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Title:
ELECTRODE-FREE DISCHARGE LAMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/024225
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrode-free discharge lamp comprising at least one ring-shaped closed discharging distance in the discharge vessel thereof whereby the discharging distance is surrounded at two opposing positions by a transformer-core for the injection of electromagnetic energy; a pipe-shaped adapter is located between two opposing wall regions of the ring-shaped discharging distance of the discharge vessel. The ends of said adapter are connected to the inner end of said discharge vessel in such a way that, a hermetically sealed vessel is formed in relation to the surroundings. The opposing transformer-cores each respectively generate magnetic lines of force which flow through said adapter and overlap each other. Due to the high intensity of electromagnetic energy injected into the adapter, improved ignition capability is attained. The use of said electrode-free discharge lamp is more particularly related to UV-radiation in order to disinfect water, air and surfaces.

Inventors:
ARNOLD ERICH
SCHILLING FRANZ
Application Number:
PCT/EP2000/009251
Publication Date:
April 05, 2001
Filing Date:
September 21, 2000
Export Citation:
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Assignee:
HERAEUS NOBLELIGHT GMBH (DE)
International Classes:
H01J65/04; C02F1/32; (IPC1-7): H01J65/04; H01J61/54
Foreign References:
US3500118A1970-03-10
US4298828A1981-11-03
EP0910112A21999-04-21
EP0607633A11994-07-27
US5381073A1995-01-10
DE19613468A11996-10-10
Other References:
SHAFFER J W ET AL: "THE DEVELOPMENT OF LOW FREQUENCY, HIGH OUTPUT ELECTRODELESS FLUORESCENT LAMPS", JOURNAL OF THE ILLUMINATING ENGINEERING SOCIETY,US,ILLUMINATING ENGINEERING SOCIETY. NEW YORK, vol. 28, no. 1, 21 December 1998 (1998-12-21), pages 142 - 148, XP000801986, ISSN: 0099-4480
Attorney, Agent or Firm:
Kühn, Hans-christian (Heraeus Holding GmbH Schutzrechte Heraeusstrasse 12-14 Hanau, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektrodenlose Entladungslampe, die zumindest eine ringförmig geschlossene Entla dungsstrecke in ihrem Entladungsgefäß aufweist, wobei die Entladungsstrecke an we nigstens einer Stelle von einem Kreis aus magnetischem Werkstoff zur Einkopplung von elektromagnetischer Energie umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei sich gegenüberliegenden Wandbereichen der ringförmigen Entladungsstrecke des Entla dungsgefäßes ein rohrförmiges Zwischenstück (2) angeordnet ist, dessen Enden jeweils mit dem Inneren des Entladungsgefäßes (1) so verbunden sind, dass ein gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlossenes Gefäß gebildet wird.
2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei sich gegenü berliegenden Wandbereichen der Entladungsstrecke jeweils ein das Entladungsgefäß umfassender TransformatorKern (5,6) als Kreis aus magnetischem Werkstoff angeord net ist, der jeweils von einer als Primärseite wirkenden elektrischen Wicklung (9,10) um geben ist und jeweils durch das Zwischenstück (2) der Entladungslampe fließende mag netische Feldlinien erzeugt, die sich überlagern.
3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der magneti sche Kreis ein die Entladungsstrecke umfassendes Uförmiges Basisteil aufweist, das an seiner offenen Seite durch ein Joch aus magnetischem Werkstoff zu einem magneti schen Kreis geschlossen wird.
4. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetischer Werkstoff Ferrit eingesetzt wird.
5. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (1) aus Quarzglas besteht.
6. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz im Bereich von 100 kHz bis 400 kHz liegt.
7. Verwendung einer Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als UV Strahlenquelle zur Entkeimung von Wasser, Luft und Oberflächen.
Description:
Patentanmeldung Elektrodenlose Entladungslampe Die Erfindung betrifft eine elektrodenlose Entladungslampe, die zumindest eine ringförmig geschlossene Entladungsstrecke in ihrem Entladungsgefäß aufweist, wobei die Entladungs- strecke an wenigstens einer Stelle von einem Kreis aus magnetischem Werkstoff zur Ein- kopplung von elektromagnetischer Energie umgeben ist.

Aus der EP 0 910 112 A2 ist eine elektrodenlose Entladungslampe mit einem als geschlos- sene Röhre ausgebildeten Entladungsgefäß bekannt, das Füllmaterial zur Ausbildung einer Niederdruckentladung enthält. Die elektrodenlose Lampe weist weiterhin innerhalb des Ent- ladungsgefäßes befindliches Amalgam auf. Das Entladungsgefäß ist im Bereich seiner Au- ßenoberfläche von einem ringartigen Transformatorkern als magnetischer Kreis umgeben, wobei das als geschlossene Röhre ausgebildete Entladungsgefäß eine Art von Sekundär- wicklung bildet, während eine den Transformatorkern umgebende Primär-Wicklung von ei- nem Hochfrequenzgenerator mit einer Frequenz im Bereich von 100 bis 400 kHz gespeist wird ; dabei wird im Entladungsgefäß befindliches Amalgam mittels einer thermischen Über- brückung zwischen dem Transformatorkern und dem Amalgam während des Lampenbetrie- bes erhitzt.

Als problematisch erweist sich bei induktiv eingekoppelter Leistung in Entladungslampen mit ringförmig geschlossener Entladungsstrecke die Zündfreudigkeit, wobei das Format des Entladungsrohres sowie die induzierte Spannung und deren Frequenz eine Rolle spielen.

Weiterhin ist aus der US 3,500,118 eine Entladungslampe mit einem rohrförmigen Entla- dungsgefäß bekannt, das als lichtdurchlässiges Gefäß in Form einer geschlossenen Schleife bzw. in Form einer"Acht"ausgebildet ist. Zur Anregung der Entladung sind das Entladungs- gefäß umgebende Ferrit-Kerne vorgesehen, die von Primär-Wicklungen zwecks Einkopplung eines elektromagnetischen Feldes umwickelt sind.

Es handelt sich hierbei um eine verhä) tnismäßig aufwändige Anordnung, da sowohl Ferrit- Kerne im mittleren Steg-Bereich als auch im peripheren Bereich des Gefäßes zur Bildung einer ausreichenden lonisierung im Entladungsgefäß erforderlich sind.

Ausgehend von einer Entladungslampe, der Art, wie sie in der EP 0 910 112 A2 beschrieben ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Zündwilligkeit bei vor- gegebener Zündvorrichtung mit möglichst einfachen Mitteln zu erzielen ; dabei sollen auch verbesserte Zünd-und Betriebseigenschaften bei einer vergrößerten Strahleriänge bzw. ei- nem verringerten Leuchtrohrdurchmesser erzielt werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen zwei sich gegenüberliegenden Wandberei- chen der ringförmigen Entladungsstrecke des Entladungsgefäßes ein rohrförmiges Zwi- schenstück angeordnet ist, dessen Enden jeweils mit dem Inneren des Entladungsgefäßes so verbunden sind, dass ein gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlossenes Entla- dungsgefäß gebildet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Entladungslampe sind in den sich gegenüberliegen- den Wandbereich der Entladungsstrecke zwei das Entladungsgefäß jeweils umfassende Transformator-Kerne als Kreise aus magnetischem Werkstoff angeordnet, die ihrerseits von einer als Primärseite dienenden elektrischen Wicklung umgeben sind und durch das Zwi- schenstück der Entladungslampe fließende magnetische Feldlinien erzeugen, die sich über- lagern ; vorzugsweise sind die Transformator-Kerne sich gegenüberliegenden angeordnet.

Als vorteilhaft erweist es sich, dass nunmehr auch Strahler mit größeren Entladungsstrecken sicher gezündet werden können. Insbesondere sind solche Strahler vorteilhafterweise für die Entkeimung von Wasser, Luft und Oberflächen durch UV-Bestrahlung geeignet, die bevor- zugte Wellenlänge der UV-Strahlung liegt bei 253,7 nm.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die ringförmige Entladungsstrecke von zwei sich gegenüberliegenden geschlossenen magnetischen Kreisen aus Ferrit-Material um- geben ; der magnetische Kreis weist ein die ringförmige Entladungsstrecke umfassendes U- förmiges Bauteil aus Ferrit auf, dessen offene Seite durch ein Joch aus Ferrit geschlossen wird. Der magnetische Kreis ist mit einer Primär-Wicklung aus mehreren Windungen verse- hen ; die Wicklung ist dabei mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden. Die Betriebsfre- quenz liegt vorzugsweise im Bereich von 100 kHz bis 400 kHz.

Das Entladungsgefäß besteht vorzugsweise aus Quarzglas.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie deren Verwendung sind in den Ansprü- chen 2 bis 7 angegeben.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch den Kolben der Entladungslampe zu- sammen mit den Ferritkernen (Transformatorkernen), von denen ein erster ebenfalls ge- schnitten dargestellt ist, während der zweite mit geschlossenem Joch gezeigt wird. Zum bes- seren Verständnis der Funktion sind auch die Querschnitte durch das unter dem Joch lie- gende U-förmige Teil gezeigt.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den Lampenkolben, wobei die Verbindung des Zwischen- stückes mit dem ringförmig umlaufenden Teil des Entladungsgefäßes erkennbar ist ; die magnetischen Kreise der Ferrit-Kerne sind jeweils durch das von oben sichtbare Joch ge- schlossen.

Gemäß Figur 1 weist das Entladungsgefäß 1 einen ringförmig umlaufenden rohrförmigen Entladungsraum auf, der in seinem Mittelteil ein Zwischenstück 2 in Form eines mittleren Rohres enthält, wobei das Zwischenstück 2 zusammen mit dem ringförmig umlaufenden Teil 3 des Entladungsgefäßes so verbunden ist, dass ein gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlossenes Gefäß gebildet wird. Als"ringförmig"bzw."Ringform"wird hier eine in sich geschlossene Entladungsstrecke definiert, die jedoch nicht unbedingt eine geometrische Ringform bzw. Kreisform aufweisen muss. Sie hat bei einem Entladungsgefäß ohne Zwi schenstück (z. B. nach EP 0 910 112) die Form einer ovalen Schleife, während sich bei Ein- satz eines Zwischenstücks die äußere geschlossene Entladungsstrecke in zwei durch das Zwischenstück führende Entladungsstrecken teilt.

Der ringförmig umlaufende Teil 3 bildet zusammen mit dem mittleren Rohr als Zwischenstück 2 eine geometrische Figur, die in der Draufsicht als Ziffer"Acht"erscheint. Es ist jedoch auch möglich, ein kreisförmiges oder elliptisches ringförmiges Teil zugrunde zu legen, das dann von einem Zwischenstück so überbrückt wird, dass zwei annähernd gleich große Halbkreise bzw. Halbellipsen entstehen.

Im äußeren Bereich des ringförmigen Teils 3 finden an sich gegenüberliegenden Teilen 7,8 Ferrit-Kerne 5,6, welche jeweils den Anteil der Außenoberfläche des ringförmigen Teils 3 so umfassen, dass entlang einer gedachten Rohrachse des ringförmigen Teils 3 magnetische Feldlinien in das Entladungsgefäß 1 eingekoppelt werden. Die Ferritkerne bestehen aus ei- nem U-förmigen Teil in den jeweils ein Teil 7,8 des Entladungsgefäßes eingebettet wird, wobei der magnetische Kreis jeweils durch Aufsetzen eines magnetischen Jochs aus Ferrit auf die nach oben gerichteten Enden des U-förmigen Teils geschlossen wird. Die Kerne 5,6 weisen jeweils eine Primär-Wicklung 9,10 als Erregerwicklung auf. Die in das Gefäß indu- zierten Feldlinien bilden jeweils eine geschlossene Schleife, wobei die Einkopplung so er- folgt, dass sich im mittleren Rohr als Zwischenstück 2 die Feldlinien beider Ferrite gemein- sam überlagern. Aufgrund der im Zwischenstück 2 eingekoppelten hohen Intensität der elekt- romagnetischen Energie ergibt sich eine stark verbesserte Zündfähigkeit.

In Figur 2 ist eine Draufsicht auf eine praktische Ausführungsform der Entladungslampe dar- gestellt, bei der die Verbindung des Zwischenstückes 2 mit dem ringförmigen Teil 3 des Entladungsgefäßes 1 mittels der Verbindungsbereiche 11,12 erkennbar ist. Weiterhin sind an den sich gegenüberliegenden Teilen 7,8 als geschlossene magnetische Kreise die Ferrit- Kerne 5,6 sowie die Anschlüsse für die jeweiligen Primär-Wicklungen 9 und 10 erkennbar.

In der Ausführungsform gemäß Figur 2 liegt der Innendurchmesser des als Rohr ausgebil- deten ringförmigen Teils 3 zwischen 30 und 45 mm und der des Zwischenstücks 2 im Be- reich von 15 bis 30 mm, während die Länge des Entladungsgefäßes 1 zwischen 400 und 600 mm liegt ; die Breite liegt im Bereich von 110 bis 130 mm. Die Füllung des Entladungs gefäßes besteht aus : Quecksilber oder einem Amalgam, Krypton oder Argon als Zündgas, wobei der Kaltfülidruck im Bereich von 01, mbar bis 1 mbar liegt.

Zum Betrieb der Entladungslampe sind die Wicklungen 9,10 an eine hier nicht dargestellte Hochfrequenz-Stromversorgung angeschlossen, die vorzugsweise in einem Frequenzbe- reich von 50 kHz bis ungefähr 600 kHz arbeitet, wobei sich zum Lampenbetrieb eine Fre- quenz von 100 kHz bis 400 kHz sich als besonders geeignet erwiesen hat. Die eingekop- pelte Leistung liegt im Bereich von 300 bis 800 W. Wäh ! t man den Innendurchmesser des Zwischenstücks 2 geeignet klein, so zündet die Lampe zwar sicher, brennt dann aber nur im äußeren Ring des Entladungsgefäßes.