Infrarotkabine kaufen: Auf die Strahler kommt es an!

Beim Kauf einer Infrarotkabine ist die Leistung des Strahlers ein zentrales Kriterium. Je nachdem, welche Infrarotstrahlen er emittiert, erzeugt er die gewünschte Tiefenwärme oder nicht. Was genau Tiefenwärme ist und wie Infrarot als therapeutische Anwendung funktioniert, finden Sie hier.

Oftmals lesen Sie in Katalogen und Webseiten Erklärungen, weshalb dieser oder jener Strahler besonders gut oder schlecht ist. Wir haben festgestellt, dass diese Informationen oft unvollständig sind – und teilweise auch schlicht falsch. Man liest immer wieder von bestimmten Materialien (z. B. Lavasand oder Keramik) und Bauformen (Flächenstrahler oder Röhrenstrahler). Manchmal lesen Sie auch gerade das Gegenteil, weshalb eine bestimmte Bauform schlecht ist. Damit Sie beim Kauf einer Infrarotkabine einen besseren Durchblick bekommen, zeigen wir Ihnen die Unterschiede genau auf.

So funktioniert ein Infrarotstrahler

Bei den angebotenen Infrarotkabinen gibt es jeweils zwei unterschiedliche Strahlertypen: einmal den Flächenstrahler und einmal den Röhrenstrahler (s. Abbildung oben). Die Funktionsweise beider Strahler ist dieselbe. Damit Sie die Zusammenhänge besser verstehen, erklären wir Ihnen zuerst anhand eines Röhrenstrahlers, wie ein Infrarotstrahler funktioniert.

Wie bei jedem elektrisch betriebenen Gerät muss an einem Punkt Strom hinein- und an einem anderen Punkt Strom wieder hinausfliessen. So hat jedes Haushaltsgerät mindestens zwei Pole am Stecker – einen Stromeingang und einen Stromausgang. Das ist auch bei Infrarotstrahlern der Fall: Der Strom fliesst auf einer Seite in den Strahler hinein und auf der anderen Seite wieder heraus.

Beim Röhrenstrahler fliesst der Strom durch einen Heizwendel, auch Heizwiderstand genannt. Dieser erhitzt sich durch das Stromwärmegesetz (Erstes Joulesches Gesetz). Das Prinzip der Widerstandsheizung kommt in vielen Fällen zur Anwendung – z. B. bei Elektroherden, Lötkolben, Tauchsiedern, Heizlüftern, Wäschetrocknern, Toastern, Heckscheibenheizungen oder Haarföhns. Der Heizwendel kann aber nicht frei liegen. Deshalb liegt er in einem isolierenden Formteil – beim Röhrenstrahler in einer Röhre. Auf diese überträgt er dann die Wärme.

In Infrarotkabinen ist die Strahlung immer nur in eine Richtung gewünscht – in die des Benutzers. Da aber eine Röhre einen 360-Grad-Abstrahlwinkel hat, braucht es auf der einen Seite einen zusätzlichen Reflektor, der die Strahlung in die gewünschte Richtung leitet.

Aus welchen Materialien besteht ein Infrarotstrahler?

Im Innern aller Infrarotstrahler verläuft ein Heizwiderstand. Das Drumherum lässt sich in drei Arten aufteilen:

Strahler ohne Wärmespeicher
Diese Strahler sind heute kaum noch zu finden. Früher bauten die Hersteller einen Röhrenstrahler aus zwei Röhren, einer inneren und einer äusseren. Dazwischen lag der Heizwendel. Die innere Röhre hatte die Funktion, den Wendel zu stabilisieren, ihn also zentriert innerhalb der äusseren Röhre zu halten. Dieser Typ Strahler hatte den Nachteil, dass er die Wärme schlecht speicherte. Sobald die Infrarotkabine die gewünschte Temperatur erreicht hatte, wurde die Stromzufuhr in den Strahler unterbrochen. Der Strahler wurde also schnell kalt.

Strahler mit Wärmespeicher
Dieser Strahlertyp ist der heutige «klassische» Röhrenstrahler. Sein Aufbau ist dem Strahler ohne Wärmespeicher sehr ähnlich, allerdings umschliesst den Heizwendel eine feinkörnige Masse. Diese hat zwei Funktionen: Erstens überträgt sie die Wärme des Wendels an die Aussenhülle des Strahlers. Zweitens speichert sie die Wärme. Das ist ein grosser Vorteil gegenüber dem alten System. Wenn die Temperatur erreicht ist und der Strahler keinen Strom mehr hat, kühlt er viel weniger schnell ab und emittiert nach wie vor «brauchbare» Infrarotstrahlung.

Strahler aus Glas
Der dritte auf dem Markt erhältliche Röhrenstrahler besteht auch aus dem nun bekannten Heizwendel. Dieser ist aber, ähnlich dem Glühwendel einer Glühlampe oder dem eines Halogenstabs, in ein mit einem Gasgemisch gefülltes Glas eingefasst. Weil das «Innenleben», also der Wendel, bei diesem Strahler sichtbar ist, leuchtet der Strahler rot. Diese Strahler tragen auch Namen wie «Vollspektrumstrahler», «ABC-Strahler», «Vitae-Strahler» oder ähnliches.

Welche Unterschiede gibt es zwischen einem Röhrenstrahler und einem Flächenstrahler?

Ein Flächenstrahler funktioniert im Prinzip genau gleich wie ein Röhrenstrahler. Auch dort fliesst Strom durch einen Draht hinein und wieder heraus. Allerdings erwärmt der Draht keine Röhre, sondern eine grossflächige Platte, die in der Regel aus Karbon besteht. Diese Art Infrarotstrahler heisst deshalb auch «Karbonstrahler» oder eben «Flächenstrahler».

Wie sehen die Komponenten eines Infrarotstrahlers im Detail aus?

Gehen wir nun genauer auf die Bauteile eines Infrarotstrahlers ein. Welche Anforderungen müssen diese erfüllen?

• Heizwendel: Als Material kommen meist spezielle Heizleiterlegierungen oder Widerstandslegierungen aus Chrom-Eisen-Aluminium-Legierungen zum Einsatz, die einen über weite Temperaturbereiche annähernd konstanten spezifischen elektrischen Widerstand besitzen. Sie sollen zudem einen möglichst hohen Schmelzpunkt haben und resistent gegenüber Oxidation sein.
• «Füllung» des Strahlers: Zur Anwendung kommt hier eine feinkörnige Masse, die den Heizwendel einpackt. Zu solchen Massen zählen Lavasand, Quarzsand oder Magnesiumoxid. Sie sollen alle Hohlräume ausfüllen, nicht verhärten, eine gute Leitfähigkeit sowie einen hohen Schmelzpunkt haben. Vor allem sollen sie die Wärme gut speichern.
• Röhre: Die äussere Hülle des Strahlers hat insbesondere die Funktion, die vom Sand abgegebene Wärme möglichst ohne Verlust aufzunehmen und weiterzuleiten. Zudem soll sie natürlich gegen Hitze beständig sein, also sich nicht verformen oder kaputtgehen. Auch soll sie langlebig und möglichst unempfindlich gegenüber mechanischen Einflüssen sein (z. B. Stösse oder Umfallen). Die Röhre wird in verschiedenen Materialien gefertigt. Die gängigsten sind Keramik oder Incoloy^® (eine molybdänhaltige Superlegierung).

Welche Materialien sind denn nun die «besten» für einen Infrarotstrahler?

Die kurze Antwort lautet: Alle sind etwa gleich gut geeignet. Die Erklärung dazu: Die oben beschriebenen Anforderungen an die verschiedenen Komponenten eines Infrarotstrahlers sind mit allen gängigen Materialien gegeben. Oder anders gesagt: Kein Strahler ist aus einem ungeeigneten Material gefertigt (z. B. mit Kieselsteinen oder Mehl gefüllt). Natürlich gibt es Unterschiede. Aber diese sind zu gering, um genauer darauf einzugehen. Es ist also nicht so, dass die in Infrarotkabinen verwendeten Strahler nur wegen eines bestimmten Materials eine signifikant höhere oder tiefere Wirkung hätten.

Was definiert die Leistungsfähigkeit eines Infrarotstrahlers?

Eine Komponente ist das Material, wobei wie beschrieben nirgends komplett ungeeignetes Material zur Anwendung kommt. Bleiben noch drei andere Faktoren:

• die Leistung des Strahlers (Watt)
• die Grösse des Strahlers (Flächeninhalt)
• die Oberflächenbeschaffenheit des Strahlers (Emissionsgrad)

Schauen wir uns zuerst die beiden physikalischen Grössen «Leistung» und «Flächeninhalt» etwas genauer an:

• Die Leistung bezeichnet die in einer Zeitspanne umgesetzte Energie bezogen auf diese Zeitspanne. Ihre SI-Einheit ist Watt mit dem Einheitszeichen W.
• Der Flächeninhalt bezeichnet ein Mass für die Grösse einer zweidimensionalen Fläche oder einer Begrenzungsfläche eines dreidimensionalen Körpers. Im Beispiel unseres Röhrenstrahlers ist der Flächeninhalt also die Grösse der Strahleroberfläche in cm².

Diese beiden Grössen bestimmen wiederum die physikalische Grösse «Leistungsdichte». Sie bezeichnet in der Physik die Verteilung der Leistung auf eine bestimmte Grösse. Bei Transport- und Flussvorgängen – wie bei unserem Infrarotstrahler – spricht die Fachwelt genauer noch von «Flächenleistungsdichte» bzw. als allgemeine Grösse von «Intensität» oder «Strahlungsintensität».

Die Strahlungsintensität eines Infrarotstrahlers wird demnach durch seine Leistung (in Watt) bezogen auf seine Grösse (Strahleroberfläche in cm²) bestimmt. Oder stark vereinfacht gesagt: Je grösser der Strahler ist, desto weniger intensiv ist seine Strahlung, weil sich die Energie auf mehr Fläche verteilt. Oder umgekehrt: Je kleiner der Strahler, desto intensiver ist er, weil die Energie auf weniger Fläche gebündelt wird. Dieses Prinzip vom Verhältnis «Leistung zu Grösse» lässt sich auch im Alltag in vielen Fällen finden: Ob zum Beispiel die Bodenheizung in einem Zimmer mit 30 m² eine Leistung von 1, 100 oder 1000 Watt hat, beeinflusst die Raumtemperatur gewaltig.

Bleibt noch der letzte Faktor zum Klären übrig: der Emissionsgrad. Er hängt von der Oberflächenbeschaffenheit jedes Objekts ab. Hier ist der Begriff «Schwarzer Strahler» wichtig – auch als Schwarzer Körper, planckscher Strahler, idealer schwarzer Körper bezeichnet. Er dient in der Physik als Referenzobjekt, ist also nur eine theoretische Annahme und kein real existierender Körper. Ein schwarzer Strahler ist eine idealisierte thermische Strahlungsquelle, die jegliche auftreffende elektromagnetische Strahlung vollständig absorbiert, während reale Körper immer einen Teil davon zurückwerfen. Während er gleichzeitig sämtliche Strahlung aufnimmt, strahlt er selbst nur seine eigene Wärmestrahlung aus. Die Intensität und spektrale Verteilung seiner eigenen Strahlung ist dabei nur von seiner Temperatur abhängig und nicht von seiner Beschaffenheit oder seiner Oberfläche.

Etwas einfacher gesagt: Ein schwarzer Strahler nimmt jede Strahlung auf und sendet nur seine eigene Strahlung aus. Das Gegenteil wäre ein perfekter Spiegel, der jede Strahlung zu 100% reflektiert. Auch ein solcher ist jedoch nicht existent: Ein Spiegel absorbiert z. B. einen Teil der Wärmestrahlung.

In Referenz zu diesem theoretischen schwarzen Strahler lässt sich nun berechnen, wie hoch der Emissionsgrad eines Infrarotstrahlers bzw. jeden Objekts ist. Für die Berechnung vergleichen wir den Infrarotstrahler mit einem schwarzen Strahler, wobei wir annehmen, dass der schwarze Strahler die gleiche Temperatur hat. Die Differenz daraus ist der Emissionsgrad.

Was ist nun der entscheidende Unterschied (= das, was wir als Emissionsgrad bezeichnen) zwischen dem theoretischen schwarzen Strahler und dem real existierenden Objekt? Es ist der, dass – wie oben beschrieben beim schwarzen Strahler – die Intensität und spektrale Verteilung unabhängig von der Beschaffenheit und Oberfläche sind. Bei jedem realen Körper ist die Beschaffenheit aber ein wichtiger Faktor, der die Intensität mitbestimmt.

Stellen Sie sich dazu einen Spiegel vor, dessen Fläche zu 50% zerkratzt ist: Nur die intakte Hälfte reflektiert die Lichtwellen. Sie sehen Ihr Spiegelbild nur darin, nicht aber im zerkratzten Teil. In Bezug auf einen Infrarotstrahler hängt der Emissionsgrad demnach ab von:

1. den verwendeten Materialien und deren physikalischen Eigenschaften (z. B. Leitfähigkeit)
2. der Oberflächenstruktur des Strahlers

Wer es ganz genau wissen möchte: Unter diesem Link (externe Seite) finden Sie spannende Videos zu der Thematik.

Zusammenspiel sämtlicher Faktoren

Die nun bekannten drei Grössen Flächeninhalt, Leistung und Materialeigenschaften bestimmen sowohl die Kerntemperatur als auch die Oberflächentemperatur des Infrarotstrahlers. Grundsätzlich gilt: Je höher die Oberflächentemperatur eines Objekts ist, desto intensiver fällt auch seine Strahlung aus. Nehmen wir als Beispiel den menschlichen Körper. Angenommen, die Oberflächentemperatur Ihrer Hand beträgt 35 °C und Sie halten Ihre Hand im Abstand von einem Zentimeter an die Hand eines anderen Menschen: Dieser wird keine Strahlung spüren. Einfach deshalb, weil die Oberflächentemperatur Ihrer Hand zu tief ist, um eine intensiv spürbare Wärmestrahlung abzugeben. Als Gegenbeispiel können Sie sich ein Bügeleisen vorstellen: Die Temperatur der Bügelsohle beträgt auf der höchsten Stufe etwa 200 °C. Halten Sie Ihre Hand im Abstand von einem Zentimeter daran, werden Sie Wärme spüren.

Zwischenfazit: Nicht das Material spielt eine Rolle, sondern die Oberflächentemperatur

Aus welchem Material ein Infrarotstrahler besteht, ist (fast) nicht wichtig, zumal keine ungeeigneten Materialien zum Einsatz kommen. Die Intensität der Infrarotstrahlung hängt von der Oberflächentemperatur des Infrarotstrahlers ab. Die Oberflächentemperatur wiederum wird bestimmt durch die Leistung des Strahlers in Bezug auf seine Grösse (W/m²).

Verteilung der Infrarotstrahlen ebenfalls wichtig

Wir wissen nun, welche Faktoren die Intensität der Infrarotstrahlung bestimmen. Nun ist aber für die Wirkung der Strahlung auch entscheidend, wie sie sich verteilt. Die «beste» Strahlung nützt nichts, wenn sie entweder zu gebündelt ist, also punktuell und damit zu intensiv, oder in die falsche Richtung zielt. Das Ziel eines Infrarotstrahlers ist also, möglichst viel der abgegebenen Strahlung in die Richtung des Anwenders zu bringen.

Schauen wir uns dazu wieder den klassischen Röhrenstrahler an. Der Nachteil der Bauweise einer Röhre liegt auf der Hand: Nur etwa ein Drittel der Oberfläche zielt direkt auf den Nutzer, während zwei Drittel in die «falsche» Richtung zielen. Deshalb steht auf einer Seite ein Reflektor aus Metall, der die Strahlung zurückwerfen soll. Der Wirkungsgrad dieses Reflektors ist allerdings bescheiden. Erstens erreicht er nicht die gleiche Oberflächentemperatur wie die Röhre selbst und sendet daher auch nicht die gleich intensive Strahlung aus. Zweitens kann er die Strahlung nicht optimal verteilen, da der Reflektor nur eine gewisse Streuung erlaubt (Einfallswinkel = Ausfallswinkel). Das Problem von Reflektoren wird an diesem Beispiel ersichtlich (alle Bilder aufgenommen mit Seek Thermal Infrarotkamera):

Auf den ersten Blick scheint der ganze Strahler zu emittieren. Der Messpunkt liegt auf der Röhre und zeigt 322 °C.

Detailaufnahme: Nur an zwei Stellen, die in einem bestimmten Winkel zur Röhre sind, wird eine «brauchbare» Oberflächentemperatur erreicht und damit eine Infrarotstrahlung emittiert, die dem Anwender etwas nützt. Der Messpunkt liegt in der Reflexion des Strahlers, 307 °C. Die Zahl oben links im Bild (330 °C) zeigt die höchste Temperatur im ganzen Bild, die Zahl in der Mitte (307 °C) zeigt den spezifischen Messpunkt, die Zahl unten links (24 °C) die tiefste gemessene Temperatur im ganzen Bild. Irgendwo im Bild hat die Infrarotkamera also 330 °C gemessen (in dem Fall auf der Röhre).

Detailaufnahme: Links und rechts der beiden Stellen erwärmt sich der Reflektor kaum, sodass keine brauchbare Strahlung emittiert wird. Der Messpunkt liegt auf dem Reflektor neben der Reflexion des Strahlers, 46 °C. Die Zahl oben links im Bild (330 °C) zeigt die höchste aufgenommene Temperatur im Bild, die Zahl unten links (24 °C) die tiefste, die Zahl in der Mitte (46 °C) zeigt den Messpunkt.

Dieses Problem ist mit dem Flächenstrahler sehr viel besser gelöst, weil die Oberfläche nicht rund, sondern flach ist. Die ganze «Platte» wird durchgehend gleich warm und strahlt den Grossteil der Infrarotstrahlen nur in eine Richtung. Diese Bauform hat allerdings einen entscheidenden Nachteil: Der Flächeninhalt ist entsprechend sehr viel grösser, sodass die Leistungsdichte bzw. Strahlungsintensität sinkt. Flächenstrahler emittieren also viel weniger intensive Strahlung als Röhrenstrahler und können keine Tiefenwärme erzeugen. Technisch ist es kein Problem, einen Flächenstrahler zu bauen, der die gleiche Intensität hat wie der Röhrenstrahler. Um das zu erreichen, muss lediglich das Verhältnis der Leistung (in Watt) und des Flächeninhalt (in cm²) stimmen. In diesem Fall bedeutet das, dass die Leistung massiv höher sein muss, woraus eine Infrarotkabine mit vier, fünf oder noch mehr Kilowatt resultieren würde.

Der Infrarotstrahler von Jenny & Weber

Unser Infrarotstrahler hat mit den beiden Strahlertypen «Flächenstrahler» und «Röhrenstrahler» viel gemeinsam. Auch in unserem Strahler fliesst Strom durch einen Heizwendel, der eine feinkörnige Masse erwärmt. In unserem Fall handelt es sich Magnesiumoxid, das wiederum eine Röhre aus Keramik erwärmt. Der entscheidende Vorteil ist aber die Strahleroberfläche: Anstatt dass wie üblich die Röhre das äusserste Bauteil ist, besteht unser Strahler aus einem weiteren Bauteil: einer Platte aus Aluminium. Die Röhre erwärmt die Aluminiumplatte, die die Strahlung sehr viel besser verteilt, als dies ein Reflektor tun kann. Wir haben also nicht eine extrem hohe Oberflächentemperatur auf der Röhre und eine viel geringere am Reflektor, sondern nahezu überall auf der Platte die gleiche Temperatur.

Diese Voraussetzung bietet den enormen Vorteil, dass die Strahlung gleichmässig ausfällt. Der zweite Vorteil besteht aus der besseren Verteilung der Strahlung. Während ein Reflektor wie beschrieben nur einen limitierten Ausfallswinkel hat, ist die Oberfläche der Aluminiumplatte einerseits mit drei grossen Halbkreisen und andererseits mit vielen kleinen Rillen versehen. Dadurch erreichen wir nahezu 180 Grad Abstrahlwinkel, wodurch sich die Strahlung in der ganzen Kabine besser verteilt.

Schlussfazit: Testen Sie Ihre Infrarotkabine vor dem Kauf!

Es wird viel geschrieben – schliesslich muss ja jeder Anbieter Argumente finden, weshalb Sie gerade seine Infrarotkabine kaufen sollten. Diese Argumente sind teilweise sehr kreativ gefunden. Das ist auch nicht weiter verwunderlich: Es handelt sich nur um einen simplen Infrarotstrahler, dessen Konzeption nicht wirklich anspruchsvoll ist und dessen Materialien längst bekannt sind. Es gibt keine geheime «Wunderzutat», die einen Strahler signifikant wirkungsvoller macht. Denn man baute bereits vor Jahrzehnten sehr leistungsfähige und für Infrarotkabinen geeignete Strahler.

Darum hilft nur eines: Testen Sie Ihre Infrarotkabine vor dem Kauf. Besuchen Sie die Anbieter in ihrem Showroom, setzen Sie sich einige Minuten in die Kabine bei offener Tür und spüren Sie die Strahlung.

Weshalb bei offener Tür? Sie sollen die Strahlung spüren und keine warme Luft. Durch die offene Tür entweicht die warme Luft, sodass Sie nur die Infrarotstrahlung spüren. So testen Sie, welcher Strahler auch wirklich die Leistung erbringt, die er verspricht. Und seien Sie sicher: Bei einem «guten» Strahler spüren Sie schon nach kurzer Zeit die wohltuende Tiefenwärme, die in die tieferen Muskel- und Gewebeschichten vordringt.

Falls Sie eine Infrarotkabine bei uns in Seuzach testen möchten, vereinbaren Sie noch heute einen Besuchstermin bei uns im Showroom in Seuzach: +41 52 213 33 44 / info@jenny-weber.ch.