigen Isolierrohr und einer Infrarotstrahlung abgebenden Heizwendel, die im Inneren des Isolierrohres angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für das Isolierrohr (1) eine Metalloxid-Keramik mit hoher Reduktionsbeständigkeit und einem ausgeprägt ionischen Charakter ihrer chemischen Bindungen verwendet wird.

2. Brotröster-Isolierrohrheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (1) überwiegend aus Aluminiumoxid (A1₂0₃) oder überwiegend aus Magnesiumoxid (MgO) besteht.

3. Brotröster-Isolierrohrheizung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (1) aus Steatit C 221 (Mg₃-(OH)2 [Si₄ 0₁o ]) besteht.

4. Brotröster-Isolierrohrheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (1) aus einer Keramik auf der Basis von Magnesium-Aluminium-Silikat besteht.