DE3935058C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Eine derartige
Anordnung ist aus der US-PS 44 98 029 bekannt.
Während nach dem Stand der Technik in elektrodenlosen Leuch
ten typischerweise Lampen mit einem Durchmesser von 19 mm
oder mehr verwendet werden, ist es für manche An
wendungen erwünscht, eine kleine Lampe mit einem Durchmesser
von etwa 12,7 mm oder weniger zu verwenden. Eine
solche Lampe kann beispielsweise aus dem Grund wünschenswert
sein, daß sich ein schnellerer Lampenstart ergibt, welcher
für bestimmte Anwendungen notwendig oder wünschenswert sein
kann. Die verlustarme Einkopplung in eine kleine Lampe wirft
jedoch spezielle Probleme auf.
In der DE 39 20 628 A1 ist eine elektrodenlo
se Leuchte zur Kopplung mit einer kleinen Lampe offenbart.
In dieser Leuchte sind die Gestalt und die Abmessungen des
Resonanzhohlraums so gewählt, daß die Betriebsweise der Mi
krowelleneinrichtung so ist, daß das resultierende elektri
sche Feld in der Lampe im wesentlichen parallel zu der Hö
henausdehnung des Hohlraums steht; die Höhe ist so klein,
daß starke Felder in die Lampe einkoppeln können.
Trotz erfolgreicher Kopplung starker Felder mit der Lampe
weist die Anordnung der früheren Anmeldung den Mangel auf, daß
sie keinen Reflektor zur Ausrichtung und Verbesserung der
Lichtstärke enthält. In vielen Anordnungen nach
dem Stand der Technik, siehe z. B. die US-PSen 44 85 332 und
46 83 525, dient der größere Teil des Mikrowellenhohlraums
auch als Reflektor. Für die Kopplung mit einer kleinen Lampe
zeigt sich jedoch, daß zur Erzielung einer starken Kopplung
mit der Lampe die Abmessungen des Hohlraums so klein sein
müssen, daß bei der erforderlichen Arbeitsfrequenz mit kei
nem bekannten reflektierenden Hohlraum Resonanz erzielt wer
den kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
verbesserte Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, welche mit
einer kleinen Lampe eine erhöhte Lichtleistung liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Abmessungen des ersten und des zweiten Hohlraumteils
sind so, daß die Struktur als Ganzes resonant ist; sie er
gibt ein elektrisches Feld, welches allgemein parallel ist
zur Höhenausdehnung des Hohlraums. Diese ist klein genug ge
macht, um starke Felder in die Lampe einzukoppeln.
Die Querschnittsform des Reflektors ist kreisförmig, während
in der bevorzugten Ausführungsform die Querschnittsform des
Vorraums rechtwinklig ist. Dies gestattet, Mikrowellen-Kopp
lungs-Komponenten zu verwenden, welche leicht herstellbar
sind.
Mehrere Ausführungsformen der
Erfindung werden in
der folgenden Beschreibung
und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird, erläutert.
In den angefügten Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Anordnung, die zum Einkoppeln in kleine Lampen
geeignet ist, wie in der DE 39 20 628 A1
offenbart,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine Draufsicht der Ausführungsform aus Fig. 2,
Fig. 4, 5, 6, 7 und 8
jeweils eine weitere Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung,
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform mit einer automati
schen Hohlraumabstimmung.
In Fig. 1 ist die Anordnung für vorteilhafte Kopplung mit
einer kleinen Lampe 10 gezeigt, so wie sie Gegenstand der oben
erwähnten früheren DE-Patentanmeldung ist. Sie besteht aus
einem zylindrischen Hohlraum, welcher durch die zylindrische
Wand 4 und die Enden 6 und 8 begrenzt ist. Das Ende 8 ist
ein Netz oder Gitter, um die Mikrowellenenergie im Hohlraum
zu halten und dem ultravioletten und sichtbaren Licht den
Austritt zu gestatten. Die kleine Lampe 10 ist etwa im Zen
trum des Hohlraums angeordnet.
Ein Magnetstrom 12 erzeugt die Mikrowellenenergie, welche über
einen Wellenleiter 14 und einen Kopplungsschlitz 16 in die
zylindrische Wand 4 eingespeist wird. Ein Motor 22 dreht die
auf einem Schaft 20 befestigte Lampe 10, während ein Kühlgas
(nicht gezeigt) auf die Lampe trifft. Der Hohlraum 4 bzw.
die zylindrische Wand 4 ist in Beziehung zur Frequenz der
Mikrowellenenergie so dimensioniert, daß sich der TM010-
Schwingungstyp einstellt, bei dem die elektrischen Feldli
nien parallel zu der Höhenausdehnung des Hohlraums stehen.
Die Höhe ist mit etwa 27,2 mm in der dargestell
ten Ausführungsform klein genug, um das starke Feld so in
die Lampe (10) einzuspeisen, daß diese eine starke, intensive
Strahlung aussendet. In einer anderen Ausführungsform der
selben DE-Patentanmeldung ist der Querschnitt des Hohlraums
rechtwinklig statt kreisförmig.
Wie oben erwähnt, ist es ein Nachteil der in Fig. 1 gezeig
ten Anordnung, daß sie keinen Reflektor enthält. Nach dem Stand
der Technik verwendet man in Anordnungen mit elektrodenlosen Lampen typi
scherweise Hohlräume mit verschiedenen Querschnittsformen,
welche Reflektoren beinhalten. Solche Hohlräume können der
hier gezeigten Anordnung nicht angepaßt werden, weil sie bei
der gewünschten Arbeitsfrequenz von 2450 MHz nicht resonant
sind, wenn sie gleichzeitig klein genug für eine effektive
Kopplung mit einer kleinen Lampe sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung steht ein neuartiger Mikro
wellenhohlraum zur Verfügung, dessen erster und zweiter Teil
eine zusammengesetzte Resonanzstruktur bilden, so daß eine
effektive Kopplung mit der kleinen Lampe 10 entsteht. Der erste
und der zweite Teil haben verschiedene Abmessungen und vor
zugsweise verschiedene Querschnittsformen. Die Mikrowellen
energie wird über den ersten Teil oder Vorraum eingespeist,
während der zweite Teil aus einem Reflektor besteht.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung dargestellt. Zu der in Fig. 2 abgebildeten Anordnung
gehört der Hohlraum 30, welcher eine zusammen
gesetzte Resonanzstruktur hat, enthaltend einen ersten Teil
oder Vorraum 32 und einen zweiten Teil oder Reflektor 34.
Die kleine Lampe 36 ist im wesentlichen im Reflektor 34 an
geordnet, während die Mikrowellenenergie in den Vorraum ein
gespeist wird.
Erkennbar ist die größere Querschnittsfläche des Vorraums 32
gegenüber dem Reflektor 34 sowie die Unstetigkeit im Hohl
raum 30 am Übergang zwischen Reflektor 34 und Vorraum 32. Die zusam
mengesetzte Struktur ist für eine Resonanz bei 2450 MHz aus
gelegt, und die elektrischen Feldlinien sind im allgemeinen
parallel zur Höhenausdehnung der Struktur; sie haben an der
Wand des Reflektors 34 eine etwas erweiterte Form und passen
sich deren Gestalt an.
Die Querschnittsform des Reflektors 34 ist kreisförmig, wie
für Reflektoren typisch, während die Querschnittsform des
Vorraums 32 vorzugsweise rechtwinklig ist. Die Kopplung an
einem rechtwinkligen Hohlraum ist mechanisch einfacher als
an einem zylindrischen Hohlraum und bietet wesentliche Er
sparnisse bei der Herstellung der benötigten Kopplungskompo
nenten.
Die Öffnung des Reflektors 34 ist mit einem Gitter oder Netz
38 abgeschlossen. Dies hält in wirksamer Weise die Mikro
wellenenergie im Hohlraum 30 und erlaubt dem Licht den Austritt.
Zusätzlich kann die Reflektoroberfläche in Segmente unter
teilt sein, wie in der Figur gezeigt, oder sie kann alterna
tiv eine stetig gekrümmte Fläche sein.
Die Mikrowellenenergie wird erzeugt durch ein Magnetstrom 54
mit einer Magnettonantenne 56 und über einen rechtwinkligen
Wellenleiter 48 in den Hohlraum 30 eingekoppelt. Der Vorraum 32
besitzt einen Kopplungsschlitz 46 in einer Endwand 45, wobei
seine Längenausdehnung in der Papierebene der Figur liegt.
Dies bewirkt eine verlustarme Einkopplung der Mikrowellen
energie in den Hohlraum 30. Der Wellenleiter 48 ist mit einem
Flansch 50 verbunden, welcher an einem Flansch 52 befestigt
ist; dieser wiederum ist mit dem Vorraum 32 verbunden.
Ein Endstück 40 des Vorraums 32 kann in seiner Position ju
stierbar gemacht werden, so daß es in der Figur von links
nach rechts beweglich ist und die effektive Länge des Hohl
raums 30 verändert wird. Dies ist für die Abstimmung der Lampe 36
nützlich, weil die Justierung der Länge des Hohlraums 30 die
Leistungsfähigkeit beeinflußt.
Fig. 3 ist eine Draufsicht der Ausführungsform von Fig. 2.
Man erkennt in der dargestellten Ausführungsform die zentri
sche Position des Reflektors 34 bezogen auf den Vorraum 32,
obwohl andere Anordnungen auch zufriedenstellend arbeiten
können. In Fig. 3 ist auch ein Motor 37 gezeigt, welcher die
Lampe 36 über einen Schaft 39 dreht. Dies dient zur Unterstüt
zung der Kühlung der Lampe 36; während ihrer Drehung wird sie
mit Strömen von Kühlluft beaufschlagt (nicht eingezeichnet).
Der Schaft 39 ist vorzugsweise in einer Position angeordnet,
in der die stehende Welle ein Minimum hat, um das elektro
magnetische Feld nur geringfügig zu unterbrechen.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Gebläse 58 dargestellt, wel
ches für Kühlung des Magnetrons 54 sorgt. Wenn gewünscht,
kann eine zusätzliche Öffnung für Kühlluft im Wellenleiter
48 vorgesehen werden, um den Wellenleiter 48 und den Hohlraum 30
zu kühlen.
Die Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsfor
men der Erfindung, welche der Ausführungsform der Fig. 2
und 3 vom Aufbau her ähnlich sind, bis auf die Struktur der
Mikrowellenkopplung. Die jeweiligen Teile haben entsprechen
de Referenznummern.
In der Ausführungsform von Fig. 4 wird ein Vorraum 32′ von
der Oberseite statt vom Ende her gespeist. Ein Kopplungs
schlitz findet sich in der Unterseite eines Wellenleiters
48′, und der Vorraum 32′ hat ein Abschlußelement 60 mit einem
Schlitz 62 auf seiner Oberseite, welcher senkrecht zur Pa
pierebene der Figur verläuft.
In der Ausführungsform von Fig. 5 speist ein Wellenleiter
48′′ einen Schlitz auf der Oberseite eines Vorraums 32′′ über
einen entsprechenden Schlitz 72 am Ende des Wellenleiters 48′′;
die Längenausdehnung des Schlitzes liegt wiederum senkrecht
zur Papierebene. Die Ausführungsform von Fig. 6 ist derjeni
gen von Fig. 5 ähnlich, außer daß ein Wellenleiter 48′′′ einen
Kopplungsschlitz 75 auf der Oberseite eines Vorraums 32′′′
speist, wobei die Längenausdehnung des Schlitzes 75 parallel
zur Längenausdehnung des Vorraums 32′′ verläuft. Fig. 7 ist eine
Draufsicht von Fig. 6 und zeigt eine Magnetronantenne 56′′′.
In einer Ausführung, welche derjenigen von Fig. 6 und 7 ähn
lich ist, könnte der Schlitz 75 in der Seitenwand des Vorraums 32′′
angeordnet sein statt in der Oberseite und die gleiche Rich
tung haben wie in Fig. 6 und 7.
In der Ausführungsform von Fig. 8 werden die Mikrowellen
über ein Koaxialkabel 81 statt über einen Wellenleiter ein
gespeist. Das Koaxialkabel 81 besteht aus einem äußeren Leiter
84 und einem inneren Leiter 85 und wird durch eine Kopp
lungsschleife 86 abgeschlossen, welche sich durch einen
Schlitz 82 bis zur Oberseite von Vorraum 32′′′′ fortsetzt.
Angemerkt sei , daß die hier offenbarte Lampe eine abgestimm
te Struktur aufweist, und daß Änderungen in den Abmessungen
der verschiedenen Teile kritisch sein können. Z.B. kann die
Länge des Vorraums 32 ebenso wie die Länge des koppelnden
Wellenleiters 48 kritisch sein, ebenso die genaue Anordnung
des Reflektors 34 über dem Vorraum 32. Diese Parameter soll
ten in jeder der Ausführungsformen für einzelne Anwendungen
optimiert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt.
Es hat sich gezeigt, daß die Änderung der Länge des Vorraum
teils einen günstigen Einfluß auf den Betriebszustand haben
kann. Dabei wird die Position des verschiebbaren Endstücks
am Hohlraumende von einem Startzustand zu einem festen Be
triebszustand hin geändert.
Bekanntlich ist die Impedanz, welche eine elektrodenlose Lampe
darstellt, beim Start anders als
nach dem Zünden der Lampe. Um diesen Wechsel der Verbraucherimpedanz
auszugleichen, wird
die Abstimmung des Hohlraums nach dem Start so geändert,
daß der Hohlraum für die neue Verbraucherimpedanz
optimal abgestimmt ist.
In Fig. 9 ist ein Endbereich eines Vorraumes 100 gezeigt mit einem darin
befindlichen Kurzschluß 102, welcher durch Federfinger 104
beweglich im Vorraum 100 gehaltert wird. Der Kurzschluß 102 ist an
einer Tauchkernspule 106 befestigt, welche den Kurzschluß 102
verschiebt zwischen einer inneren Position, in welcher eine
Fortsetzung 105 des Tauchkernteils gegen ein Ende 110 des
Vorraums 100 stößt, und einer äußeren Position, in welcher der
Kurzschluß 102 gegen eine im Vorraum 100 angeordneten Anschlag 107
stößt.
Beim Betrieb dieser Ausführungsform der Erfindung bewegt die
Anregung der Zylinderspule 108 den Tauchkern 105 und mit ihm den
Kurzschluß 102 zwischen der inneren und der äußeren Stellung.
Zum Beispiel sei der Kurzschluß 102 für den Lampenstart in der inneren
Stellung und werde in die äußere Stellung bewegt, nachdem
die Lampe gezündet hat. Diese könnte dadurch ausgeführt wer
den, daß ein Photodetektor 112 vorgesehen ist, welcher die
Zündung der Lampe registriert und ein Signal an eine Steue
rung 114 sendet, welche wiederum die Zylinderspule 108 an
regt und den Tauchkern 105, die äußere Position bewegt. Natür
lich konnte der Photodetektor 112 in einer einfacheren Ausfüh
rung des Systems fehlen und die Zylinderspule 108 wird eine feste Zeit
nach Einschalten der Stromversorgung der Lampe aktiviert.
In einer in der Praxis hergestellten Ausführungsform der Er
findung in Übereinstimmung mit Fig. 2 und 3 beträgt die Ge
samthöhe der zusammengesetzten Resonanzstruktur 31,75 mm,
die Höhe der Vorraum-Innenseite 9,525 mm
und die Höhe der Reflektor-Innenseite 20,32 mm.
Zusätzlich beträgt die innere Länge des Vorraums 32
114,3 mm und seine Breite 76,2 mm. Wei
terhin beträgt der Durchmesser des Reflektors 34 an seiner
Oberseite 63,5 mm und an der Unterseite 42,85 mm,
während der Durchmesser der verwendeten kugel
förmigen Lampe 36 etwa 12,7 mm beträgt.
In den dargestellten Ausführungsformen werden vorzugsweise ein recht
winkliger Vorraum und ein zylindrischer Reflektor verwendet,
jedoch können Vorraum und Reflektor auch andere Formen und
Abmessungen aufweisen.
Claims (9)
1. Anordnung zum Betrieb einer elektrodenlosen Lampe in
einem Mikrowellenfeld, mit einer Einrichtung zur Erzeugung
von Mikrowellenenergie, einem resonanten Hohlraum und einer
Einrichtung zur Einkoppelung der erzeugten Mikrowellenenergie
in den Hohlraum, der die Lampe mit einem darin enthaltenen
plasmabildenden Medium sowie einen Reflektor für die von der
Lampe ausgehende Strahlung aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlraum aus zwei Teilen (32, 34) zusammengesetzt
ist, wobei am Übergang zwischen dem ersten (32) und dem zwei
ten Hohlraumteil (34) eine Unstetigkeit besteht, daß die
Mikrowellenenergie in den ersten Hohlraumteil (32) eingekop
pelt wird, daß die Lampe (36) im wesentlichen im zweiten
Hohlraumteil (34), der den Reflektor umfaßt, angeordnet ist,
und daß der erste Hohlraumteil (32) eine größere Quer
schnittsfläche als der zweite Hohlraumteil (34) aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste (32) und der zweite Hohlraumteil (34) unterschiedliche
Querschnittsformen aufweisen.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querschnittsform des zweiten Hohlraumteils (34) kreisförmig
ist, während die Querschnittsform des ersten Hohlraumteils
(32) rechtwinklig ist.
4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das elektrische Feld in dem Hohlraum all
gemein parallel zu der Höhenausdehnung des Hohlraums gerich
tet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrowellenenergie in ein Ende des rechtwinkligen
Hohlraumteils (32) eingekoppelt wird.
6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrowellenenergie in die Oberseite oder die Unter
seite des rechtwinkligen Hohlraumteils (32) eingekoppelt
wird.
7. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrowellenenergie in eine Seite des rechtwinkligen
Hohlraumteils (32) eingekoppelt wird.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Abmessung des rechtwinkligen Hohlraum
teils (32) einstellbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
rechtwinklige Hohlraumteil (32) einen Kurzschluß (102) auf
weist, der zur wirksamen Änderung der einen Abmessung des
rechtwinkligen Hohlraumteils (32) ortsveränderlich ist, und
eine für ein elektrisches Signal empfängliche Einrichtung
(114, 108) zur Veränderung der Stellung des Kurzschlusses
(102) und damit der Hohlraumabmessung.
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