DE102011055486A1

DE102011055486A1 - Hochfrequenzlampe sowie Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe

Info

Publication number: DE102011055486A1
Application number: DE102011055486A
Authority: DE
Inventors: Holger Heuermann; Rainer Kling; Stephan Holtrup
Original assignee: Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Current assignee: Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2013-05-23
Also published as: EP2781140A1; US20140306602A1; CN103947297A; WO2013072483A1; TW201327623A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzlampe mit einem Glaskolben und einer Einrichtung zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals. Im Stand der Technik bekannte Hochfrequenzlampen waren entweder auf eine geringe Auswahl von Substanzen in dem Glaskolben beschränkt oder waren auf eine Heizung durch Glühwendel oder dergleichen angewiesen. Ziel der vorliegenden Erfindung war es, eine kostengünstige und effizientere Hochfrequenzlampe vorzuschlagen. Dies soll insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Glaskolben so ausgebildet wird, beispielsweise aus Fensterglas, dass über thermische Verluste des Hochfrequenzsignals im Glaskolben dieser aufgeheizt wird, sodass auch beispielsweise Metallhalogenide ohne eine zusätzliche Heizung verdampft werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzlampe nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe nach Anspruch 9 sowie eine Verwendung von Glas nach Anspruch 13 und eine Verwendung eines Hochfrequenzsignals nach Anspruch 14.
Lampen sollen im Allgemeinen möglichst effizient Licht mit einem möglichst guten Farbspektrum emittieren. Jede Lampe wandelt Energie in Licht mit einem mehr oder weniger guten Wirkungsgrad um. Oftmals entsteht bei der Umwandlung sehr viel Verlustwärme. In der Regel ist das emittierte Lichtspektrum und dessen Abstrahlverhalten entscheidend über den Einsatzzweck. Aus dem Stand der Technik sind Leuchtstofflampen bzw. Gasentladungslampen bekannt.
Gasentladungslampen sind Lichtquellen, die eine Gasentladung verwenden und dabei die spontane Emission durch atomare oder molekulare elektronische Übergänge und die Rekombinationsstrahlung eines durch elektrische Entladung erzeugten Plasmas ausnutzen. Bei dem im Quarzglaskolben (Ionisationskammer) enthaltenen Gas handelt es sich in der Regel um ein Gemisch aus Metalldämpfen (z. B. Quecksilber) und Edelgasen (z. B. Argon) und ggf. anderen Gasen wie auch Halogenen. Gasentladungslampen werden in die beiden Klassen Nieder- und Hochdruckentladungslampen unterteilt. Erstere verwendet eine Glimmentladung und letztere eine Bogenentladung.
Diese Lampen benötigen allesamt ein Vorschaltgerät. Das konventionelle Vorschaltgerät (KVG) einer Leuchtstofflampe enthält als Starterschaltung eine Drossel und einen Bimetallkontakt. Die Drossel, wird dem Start als Vorwiderstand für die Leuchtstoffröhre (hier oft Ionisationskammer genannt) eingesetzt. Diese einfache Schaltung ist für den Betrieb bei 50 Hz ausgelegt.
Moderne kompakte Energiesparlampen verwenden elektronische Vorschaltgeräte (EVG). Diese EVG bieten gegenüber dem KVG viele Vorteile. U. a. verringert sich die Baugröße und verbessert sich der Wirkungsgrad. Ein EVG besteht z. B. aus einem Brückengleichrichter, einer Steuerelektronik, einem Inverter mit zwei Leistungstransistoren und einem Resonanzkreis. Die beiden Transistoren des Inverters werden mit Öffnungszeiten von rund 45 % betrieben, damit nie ein Kurzschlussstrom gegen Masse fließen kann. Diese 45 %-Zeiten erfordern eine spezielle Steuerelektronik. Die Umschaltzeiten des Inverters liegen im kHz-Bereich. Dadurch verringern sich die Bauelementgrößen des Resonators gegenüber der Drossel des KVG immens. Die Wirkungsgradverbesserung rührt zum großen Teil daher, dass es aufgrund der höheren Frequenz zu weniger Verlustrekombinationen kommt. Dieser Effekt wird auch als HF-Gewinn (HF = Hochfrequenz) bezeichnet.
Eine Sonderform der Gasentladungslampe ist die Schwefellampe. Sie besteht aus einer mit Schwefel und Argon gefüllten Quarzglaskugel. In der Glaskugel wird durch Hochfrequenzeinstrahlung ein Plasma erzeugt. Das Vorschaltgerät enthält ein Magnetron, das aufgrund der endlichen Lebensdauer der stark beheizten Kathode eine geringere Haltbarkeit als andere Lampenvorschalttechniken hat.
Die Schwefellampe hebt sich von den übrigen Gasentladungslampen dadurch ab, dass sie eine sehr hohe Farbtemperatur aufweist und somit ein fast weißes Lichtspektrum hat. Jedoch ist die Technik für diese Lampe sehr aufwendig und somit teuer. Zudem ist sie nur als Leistungslampe mit hohen Wattagen im kW-Bereich verfügbar.
Weiterhin sind Hochfrequenzlampen (HF-Lampen), die oft bei 2,45 GHz betrieben werden, bekannt. Diese Lampen arbeiten mit kleinen Hochfrequenzleistungen (30–200 W) und verwenden anstatt der Hohlleiterankopplung eine Ankopplung über eine transversalelektromagnetische Leitung (Koaxialleitung) mit Innenleiterelektrode. Da diese Lampen die langen Drähte einer Glasentladungslampe als Antenne nutzen, sollen diese Lampen im Weiteren passender als HF-Antennenlampen bezeichnet werden. Bei diesen Lampen wie auch bei Schwefellampen sind die Anforderungen an eine Frequenzstabilität des HF-Generators gering. Die HF-Antennenlampen kommen zwar ohne Schaltkreis zur Zündung aus, aber sie benötigen sehr viel Leistung (über 30 W Mikrowellenleistung). Weiterhin verwenden beide Konzepte herkömmliche Gasentladungslampen in Form von Antennen. Dieses hat den in der Praxis gravierenden Nachteil, dass Hochfrequenzstrahlung in höherem Maße emittiert wird.
Deutlich größere Plasmaeffizienzen und somit auch Lichtausbeuten (in Lumen pro Watt gemessen) erzielt man mit HF-Lampen, die hoch effektive Impedanztransformatoren aufweisen. Mittels dieser Transformatoren wird die Spannung in der Einkopplung hochtransformiert und damit die Ionisation bei kleineren elektrischen Leistungen erzielt. Eine derartige HF-Lampe ist beispielsweise aus der DE 10 2007 057 581 A1 bekannt.
Klassische Gasentladungslampen nutzen eine Bogenentladung und insbesondere bei Niederdrucklampen das ionisierte Plasma als ohmsche Last für die niederfrequenten Signale bis in den kHz-Bereich.
HF-Lampen können als Mikroplasmalampe ausgestaltet sein. Das Plasma wird oft bei 2,45 GHz erzeugt. Es bildet sich bei der oft gewählten unsymmetrischen Einspeisung als Kugel um die Einspeiseelektrode aus. Die Anbindung gegen Masse ist rein kapazitiv.
Physikalische Grundlagenbücher lehren, dass die Ionisation eines Gases nur durch die Elektronenstoßionisierung, angeregt durch einen Elektronenstrahleinschuss, der thermischen Ionisierung bei extrem hohen Temperaturen (10⁶K) oder der Fotoionisierung mittels ultraviolettem Licht erfolgt. Darüber hinaus hat der Erfinder im GHz-Bereich experimentalphysikalisch viele Aufbauten realisiert, mittels denen ionisierte Bereiche über die Einspeisung von relativ wenig hochfrequenter Energie bei 2,45 GHz entstanden.
Weist ein ionisiertes Gas die gleiche Anzahl von Elektronen und Ionen auf, so handelt es sich um ein im Mittel raumladungsfreies Gas und wird Plasma genannt.
Weiterhin lässt sich über die Maxwellschen Gleichungen zeigen, dass für ein ionisiertes Gas die folgenden mathematischen Zusammenhänge gelten:
Relative Dielektrizitätszahl:

ε_r = 1 – (Ne²/ε₀/m/(υ² + ω²) (1)

Relative Leitfähigkeit:

κ = (Ne²υ)/m/(υ² + ω²) (2)

Plasmafrequenz:

mit den Größen:

N:

Zahl der Elektronen pro Volumen,

e:

Ladung eines Elektrons,

m:

Masse eines Elektrons,

ε₀:

elektrische Feldkonstante,

υ:

Frequenz der Zusammenstöße der Elektronen mit den Gasmolekülen,

ω:

Frequenz des Hochfrequenzsignals.

Detaillierte Untersuchungen zeigen, dass unterhalb der Plasmafrequenz keine elektromagnetische Energie im Plasma ausbreitungsfähig ist und keine Verluste im Plasma stattfinden. Hingegen weist der Raum einen reellen Feldwellenwiderstand Z_f oberhalb der Plasmafrequenz auf. Z_f fällt zu höheren Frequenzen ab und nähert sich exponentiell dem Freiraumwiderstand Z₀ von rund 377 Ω. Das heißt, bei höheren Frequenzen benötigt man geringere Spannungen, um die gleichen Leistungen umzusetzen als bei tieferen Frequenzen.
Gleichung (2) zeigt, dass der (kleine) Widerstand und somit die Verluste mit zunehmender Frequenz steigen. Folglich lassen sich bei höheren Frequenzen die Gase besser erhitzen. Bei einer Analyse der Atmosphäre für die Transmissionseigenschaften der HF-Signale erkennt man, dass im zwei- bis dreistelligen MHz-Bereich die Strahlung nahezu gar nicht absorbiert wird, während bei 50 GHz die gesamte Strahlung als molekulare Absorption in Wasserstoff bzw. Sauerstoff gedämpft wird.
Im unteren MHz-Bereich kann man so genannte Tesla-Transformatoren verwenden, um damit 100W-Generatoren mit 5 kV Ausgangsspannung zu fertigen und damit 10 cm lange Funkenstrecken in Luft zu erzeugen. Der Erfinder hat bei 2,45 GHz mittels eines 10W-Senders und einer Spannung von 2 kV bereits 1 cm lange Mikroplasmabereiche erzeugt.
Die DE 10 2007 057 581 A1 beschreibt eine Hochfrequenzlampe mit einer Ionisationskammer und einer ersten Elektrode, die in die Ionisationskammer hineinragt. Die Ionisationskammer beinhaltet ein Gas, das dazu geeignet ist, zum Leuchten angeregt zu werden. Die Elektrode überträgt ein elektrisches Signal auf das Gas in der Ionisationskammer, um in der Ionisationskammer ein Plasma zu erzeugen. Mit der ersten Elektrode ist eine Steuerelektronik zur Erzeugung des elektrischen Signals verbunden. In dieser Steuerelektronik befindet sich ein Hochfrequenzoszilator, an dessen Ausgang ein Leistungsverstärker zur Anhebung der Leistung des Hochfrequenzsignals angeordnet ist. Dem Leistungsverstärker ist ein Impedanztransformator nachgeschaltet, an dessen Ausgang sich die Elektrode befindet, über die das elektrische Signal auf das Gas übertragen wird.
Der Glaskolben der Hochfrequenzlampe gemäß DE 10 2007 057 581 A1 ist wie bei klassischen Gasentladungslampen aus Quarzglas gefertigt. Innerhalb dieses Quarzglaskolbens befindet sich ein Metalldampfgemisch. Die Zusammensetzung des Gasmetalldampfgemisches ist nicht weiter spezifiziert; grundsätzlich in Frage kommt jedoch Quecksilber, das auch in klassischen Gasentladungslampen standardmäßig zum Einsatz kommt. Quecksilber verdampft bereits bei Raumtemperatur und ist insbesondere im gasförmigen Zustand toxisch. Weiterhin wird das von Quecksilberatomen emittierte Licht als unangenehm und künstlich empfunden. Daher wird versucht, dass Quecksilber zu ersetzen, z. B. durch Metallsalze, beispielsweise Natriumsalze zu ersetzen. Hochfrequenzlampen, die mit derartigen Metallsalzen als Leuchtstoff arbeiten, enthalten keine toxischen Stoffe und senden ein Viel-Linienspektrum aus. Das emittierte Licht wird wegen seiner Kontinuität als angenehm empfunden und verbessert ebenfalls den Farbwiedergabeindex, was für eine naturgetreue Wiedergabe von Farben wichtig ist. Im Gegensatz dazu sind klassische Gasentladungslampen (insbesondere Niederdruckentladungslampen) Linienstrahler, die kein kontinuierliches Spektrum emittieren.
Problematisch im Zusammenhang mit Hochfrequenzlampen, die mit Metallsalzen als Leuchtstoff arbeiten, ist jedoch die erforderliche hohe Temperatur, um die Salze in den gasförmigen Zustand zu überführen. Dazu ist es nötig einen Glaskolben der Hochfrequenzlampe, in dem sich das Metallsalz befindet, aufzuheizen. Grundsätzlich denkbar ist dabei beispielsweise eine Aufheizung des Glaskolbens mit Wärmestrahlung. Ein derartiges Aufheizen ist jedoch vergleichsweise ineffizient. Insbesondere müsste eine zusätzliche Einheit entwickelt werden, die neben der konventionellen Zündung und dem Betrieb der Lampe, eine Wand des Glaskolbens aufheizt. Auch eine Aufheizung beispielsweise durch einen Glühwendel ist vergleichsweise aufwendig.
Die Überführung in den gasförmigen Zustand ist in jedem Fall zwingend notwendig zum Betrieb einer Hochfrequenzlampe, denn, erst wenn das Energieniveau entsprechend angehoben wurde, wird die Energie aufgewendet, um die Gase bzw. Salze anzuregen, so dass Licht emittiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochfrequenzlampe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe vorzuschlagen, die zu vergleichsweise geringen Belastungen für die Umwelt führen und insbesondere mit geringem Aufwand hergestellt bzw. betrieben werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Hochfrequenzlampe nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe nach Anspruch 9 sowie eine Verwendung von Glas nach Anspruch 13 und eine Verwendung eines Hochfrequenzsignals nach Anspruch 14 gelöst.
Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Hochfrequenzlampe gelöst, umfassend mindestens einen Glaskolben und mindestens eine Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals einer vorbestimmten Frequenz von vorzugsweise 10 MHz bis 100 GHz zu mindestens einem Kontaktbereich mindestens eines Glaskolbens, wobei der Glaskolben eine durch das Hochfrequenzsignal im gasförmigen Zustand ionisierbare Substanz enthält und zumindest abschnittsweise aus einem Glas besteht, das im Mittel einen Verlustfaktor tanδ von mindestens 2 × 10^–4, vorzugsweise mindestens 5 × 10^–4, weiter vorzugsweise mindestens 20 × 10^–4, noch weiter vorzugsweise mindestens 50 × 10^–4, gemessen bei einer Referenztemperatur von 20° C und einem Referenzsignal von 1 MHz, aufweist. Weiterhin ist ein transparentes Gehäuse, insbesondere ein zweiter, äußerer Glaskolben (oder Hüllkolben) vorgesehen, in dem der erste Glaskolben angeordnet ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, für den Glaskolben nicht das im Stand der Technik verwendete Quarzglas mit einem Verlustfaktor tanδ von (etwa) 1 × 10^–4 einzusetzen, sondern ein Glas mit einem größeren Verlustfaktor von insbesondere mindestens 2 × 10^–4. Dadurch kann der Glaskolben durch das Hochfrequenzsignal auf eine Temperatur, beispielsweise von mindestens 40° C, insbesondere von mindestens 120° C, vorzugsweise von mindestens 150° C, weiter vorzugsweise von mindestens 200°C, erwärmt werden, bei der Metallsalze, z. B. Natriumsalze oder Lithium-Jodid, anfangen zu verdampfen, was für den Betrieb der Lampe entscheidend ist. Der Grund für die Erwärmung des Glases liegt in der Frequenz und im Verlustfaktor tanδ des Dielektrikums, in diesem Falle Glas. Je höher die Frequenz und je größer der Verlustfaktor, desto mehr elektrische Energie wird im Glas in Wärme umgesetzt. Dieses Phänomen kann in Mikrowellenöfen, in denen Glas vergleichsweise gleichmäßig durch die elektromagnetische Wellen erwärmt wird, beobachtet werden. Dabei wir durch Rotation ein nahezu ungehinderter Temperaturanstieg des gesamten Glasgutes ermöglicht. Durch das transparente Gehäuse kann der Heizprozess weiter verbessert werden, insbesondere da eine thermische Isolation bereitgestellt wird. Dadurch kann der Wirkungsgrad beim Betrieb der Hochfrequenzlampe weiter gesteigert werden.
Die Leistung des Hochfrequenzsignals kann beispielsweise im Bereich von 0,1 W bis 100 W, insbesondere 5 W bis 80 W, vorzugsweise 10 W bis 30 W liegen. Eine Oberfläche des Glaskolbens kann vorzugsweise 4 cm² bis 200 cm², weiter vorzugsweise 10 cm² bis 100 cm² betragen. Die Dicke einer Wand des Glaskolbens kann beispielsweise 0,1 mm bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 5,0 mm betragen.
Die Substanz kann mindestens ein Metall- und/oder mindestens ein Halogenid und/oder mindestens ein Edelgas umfassen, insbesondere aus einem Metall-Halogen-Edelgas-Gemisch bestehen.
Für einen Glas-Verlustwinkel von tanδ von mindestens 2 × 10^–4 können unterschiedliche Glasvarianten in Betracht kommen. Im Allgemeinen kann der Begriff „Glas“ auch spezielle Keramiken oder Quarzgläser mit entsprechend hohem Verlustwinkel (beispielsweise erzeugt durch Verunreinigungen) umfassen.
Gemäß einem allgemeineren Gedanken der Erfindung, der unabhängig beansprucht wird, wird vorgeschlagen, eine Hochfrequenzlampe mit einer Hochfrequenzsignal-Erzeugungseinrichtung und einen Glaskolben auszustatten, wobei die erzeugbare Leistung und Frequenz des dem Glaskolben zuführbaren Hochfrequenzsignals und die strukturelle Ausbildung des Glaskolbens, insbesondere hinsichtlich seiner Fläche, seiner Geometrie, seiner Dicke und/oder seiner Materialzusammensetzung, derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine Erhitzung des Glaskolbens zumindest bereichsweise auf eine Temperatur von mindestens 40° C, insbesondere mindestens 120° C, vorzugsweise mindestens 150° C, weiter vorzugsweise mindestens 200° C durch das Hochfrequenzsignal ermöglicht ist.
Mit niederfrequenten Signalen im kHz-Bereich, wie sie für den Betrieb herkömmlicher Gasentladungslampen verwendet werden, lässt sich keine effiziente Heizung ermöglichen, da die Verluste des Glases bei niedrigen Frequenzen zu gering sind und außerdem auch bei herkömmlichen Gasentladungslampen standardmäßig Quarz mit einem äußerst kleinen Verlustfaktor von tanδ = 1 × 10^–4 zum Einsatz kommen.
Bei der erfindungsgemäßen Hochfrequenzlampe wird nun im Gegensatz zu bekannten Hochfrequenzlampen das Hochfrequenzsignal nicht nur zur Ionisierung und Anregung des Gases im Glaskolben eingesetzt, sondern auch zugleich zur Erwärmung der Wand des Glaskolbens auf die erforderliche Temperatur von mindestens 40° C. Dadurch kann die Hochfrequenzlampe vergleichsweise einfach hergestellt und betrieben werden. Die Verwendung von Quecksilber ist nicht zwingend notwendig. Dadurch wird auch die Gefährdung für die Umwelt und den Menschen reduziert. In diesem Zusammenhang wurde auch bewusst entgegen dem Trend im Stand der Technik, wo sich Quarzglas im Bereich der Gasentladungslampen und Hochfrequenzlampen durchgesetzt hat, die Verwendung eines Glases von „geringerer Qualität“ (beispielsweise „Fensterglas“) mit einem Verlustfaktor tanδ von mindestens 2 × 10^–4 vorgesehen. Durch ein derartiges Glas von „geringerer Qualität“ wurde somit bewusst – entgegen dem Trend im Stand der Technik – ein Nachteil in Kauf genommen, um die genannten Vorteile realisieren zu können.
Vorzugsweise ist der mittlere, vorbestimmte Verlustfaktor tanδ kleiner als 100 × 10^–4, weiter vorzugsweise kleiner als 80 × 10^–4, noch weiter vorzugsweise kleiner als 60 × 10^–4, noch weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 50 × 10^–4. Dadurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass der Glaskolben nicht bzw. nicht weit über das erforderliche Maß erhitzt wird, was den Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampen verbessert.
Der Verlustfaktor tanδ des Glases des Glaskolbens kann zumindest abschnittsweise konstant sein und/oder mit zunehmender Entfernung von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung, insbesondere zumindest abschnittsweise stetig und/oder in diskreten Schritten, zunehmen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Dicke des Glases des Glaskolbens konstant sein oder mit zunehmender Entfernung von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung, insbesondere zumindest abschnittsweise stetig und/oder in diskreten Schritten, zunehmen. Bei einer konstanten Ausbildung wird der Herstellungsaufwand reduziert. Bei einer Ausbildung mit variierender Dicke und/oder einem variierenden Verlustfaktor tanδ wird es ermöglicht, dass die Temperatur des Glaskolbens in Bereichen, die von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung weiter entfernt sind, einen ähnlichen oder (etwa) gleichen Betrag aufweist, wie innerhalb von Bereichen in der Nähe der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung bzw. in der Nähe oder innerhalb des Kontaktbereiches. Ein Temperaturgradient kann so reduziert werden oder sogar auf Null eingestellt werden. Eine Zunahme des Verlustfaktors und/oder der Dicke kann insbesondere linear sein. Der Verlustfaktor und/oder die Dicke des Glases kann an einem Punkt, der von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung am weitesten entfernt ist mindestens 1,5 mal, weiter vorzugsweise mindestens 2 mal, weiter vorzugsweise mindestens 3 mal so groß sein, wie an einem Punkt, der der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung am nächsten ist, insbesondere innerhalb des Kontaktbereiches liegt. Auch dadurch kann die Erwärmung, beispielsweise innerhalb und außerhalb des Kontaktbereiches, angeglichen werden, was die Effizienz beim Betrieb der Hochfrequenzlampe verbessert. Die Gefahr von Schäden durch einen vergleichsweise hohen Temperaturgradienten am Glaskolben kann vermindert werden.
Der Verlustfaktor tanδ lässt sich über die komplexe Impedanz Z oder die Phasenverschiebung φ zwischen Strom und Spannung innerhalb des Glaskolbens bei Hochfrequenz wie folgt berechnen: tanδ = tan Re Z/(Im Z); tanδ= tan(90° – |φ|).
Re steht für Realteil.
Im steht für Imaginärteil.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mindestens zwei, insbesondere zwei, Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtungen vorgesehen, die zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals von vorzugsweise 10 MHz bis 100 GHz zu je mindestens einem Kontaktbereich des Glaskolbens ausgebildet sind, und vorzugsweise sich gegenüberliegend angeordnet sind derart, dass der Glaskolben (im Wesentlichen) mittig zwischen den Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtungen liegt. Dadurch kann die Hochfrequenzsignal-Einkopplung vereinfacht werden. Weiterhin wird auch durch diese Maßnahme eine Temperaturvereinheitlichung (zumindest annähernd) erreicht. Insgesamt wird der Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampe nochmals verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsformist ein Zwischenraum zwischen dem transparenten Gehäuse, insbesondere im zweiten, äußeren Glaskolben, und dem ersten Glaskolben vorgesehen. Dadurch kann der Heizprozess weiter verbessert werden, insbesondere da eine thermische Isolation bereitgestellt wird. Dadurch kann der Wirkungsgrad beim Betrieb der Hochfrequenzlampe weiter gesteigert werden.
In einer nochmals abgewandelten Ausführungsform, die auch unabhängig beansprucht wird, ist der Glaskolben mindestens abschnittsweise, insbesondere innerhalb eines außerhalb des Kontaktbereiches liegenden Außenbereiches mit einer elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere (dünnen) Metallschicht beschichtet, insbesondere bedampft. Unter einer „dünnen“ Metallschicht bzw. elektrisch leitfähigen Schicht, soll eine Metallschicht (Metallschicht steht im Folgenden exemplarisch für eine elektrisch leitfähige Schicht) mit einer Schichtdicke von insbesondere 10 nm bis 1 µm, vorzugsweise 20 nm bis 200 nm verstanden werden. In jedem Fall sollte die Metallschicht so dünn sein, dass der Glaskolben noch optisch transparent ist. Die dünne und optisch transparente Metallschicht sorgt dafür, dass sich in einer vorbestimmten Entfernung vom Kontaktbereich, in dem das Hochfrequenzsignal zugeführt wird, eine erhöhte Feldstärke einstellt und somit der Glaskolben vergleichsweise gleichmäßig aufgeheizt wird. Dadurch kann ein Temperaturgradient reduziert werden, was die Gefahr von möglichen Schäden ebenfalls reduziert. Im Allgemeinen wird durch diese Ausnahme der Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampe erhöht. Zusätzlich sorgt die dünne Metallschicht für eine Abschirmung des Glaskolbens. Eine unerwünschte Abstrahlung des Hochfrequenzsignals wird gedämpft. Die (dünne) leitfähige Schicht (Metallschicht) dient somit sowohl der Schirmung als auch zum Heizen der Hochfrequenzlampe. Dadurch kann durch eine strukturelle Maßnahme gleich zwei Funktionen Rechnung getragen werden, was auf synergistische Weise die Herstellungskosten weiter verringert.
Vorzugsweise kann über die Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung eine monofrequente oder modulierte und/oder gepulste Frequenz zugeführt werden. Beispielsweise kann ein Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung des Hochfrequenzsignals der vorbestimmten Frequenz vorgesehen sein. Durch die Ausnutzung der dritten Harmonischen kann der Glaskolben besonders effizient erwärmt werden. Ein eventuell vorgesehener Hochfrequenzverstärker könnte auf einen entsprechenden Betrieb optimiert werden, so dass während der Startphase der Hochfrequenzlampe eine zusätzliche Erwärmung des Glaskolbens stattfindet aufgrund der höheren Verluste bei der höheren Frequenz. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Ausnutzung der dritten Harmonischen ist die leichtere Ionisierung der Gase. Mit zunehmender Frequenz muss nachweislich weniger Energie aufgewendet werden, um die Metallsalze zu ionisieren, was wiederum eine Reduktion der benötigten Energie bedeutet, was in allgemeiner Weise den Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampe verbessert.
Die oben genannte Aufgabe wird unabhängig durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe, insbesondere der vorbeschriebenen Art, gelöst, wobei ein Glaskolben derart bereitgestellt wird sowie ein Hochfrequenzsignal mit mindestens einer vorbestimmten Frequenz und Leistung derart generiert und dem Glaskolben zugeführt wird, dass sich der Glaskolben auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, bei der eine im gasförmigen Zustand durch das Hochfrequenzsignal ionisierbare Substanz, insbesondere ein ionisierbares Salz, von einer Innenwand des Glaskolbens verdampft wird. Bezüglich der Vorteile wird auf die bereits beschriebene Hochfrequenzlampe verwiesen. Auch bei den Verfahren ist somit ein grundsätzlicher Vorteil darin zu sehen, dass ein Hochfrequenzsignal sowohl für die Ionisierung des Leuchtstoffes als auch die Erwärmung des Glaskolbens eingesetzt werden kann.
Vorzugsweise wird neben einer Grundfrequenz, insbesondere während einer Startphase, eine dritte Harmonische der Grundfrequenz generiert und zugeführt. Die Startphase kann beispielsweise mindestens 5 Sekunden, insbesondere mindestens 20 Sekunden und/oder höchsten 200 Sekunden, insbesondere 100 Sekunden andauern.
Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Temperatur mindestens 40° C, insbesondere 120° C, vorzugsweise 150° C, weiter vorzugsweise 200° C. Dadurch kann eine effektive Abdampfung des Metallteils gewährleistet werden, was zu einem wirtschaftlichen Betrieb der Hochfrequenzlampe führt.
Vorzugsweise wird der Glaskolben derart bereitgestellt sowie das Hochfrequenzsignal mit mindestens einer vorbestimmten Frequenz und Leistung derart generiert und zugeführt, dass die vorbestimmte Temperatur im Wesentlichen zeitlich und/oder örtlich konstant ist, insbesondere eine zeitliche und/oder örtliche Varianz eines vorbestimmten zeitlichen und/oder örtlichen Mittelwertes der vorbestimmten Temperatur nicht größer ist als 30 %, vorzugsweise 20 %, weiter vorzugsweise 10 %, noch weiter vorzugsweise 5 %. Durch eine derartige Angleichung der Temperatur kann eine vergleichsweise geringe Durchschnittstemperatur bereits zu einer ausreichenden Abdampfung von Metallsalz führen, was zu einem effizienten Betrieb der Hochfrequenzlampe führt.
Die oben genannte Aufgabe wird unabhängig gelöst durch die Verwendung von Glas mit einem Verlustfaktor tanδ von mindestens 2 × 10^–4; vorzugsweise mindestens 5 × 10^–4; weiter vorzugsweise mindestens 20 × 10^–4; noch weiter vorzugsweise mindestens 50 × 10^–4 zur Herstellung eines Glaskolbens einer Hochfrequenzlampe, insbesondere der vorbeschriebenen Art, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens der vorbeschriebenen Art. Bezüglich der Vorteile wird auf das bereits beschriebene Verfahren sowie die entsprechende Hochfrequenzlampe verwiesen.
Die oben genannte Aufgabe wird weiter unabhängig gelöst durch die Verwendung eines Hochfrequenzsignals von vorzugsweise 100 MHz bis 1000 GHz, zum Aufheizen eines Lampenkolbens einer Hochfrequenzlampe, insbesondere der vorbeschriebenen Art, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens der vorbeschriebenen Art, insbesondere auf mindestens 40° C, vorzugsweise mindestens 120° C, noch weiter vorzugsweise mindestens 150° C.
Das Hochfrequenzsignal hat vorzugsweise eine Frequenz von 10 MHz bis 100 GHz, insbesondere 300 MHz bis 50 GHz, weiter vorzugsweise von 800 MHz bis 10 GHz, noch weiter vorzugsweise etwa 2 GHz bis 3 GHz, noch weiter vorzugsweise (etwa) 2,45 GHz.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der folgenden Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Glaskolben mit einer Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Glaskolbens mit einer Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Glaskolbens mit zwei Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtungen;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Glaskolbens mit einer Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung; und
5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines Glaskolbens mit einer Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt einen Glaskolben 10 und einen vorzugsweise abgeschirmten Wellenleiter 11 einer Hochfrequenzlampe. Der Wellenleiter 11 umfasst einen vorzugsweise koaxialen Außenleiter 12 und einen vorzugsweise im Querschnitt runden Innenleiter 13. Der Wellenleiter 11 kann so ausgeformt sein, dass eine Impedanztransformation, insbesondere gemäß DE 10 2007 057 581 A1 , ermöglicht ist. Das Hochfrequenzsignal wird dem Glaskolben 10 in einem Kontaktbereich 14, in dem der Wellenleiter 11 mit dem Glaskolben 10 in Kontakt steht, zugeführt. Es kann eine Elektrode, vorzugsweise Metallelektrode vorgesehen sein, die ggf. durch den Glaskolben geführt ist (nicht in den Figuren zu sehen).
In der Ausführungsform des Glaskolbens 10 gemäß 1 ist nur ein Glastyp vorgesehen. Die Dicke des Glaskolbens 10 ist konstant (kann jedoch abweichend von den Figuren auch variieren). Die Verwendung eines einzigen Glastyps erlaubt eine vergleichsweise kostengünstige Herstellung. Durch den Wellenleiter 11, der eine Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung darstellt, ist eine Hochfrequenzheizung realisiert, die mit der Ansteuerung zur Ionisation der Salze im Inneren des Glaskolbens 10 gekoppelt sein kann, um den Betrieb der Hochfrequenzlampe zu ermöglichen. Dabei kann zur Ionisation des Gases eine Impedanztransformation verwendet werden und das gleiche Signal zur Erwärmung der Glaswand verwendet werden. Der Wellenleiter 11 führt das vorzugsweise zuvor transformierte Hochfrequenzsignal der Brennkammer zu.
Der Glaskolben 10 kann vorzugsweise über eine insbesondere thermisch isolierende Verbindungsstelle 15 an dem Wellenleiter 11 befestigt sein. Vorzugsweise beträgt die thermische Leitfähigkeit der Verbindungsstelle 15 weniger als 0,5 W/(mK), insbesondere weniger als 0,1 W/(mK). Durch eine derartige thermische Isolierung kann die Erwärmung effizienter durchgeführt werden, was den Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampe steigert.
Das Hochfrequenzsignal kann über eine kapazitive Kopplung dem Glaskolben 10 bzw. einer (gasgefüllten) Brennkammer 16 innerhalb des Glaskolbens 10 zugeführt werden.
Dabei wird der Glaskolben an einer Einkopplungsstelle 17 am stärksten erwärmt. Vorzugsweise wird dennoch auch auf der gegenüberliegenden Seite des Glaskolbens 10 eine Temperatur von mindestens 80° C, insbesondere mindestens 40° C, erreicht. Dabei sollte jedoch vermieden werden, dass zu große Temperaturgradienten auftreten, was zu einem Zerstören des Glases aufgrund von Spannungen führen könnte.
Die Zuführung des Hochfrequenzsignals in 2 erfolgt auf dieselbe Art und Weise wie in 1. Der Glaskolben 10 in 2 ist jedoch abweichend von 1 ausgebildet. Der Glaskolben 10 ist hier in einen ersten Glaskolbenabschnitt 21, einen zweiten Glaskolbenabschnitt 22, einen dritten Glaskolbenabschnitt 23 sowie einen vierten Glaskolbenabschnitt 24 unterteilt. Der erste Glaskolbenabschnitt 21, der sich im Kontaktbereich 14 bzw. dem Bereich der Hochfrequenzeinkopplung befindet, besteht aus einem hochwertigen Glas mit einem niedrigen Verlustfaktor tanδ von beispielsweise 1 × 10^–4 bis 1,5 × 10^–4. Mit zunehmender Entfernung von dem Wellenleiter 11 werden Gläser mit größeren Verlustfaktoren verwendet. Beispielsweise im zweiten Glaskolbenabschnitt kann ein Verlustfaktor tanδ von 1,5 × 10^–4 bis 2 × 10^–4 ausgebildet sein. Im dritten Glaskolbenabschnitt kann der Verlustfaktor tanδ 2 × 10^–4 bis 3 × 10^–4 betragen. Im vierten Glaskolbenabschnitt kann der Verlustfaktor tanδ 3 × 10^–4 bis 5 × 10^–4 betragen.
Das Hochfrequenzsignal strahlt nicht nur auf das Glas des Glaskolbens, sondern auch gleichzeitig in die Brennkammer 16 ein, in der dann die erhitzten bzw. verdampften Gase ionisiert werden und dadurch die Lichtemission eingeleitet wird.
Die Unterteilung des Glaskolbens in Bereiche mit verschiedenen Verlustfaktoren kann, wie in 2, diskret, in zuvor festgelegte Bereiche erfolgen, alternativ jedoch auch stufenlos ausgeführt sein. Durch eine stufenlose Ausführung lässt sich die Wandtemperatur besonders genau einstellen, wodurch ggf. eine gleichmäßige Temperatur der Wand erreicht werden kann. Jedoch auch bei der diskreten Ausführung kann eine vergleichsweise gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht werden. Somit kann verhindert werden, dass ein Bereich der Hochfrequenzlampe eine zu geringe Temperatur aufweist und die Lampe nicht in Betrieb genommen werden kann. Zum Anderen kann verhindert werden, dass der Glaskolben lokal zu heiß wird und sich zu starke Temperaturgradienten ausbilden, die zur Zerstörung des Glases führen können.
Dadurch können ggf. auftretende Probleme durch eine lokale Erhöhung der Temperatur in der Nähe der Hochfrequenzeinkopplung reduziert oder vermieden werden. Bei einem homogen ausgebildeten Glaskolben ist grundsätzlich keine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erwarten. Die Temperatur ist abhängig von der Entfernung zum Bereich der Einkopplung. Der „Cold Spot“ (kältester Punkt des Glaskolbens) kann dabei maßgebend für den Betrieb einer Hochfrequenzlampe sein und ist beispielsweise bei der Verwendung eines kugelförmig ausgebildeten Glaskolbens 10 gegenüber der Einkopplung (bei einseitiger Ankopplung) zu erwarten. Bei zweiseitiger Ankopplung (die im Folgenden näher beschrieben wird) ist der „Cold Spot“ am Glaskolben in der Mitte zwischen den Einkopplungen zu erwarten.
In 3 ist eine Ausführungsform der Hochfrequenzlampe ausschnittsweise gezeigt, bei der neben dem Glaskolben 10 und dem ersten Wellenleiter 11 ein zweiter Wellenleiter 31 mit entsprechend dem ersten Wellenleiter 11 ausgebildetem Außenleiter 32 und Innenleiter 33 vorgesehen. Bezüglich der Ausbildung des zweiten Wellenleiters 31 sowie des ersten Wellenleiters 11 (gemäß 3) wird auf die Ausführungsformen gemäß 1 und 2 verwiesen. Die Wellenleiter 11, 31 können (auch bei den übrigen Ausführungsformen) mit differenzieller Technik angesteuert werden, um im Zentrum der Brennkammer 16 ein lokales Maximum der Feldstärke zu erzeugen und gleichzeitig den Glaskolben beidseitig aufzuheizen.
Der Glaskolben 10 ist auch im Ausgangsbeispiel gemäß 3 inhomogen ausgebildet und umfasst einen ersten Glaskolbenabschnitt 41, einen zweiten Glaskolbenabschnitt 42, einen dritten Glaskolbenabschnitt 43, einen vierten Glaskolbenabschnitt 44 und einen fünften Glaskolbenabschnitt 45, wobei vorzugsweise der erste Glaskolbenabschnitt 41 und der fünfte Glaskolbenabschnitt 45 aus einem gleichen Material bestehen und noch weiter vorzugsweise der zweite Glaskolbenabschnitt 42 und der vierte Glaskolbenabschnitt 44 ebenfalls aus einem gleichen Material bestehen. Der erste Glaskolbenabschnitt 41 befindet sich im Kontaktbereich 14 des ersten Wellenleiters 11. Der fünfte Glaskolbenabschnitt befindet sich im Kontaktbereich 14 des zweiten Wellenleiters 31. Der erste Glaskolbenabschnitt 41 sowie der fünfte Glaskolbenabschnitt 45 sind aus einem Material, das einen vergleichsweise geringen Verlustfaktor tanδ aufweist. Der zweite Glaskolbenabschnitt 42 und der vierte Glaskolbenabschnitt 44, die unmittelbar an die jeweiligen Kontaktbereiche 14 angrenzen, sind aus einem Material gefertigt, das einen höheren Verlustfaktor tanδ aufweist. Der dritte Kontaktbereich 43, der zwischen dem zweiten Kontaktbereich 42 und dem vierten Kontaktbereich 44 liegt, weist einen noch höheren Verlustfaktor tanδ auf.
4 zeigt einen Ausschnitt einer Hochfrequenzlampe, wobei der erste Glaskolben 10 innerhalb eines zweiten Glaskolbens 50 vorgesehen ist. Ein Zwischenraum 51 zwischen zweitem Glaskolben 50 und erstem Glaskolben 10 ist vorzugsweise evakuiert bzw. evakuierbar. Dadurch kann der Heizprozess zusätzlich unterstützt werden, was einen wirtschaftlichen Betrieb der Hochfrequenzlampe ermöglicht. Der zweite Glaskolben 50 wird durch eine Halterung, insbesondere ein äußeres Gehäuse 52 gehalten. Der zweite Glaskolben 50 kann satiniert oder klar sein. Das Hochfrequenzsignal kann analog den 1 und 2 über den Wellenleiter 11 bzw. dessen Außenleiter 12 und Innenleiter 13 zu dem ersten Glaskolben 10 zugeführt werden. Der erste Glaskolben 10 gemäß 4 besteht aus einem ersten Glaskolbenabschnitt 53, einem zweiten Glaskolbenabschnitt 54 und einem dritten Glaskolbenabschnitt 55, wobei deren Verlustfaktor in der genannten Reihenfolge ansteigen. Der dritte Glaskolbenabschnitt 55 ist gegenüber dem ersten Glaskolbenabschnitt 53 angeordnet, der wiederum in dem Kontaktbereich 14 angeordnet ist. Der zweite Glaskolbenabschnitt 54 ist zwischen dem ersten Glaskolbenabschnitt 53 und dem dritten Glaskolbenabschnitt 55 angeordnet. Der evakuierte Zwischenraum 51 gewährleistet eine thermische Isolation des ersten Glaskolbens 10. Die Ausführungsform gemäß 4 ist auch auf eine zweiseitige Ansteuerung, wie in 3 gezeigt, erweiterbar.
Die Ausführungsform gemäß 5 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 1, wobei jedoch der Glaskolben 10 in einem Außenbereich 56, der außerhalb des Kontaktbereiches 14 liegt, mit einer (dünnen) Metallschicht 57 bedampft ist. Die (dünne) Metallschicht 57 kann vorzugsweise mit dem Außenleiter 12 des Wellenleiters 11 elektrisch verbunden sein, wobei der Außenleiter 12 weiter vorzugsweise mit Masse verbunden ist (was auch bei den anderen Ausführungsformen der Fall sein kann. Die (dünne und optisch durchsichtige) Metallschicht 57 ermöglicht es, dass sich in einer gewissen Entfernung vom Kontaktbereich 14 eine erhöhte Feldstärke einstellt und somit das Glas vergleichsweise gleichmäßig aufgeheizt wird. Außerdem ermöglicht diese (dünne) Metallschicht 57 eine Abschirmung der Lampe. Eine Abstrahlung des Hochfrequenzsignals wird dadurch gedämpft.
Die Verluste und somit auch die Erwärmung des Glaskolbens sind abhängig vom Verlustfaktor tanδ des Glases und von der Frequenz. Durch die Verwendung der dritten Harmonischen besteht eine weitere Möglichkeit die Temperaturerhöhung des Glaskolbens zu beeinflussen. Ein vorgesehener Hochfrequenzverstärker könnte auf einen entsprechenden Betrieb optimiert werden, so dass während einer Startphase der Hochfrequenzlampe eine zusätzliche Erwärmung des Glaskolbens 10 stattfinden kann, aufgrund der dann höheren Verluste bei der höheren Frequenz.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung der dritten Harmonischen ist eine leichtere Ionisierung der Gase. Mit zunehmender Frequenz muss weniger Energie aufgewendet werden, um die Metallseite zu ionisieren, was wiederum eine Reduktion der benötigten Energie bedeutet.
Gegenüber den in der Einleitung erwähnten Hochfrequenz-Antennenlampen findet bei den hier beschriebenen Hochfrequenzlampen weniger (fast keine) Hochfrequenzabstrahlung statt und die Lampe ist zulassungsfähig. Weiterhin kann der Wirkungsgrad verbessert werden. Die Hochfrequenzlast (des gefüllten Glaskolbens) ist vergleichsweise hochohmig, wodurch bei Anpassung sehr große elektrische Feldstärken bei kleinen Leistungen gegeben sind.
Die Aufheizung des Glaskolbens der Hochfrequenzlampe wird durch ein- bzw. zweiseitige Einstrahlung einer Mikrowelle realisiert. Die Temperaturgradienten auf der Wand des Glaskolbens können minimiert werden, so dass die Temperatur der gesamten Wand des Glaskolbens vergleichsweise homogen verteilt ist.
Die Hochfrequenzlampe kann zum Aufbau von mikrowellengetriebenen (hochfrequenzgetriebenen) Entladungslampen genutzt werden, die insbesondere dazu geeignet sind, die Eigenschaften im Hinblick auf Wirkungsgrad, Emissionsspektrum, Kosten, Langlebigkeit und Nachhaltigkeit zu verbessern.
Die Hochfrequenzlampe eignet sich aufgrund Ihres Viel-Linienspektrums besonders gut zum Einsatz in Privathaushalten als Lichtquelle.
Die mikrowellengetriebene Hochfrequenzlampe lässt sich mittels Hochfrequenzelektronikbauelementen, die aufgrund des Telekommunikationsmarktes vergleichsweise preisgünstig verfügbar sind, und üblicher Gasentladungslampentechnologie sehr preiswert fabrizierten, zumal die Hochspannungsanforderungen deutlich geringer sind im Vergleich zu klassischen Starterschaltungen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Änderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste

10: Glaskolben
11: Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung (Wellenleiter)
12: Außenleiter
13: Innenleiter
14: Kontaktbereich
15: Verbindungsstelle
16: Brennkammer
17: Einkopplungsstelle
21: erster Glaskolbenabschnitt
22: zweiter Glaskolbenabschnitt
23: dritter Glaskolbenabschnitt
24: vierter Glaskolbenabschnitt
31: zweiter Wellenleiter
32: Außenleiter
33: Innenleiter
41: erster Glaskolbenabschnitt
42: zweiter Glaskolbenabschnitt
43: dritter Glaskolbenabschnitt
44: vierter Glaskolbenabschnitt
45: fünfter Glaskolbenabschnitt
50: zweiter Glaskolben
51: Zwischenraum
52: Gehäuse
53: erster Glaskolbenabschnitt
54: zweiter Glaskolbenabschnitt
55: dritter Glaskolbenabschnitt
56: Außenbereich
57: Metallschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007057581 A1 [0009, 0018, 0019, 0056]

Claims

Hochfrequenzlampe, umfassend mindestens einen Glaskolben (10) und mindestens eine Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung (11) zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals einer vorbestimmten Frequenz von vorzugsweise 10 MHz bis 100 GHz zu mindestens einem Kontaktbereich (14) mindestens eines Glaskolbens (10), wobei der Glaskolben (10) eine durch das Hochfrequenzsignal im gasförmigen Zustand ionisierbare Substanz enthält und zumindest abschnittsweise aus einem Glas besteht, das im Mittel einen Verlustfaktor tanδ von mindestens 2 × 10^–4, vorzugsweise mindestens 5 × 10^–4, weiter vorzugsweise mindestens 20 × 10^–4, noch weiter vorzugsweise mindestens 50 × 10^–4, gemessen bei einer Referenztemperatur von 20° C und einem Referenzsignal von 1 MHz, aufweist, wobei ein transparentes Gehäuse, insbesondere ein zweiter, äußerer Glaskolben (50) vorgesehen ist, in dem der erste Glaskolben (10) angeordnet ist.
Hochfrequenzlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere, vorbestimmte Verlustfaktor tanδ kleiner als 100 × 10^–4, vorzugsweise kleiner als 80 × 10^–4, noch weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 50 × 10^–4 ist.
Hochfrequenzlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlustfaktor tanδ und/oder die Dicke des Glases des Glaskolbens (10) zumindest abschnittsweise konstant ist oder mit zunehmender Entfernung von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung (11), insbesondere zumindest abschnittsweise stetig, vorzugsweise linear und/oder in diskreten Schritten, zunimmt.
Hochfrequenzlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlustfaktor tanδ und/oder die Dicke des Glases des Glaskolbens (10) an einem Punkt, der von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung (11) am weitesten entfernt ist, mindestens 1,5 mal, vorzugsweise mindestens 2 mal, noch weiter vorzugsweise mindestens 3 mal so groß ist wie an einem Punkt, der der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung am nächsten ist, insbesondere innerhalb des Kontaktbereiches (14) liegt.
Hochfrequenzlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, insbesondere zwei, Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtungen (11, 31) vorgesehen sind, die zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals von vorzugsweise 10 MHz bis 100 GHz zu je mindestens einem Kontaktbereich (14) des Glaskolbens (10) ausgebildet sind und vorzugsweise sich gegenüberliegend angeordnet sind derart, dass der Glaskolben (10) im Wesentlichen mittig zwischen den Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtungen (11, 31) liegt.
Hochfrequenzlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenraum (51) zwischen dem transparenten Gehäuse und dem ersten Glaskolben (10) evakuierbar bzw. evakuiert ist.
Hochfrequenzlampe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des Glaskolbens (10) mindestens abschnittsweise, insbesondere innerhalb eines außerhalb des Kontaktbereichs (14) liegenden Außenbereiches (56) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere dünnen Metallschicht, (57) beschichtet, insbesondere bedampft ist.
Hochfrequenzlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung des Hochfrequenzsignals der vorbestimmten Frequenz, wobei die Frequenz ggf. monofrequent oder moduliert und/oder gepulst ist.
Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Glaskolben (10) derart bereitgestellt wird, sowie ein Hochfrequenzsignal mit mindestens einer vorbestimmten Frequenz und Leistung derart generiert und dem Glaskolben (10) zugeführt wird, dass sich der Glaskolben (10) auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, bei der eine im gasförmigen Zustand durch das Hochfrequenzsignal ionisierbare Substanz von einer Innenwand des Glaskolbens (10) verdampft wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Hochfrequenzsignal ein monofrequentes oder moduliertes und ggf. gepulstes Hochfrequenzsignal generiert und zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Temperatur mindestens 40° C, vorzugsweise mindestens 120° C, noch weiter vorzugsweise mindestens 150° C, noch weiter vorzugsweise mindestens 200° C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskolben (10) derart bereitgestellt wird sowie das Hochfrequenzsignal mit mindestens einer vorbestimmten Frequenz und Leistung derart generiert und zugeführt wird, dass die vorbestimmte Temperatur im Wesentlichen zeitlich und/oder örtlich konstant ist, insbesondere eine zeitliche und/oder örtliche Varianz eines vorbestimmten örtlichen und/oder zeitlichen Mittelwertes der vorbestimmten Temperatur kleiner ist als 30 %, 20 %, vorzugsweise 10 %, weiter vorzugsweise 5 %.
Verwendung von Glas mit einem Verlustfaktor tanδ von größer als 2 × 10^–4, vorzugsweise 5 × 10^–4, noch weiter vorzugsweise 20 × 10^–4, noch weiter vorzugsweise 50 × 10^–4 zur Herstellung eines Glaskolbens (10) einer Hochfrequenzlampe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis Verwendung eines Hochfrequenzsignals zum Aufheizen eines Lampenkolbens (10), insbesondere einer Hochfrequenzlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 12, insbesondere auf mindestens 40° C, vorzugsweise mindestens 120° C, noch weiter vorzugsweise mindestens 150° C.