DE3920649A1 - Verfahren und vorrichtung zur vergleichsmaessigung der temperaturverteilung von lampen fuer elektrodenlose leuchten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergleichmäßigung der Temperaturvertei­ lung von Lampen für elektrodenlose Leuchten.

Es ist bekannt, daß die Lampen in elektrodenlosen Leuchten während ihres Betriebs extrem heiß werden und wirksam gekühlt werden müssen. Die Erwärmung solcher Lampen stellt eine Ober­ grenze für die Leistungsdichte der elektromagnetischen Ener­ gie dar, die mit den Lampen gekoppelt werden kann, und damit für die Helligkeit des Lichts, das von den Lampen ausgesendet werden kann.

In den US-Patentschriften Nr. 44 85 332 und 46 95 757, deren Inhaber der Abtretungsempfänger der vorliegenden Erfindung ist, ist der Gedanke offenbart, eine relative Drehung zwischen der Lampe der Leuchte und Strömen aus Kühlfluid vorzusehen, die auf die Lampe beaufschlagt werden. Dieses System sah eine bedeutende Verbessserung gegenüber dem Stand der Technik vor, in dem die Lampe stationär gehalten wurde und ein Kühlfluid lediglich auf sie gerichtet wurde. In der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. 0 73 670 ist ein Ver­ fahren zur Hochgeschwindigkeitsdrehung der Lampe offenbart, das zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung über die Lampe führt.

Jedoch ist für einige Anwendungen eine noch gleichmäßigere Wandtemperaturbelastung als nach der Lehre der obengenannten Patentschriften Nr. 44 85 332 und 46 95 757 erforderlich. z.B. verdampfen einige Füllmaterialien wie die Seltenerdhali­ de (z.B. Dysprosiumiodid) erst in der Nähe der oberen Tempe­ raturgrenzen der synthetischen Quarz-Lampenwand. Die Tempera­ turdifferenz auf der Lampe, die das Dreh-Kühlverfahren nach dem patentierten Stand der Technik verwendet, kann so hoch sein, daß diese Füllmaterialien am kältesten Teil der Lampe kondensieren können, dagegen verkürzt die hohe Temperatur des heißesten Teils der Lampe ihre Lebensdauer.

Bei verbesserter Gleichmäßigkeit der Wandbelastung wird die heißeste Stelle der Lampe kälter, und die kälteste Stelle der Lampe wird wärmer. Dies erlaubt die Aufrechterhaltung höherer Dampfdrücke des Füllmaterials, was höhere Betriebseffizienz zur Folge hat.

In den Systemen, die in den obengenannten Patentschriften offenbart sind, wird die Lampe um eine Achse gedreht, die entweder senkrecht oder parallel zur Richtung des elektri­ schen Felds in dem Mikrowellenhohlraum verläuft. Dies führte zu heißen Stellen oder zu einem heißen Band um den Äquator der Lampe und viel kältere Bereiche an den Polen.

Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat entdeckt, daß die Temperaturverteilung um die Lampe vergleichmäßigt und die Kondensationsneigung des temperaturempfindlichen Füllma­ terials verringert wird, wenn der Winkel zwischen der Dreh­ achse der Lampe und dem elektrischen Feld ungleich 90° oder 0° eingestellt wird. Nach der Erfindung soll dieser Winkel zwischen etwa 30° und 70° oder äquivalent zwischen etwa 110° und 150° betragen und liegt bevorzugt zwischen etwa 40° und 60° oder äquivalent zwischen etwa 120° und 140°.

Die vorliegende Erfindung weist also ein Verfahren auf, um die Temperaturverteilung einer Lampe einer elektrodenlosen Leuchte in vorbestimmter Winkelbeziehung zu der Richtung des elektrischen Felds zu vergleichmäßigen, sowie eine Vorrich­ tung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

In den angefügten Zeichnungen ist

Fig. 1 eine Bilddarstellung eines rotierenden Kühlsystems für eine Lampe nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Darstellung der Richtung des elektrischen Felds in dem System aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung der heißen und kalten Bereiche der Lampe in dem System aus Fig. 1,

Fig. 4 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine Darstellung einer Anordnung von Kühldüsen, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 verwendet werden können,

Fig. 6 die Darstellung einer Mikrowellenleuchte, die einen Hohlraum von zylindrischer Gestalt verwendet,

Fig. 7 und 8 jeweils eine Darstellung eines weiteren Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 9 ein Detail aus Fig. 7, das die Lampenhalteanordnung zeigt.

Fig. 1, die das rotierende Kühlsystem nach dem Stand der Technik, wie es in der obengenannten US-Patentschrift 44 85 332 offenbart ist, darstellt, läßt erkennen, daß sich die Lampe 4 in einem Mikrowellenhohlraum befindet, der aus dem sphärischen festen Teil 6 und dem ebenen Gitter 3 besteht. Die Mikrowellenenergie, die durch das Magnetron 10 erzeugt wird, wird durch den Wellenleiter 12 dem Mikrowellenhohlraum zugeführt, in den sie durch den Kupplungsschlitz 14 eintritt.

Die Lampe 4 wird von dem Lampenarm 8 gehalten, der durch den Motor 16 gedreht wird, der durch die Halteanordnung 18 an dem Hohlraum gesichert ist. Der Motor dreht also die Lampe 4, während Ströme von Kühlfluid darauf beaufschlagt werden, um die Lampe zu kühlen.

Fig. 2 zeigt die Richtung des elektrischen Felds in der Leuchte aus Fig. 1, und man kann sehen, daß die vorherr­ schende Feldrichtung an der Lampe senkrecht zur Drehachse der Lampe verläuft.

Wenn in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung die Lampe nicht gedreht würde, dann würden sich zwei heiße Flecken jeweils am oberen und unteren Zentrum der Lampe ergeben, während es ebenfalls relativ kühle Gebiete geben würde, die um 90° um die sphärische Lampe verschoben sind. Fig. 3 zeigt, daß die Drehung der Lampe nach dem Stand der Technik dazu führt, daß die zwei heißen "Flecken" ein heißes Band werden. Wenn also der Bereich, in dem sich der Lampenarm mit der Lampe trifft, und der Bereich, der quer durch die Lampe direkt gegenüberliegt, als die Pole bezeichnet werden, dann weist die Lampe ein heißes Band um den Äquator und kalte Bereiche an den Polen auf.

In diesem Kühlsystem nach dem Stand der Technik, waren Düsen zur Beaufschlagung mit Kühlfluid in dem sphärischen Hohlraum in einer Ebene, die in der des Äquators der Lampe liegt, angeordnet, und die Düsen waren auf das heiße Band um den Äquator gerichtet.

Fig. 4 stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung dar, in dem zu sehen ist, daß die Drehachse der Lampe beim Stand der Technik von ihrem Ort winkelverschoben ist. Dies führt zur Bildung von zwei getrennten heißen Bändern anstelle eines einzigen, mit dem Ergebnis, daß die Gesamt­ oberfläche der Lampe gleichmäßiger erwärmt wird. Teile dieser jeweiligen Bänder sind in Fig. 4 mit dem Buchstaben A be­ zeichnet.

Der optimale Winkel des Drehachsen-Versatzes kann in ver­ schiedenen Mikrowellenhohlräumen, oder bei Verwendung von verschiedenen Kühldüsengeometrien verschieden sein. Der Winkel kann zwischen etwa 20° und etwa 60° betragen und liegt bevorzugt zwischen etwa 30° und 50°. Da der Versatz in jeder Richtung von der Achse nach dem Stand der Technik liegen kann, beträgt der Winkel zwischen der neuen Drehachse und der vorherrschenden Richtung des elektrischen Feldes von etwa 30° bis 70° oder von etwa 110° bis etwa 150°, und bevorzugt liegt er zwischen etwa 40° und 60° oder zwischen 120° und 140°.

Eine mögliche Kühlfluidausgestaltung ist in Fig. 5 gezeigt. Hier sind die Kühldüsen 24, 26, 28, 32 um Löcher in dem sphärischen Hohlraum angeordnet, die sich in einer Ebene in dem Hohlraum befinden, die ebenfalls in der Ebene des Lampen­ äquators liegt. Jedoch wären die Düsen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel versetzt, so daß sie auf die jeweiligen heißen Bänder gerichtet wären, im Gegensatz zu der Anordnung nach dem Stand der Technik, bei der die Düsen auf den Äquator gerichtet waren.

Fig. 6 zeigt eine elektrodenlose Leuchte, die einen zylin­ drischen Hohlraum 40 verwendet, der durch den Schlitz 46 mit Mikrowellenenergie von dem Wellenleiter 48 versorgt wird. Die Lampe 42 wird in dem Hohlraum von dem Arm 44 gehalten, der beim Stand der Technik von einem (nicht dargestellten) Motor gedreht wurde. Man kann sehen, daß die vorherrschende Richtung des elektrischen Feldes senkrecht zu dem Lampenarm verläuft.

Die Fig. 7 bis 9 stellen ein Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung dar, das einen zylindrischen Hohlraum verwendet, in dem die Richtung des Lampenarms winkelverscho­ ben ist. Man kann in diesen Figuren sehen, daß die Lampe 56 in dem Hohlraum 52 von dem Lampenarm 58 gehalten wird, der durch den Motor 60 gedreht wird, so daß der Lampenarm in einem Winkel zur Senkrechten zur Richtung des elektrischen Felds liegt. Wie oben erläutert, liegt dieser Winkel etwa zwischen 20° und 60°, und er liegt bevorzugt zwischen etwa 30° und 50°.

Während die Lampe 56 gedreht wird, wird ein Kühlfluid aus den Düsen 62 auf die Lampe beaufschlagt. Diese Düsen sind so mon­ tiert, daß sie auf die heißen Bänder auf der Lampe gerichtet sind.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 bis 9 wird Mikrowel­ lenenergie, die von der Antenne 69 des Magnetrons 68 erzeugt wird einem Hohlleiter 70 zugeführt, der die Energie durch den Schlitz 66 dem Hohlraum 52 zuführt. Der Wellenleiter 70 ist gebogen und besteht aus den Wellenleiterabschnitten 71, 72, 73.

Natürlich ist die Erfindung auf elektrodenlose Leuchten an­ wendbar, in denen die Lampe in einem einzigen Mikrowellenfeld angeordnet ist, da genau diese Situation zu ungleichmäßiger Temperaturverteilung führt. In Lampen, die Mehrfachfelder verwenden, wie nach der Offenbarung der US-Patentschrift Nr. 47 49 915, neigen die durch die einzelnen Felder verursachten Temperaturverteilungen dazu, sich zu versetzen, so daß eine gleichmäßigere Gesamttemperatur erhalten wird.

Die Erfindung beschreibt also ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleichen der thermischen Ladung der Wand einer Lampe in einer elektrodenlosen Leuchte. Andere und andersgestaltete Lampen und Hohlräume als die in den Ausfüh­ rungsbeispielen gezeigten können selbstverständlich verwendet werden.

Claims (19)

1. Verfahren zur Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung der Lampenwand bei einer elektrodenlosen Leuchte, gekenn­ zeichnet durch die Schritte,
eine elektrodenlose Leuchte mit einer Lampe bereitzustellen, die eine gasförmige Füllung enthält, und die in nur einem elektromagnetischen Feld angeordnet ist, wobei das Feld eine elektrische Feldkomponente aufweist, die in einer ersten Richtung vorherrschend ist, sowie
die Lampe um eine Achse zu drehen, die in einem Winkel von zwischen etwa 30° und etwa 70° oder zwischen etwa 110° und etwa 150° zu der ersten Richtung liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel entweder zwischen etwa 40° und etwa 60° oder zwischen etwa 120° und etwa 140° liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrodenlose Leuchte weiter einen Mikrowellenhohlraum umfaßt, in dem die Lampe angeordnet ist, und in dem das elektromagnetische Feld ein Mikrowellenfeld aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Feld nur durch ein einziges Magnetron erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum nur einen einzigen Kopplungsschlitz zur Kopplung von Mikrowellenenergie aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine sphärische Gestalt aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine sphärische Gestalt aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlfluid auf die Lampe beaufschlagt wird, wenn sie gedreht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlfluid auf die Lampe beaufschlagt wird, wenn sie gedreht wird.

10. Elektrodenlose Leuchte, gekennzeichnet durch

• - einen Mikrowellenhohlraum,
• - eine Lampe, die ein gasfömiges Medium enthält und in dem Hohlraum angeordnet ist,
• - eine Einrichtung zur Erzeugung von Mikrowellenenergie,
• - eine Einrichtung zur Kopplung der Mikrowellenenergie mit dem Hohlraum, so daß nur ein elektrisches Feld in dem Hohl­ raum aufgestellt wird, das in einer ersten Richtung vor­ herrschend ist, sowie
• - eine Einrichtung zur Drehung der Lampe um eine Achse, die in einem Winkel von zwischen etwa 30° und etwa 70° oder zwischen etwa 110° und 150° zu der ersten Richtung liegt.

11. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen­ energie ein einziges Magnetron aufweist, und daß die Kopplungseinrichtung einen einzigen Kopplungsschlitz in dem Hohlraum aufweist.

12. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Winkel entweder zwischen etwa 40° und etwa 60° oder zwischen etwa 120° und etwa 140° liegt.

13. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zur Drehung der Lampe einen Motor aufweist, sowie einen Arm, der zwischen dem Motor und der Lampe angeordnet ist.

14. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlraum eine sphärische Gestalt aufweist.

15. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlraum eine zylindrische Gestalt auf­ weist.

16. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lampe eine sphärische Gestalt aufweist.

17. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lampe eine sphärische Gestalt aufweist.

18. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiter eine Einrichtung zur Beaufschlagung der Lampe mit Kühlfluid umfaßt, wenn sie gedreht wird.

19. Elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiter eine Einrichtung zur Beaufschlagung der Lampe mit Kühlfluid umfaßt, wenn sie gedreht wird.