DE3935058C2 - - Google Patents

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.