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Technisches Gebiet
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Die
erfindung betrifft eine Entladungslampe mit zumindest teilweise
dielektrisch beschichteten innenliegenden Elektroden.
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Entladungslampen
mit dielektrisch beschichteten Elektroden sind für sogenannte dielektrisch behinderte
Entladungen ausgelegt, bei denen aufgrund der dielektrischen Beschichtung
nur ein Verschiebungsstrom fließen
kann und die daher im Hochfrequenzbereich betrieben werden. Entladungslampen dieses
Typs sind an sich bekannt, insbesondere auch als Hg-freie Entladungslampen,
die zur Erzeugung von Edelgas-Excimeren, insbesondere Xe-Excimeren, vorgesehen
sind.
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Ferner
sind solche Entladungslampen mit langgestreckt bahnförmigen Elektroden
bekannt, also Elektrodenformen, die im Verhältnis zu ihrer Breite und erst
recht Dicke eine erhebliche Länge aufweisen.
Solche Elektrodenbahnen sind auch als Paare mit im Betrieb unterschiedlicher
Polarität – im DC-
oder auch im AC-Betrieb – bekannt,
die zueinander einen im Wesentlichen konstanten Abstand halten. Über diesen
Entladungsabstand brennen im Betrieb Entladungen zwischen den beiden
Elektroden eines Paares, wobei die Entladungen je nach spezifischer
Ausgestaltung der Elektrodenform und nach den Betriebsbedingungen
in einzelne Entladungsstrukturen gegliedert oder auch als mehr oder
weniger zusammenhängende
Gesamtentladungen ausgebildet sein können. Solche Elektrodenpaare
mit einem im Wesentlichen konstanten Entladungsabstand sind insbesondere
als gerade langgestreckte Elektrodenstreifenpaare an den Wänden flacher
planarer Entladungsgefäße und auch
von dünnen
stabförmigen
Entladungslampen bekannt. Bei solchen Elektrodenpaaren können übrigens
an einer oder beider der Elektroden klei ne Vorsprünge ausgebildet sein,
die zur Lokalisierung einzelner Entladungsstrukturen durch elektrisch
bedingte Vorzugsplätze dienen,
den Entladungsabstand aber nur geringfügig ändern.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine
Entladungslampe mit zumindest einem Paar langgestreckt bahnförmiger Elektroden
anzugeben, die konstruktive Vorteile bietet.
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß und zumindest
zwei Elektroden in dem Entladungsgefäß, die langgestreckt bahnförmig und
als Paar aus durch den Entladungsabstand im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeten
Elektroden ausgebildet sind und von denen zumindest eine dielektrisch
beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar eine
Bahnform mit einer Mehrzahl Bahnkurven aufweist, wobei die Elektroden
des Elektrodenpaares in den Bahnkurven im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet
sind.
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Die
Erfindung richtet sich ferner auf ein Beleuchtungssystem aus einer
solchen Entladungslampe und einem dazu passenden elektronischen
Vorschaltgerät.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben und werden im Folgenden näher erläutert.
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Die
wesentlichen Merkmale der Erfindung liegen darin, dass die Elektroden
des zumindest einen Elektrodenpaares innerhalb des Entladungsgefäßes liegen
und dabei trotz ihres im Wesentlichen gleichmäßigen Entladungsabstandes eine
Mehrzahl Kurven in dem Entladungsgefäß beschreiben. Diese Elektrodenstruktur
bietet gegenüber
gerade entlang dem Entladungsgefäß laufenden
Elektroden den Vorteil, dass die Gesamtelektrodenlänge unabhängig von
den Abmessungen des Entladungsgefäßes ist, insbesondere länger ausfallen
kann. Die Anordnung innerhalb des Entladungsgefäßes hat wiederum gegenüber außenliegenden
Elektroden den Vorteil, dass nicht die Entladungsgefäßwände eine
bestimmte Mindestdicke für
die Stärke
der dielektrischen Schicht (und den Entladungsabstand) vorgeben,
die sowohl hinsichtlich der Effizienz als auch hinsichtlich der
zu erzielenden Spannung und damit der Vorschaltgerätauslegung
nachteilig sein kann. Vielmehr können
unabhängig
von der Entladungsgefäßgeometrie
Elektrodenabstände
und – längen gewählt werden,
die ausschließlich
durch die gewünschten elektrischen
Parameter bestimmt sind. Es können auch
verschiedene Elektrodengeometrien für ein und dieselbe Entladungsgefäßform und
-wandstärke
eingesetzt werden, um die elektrischen Parameter zu variieren. Insbesondere
lässt sich
die Elektrodenlänge
besonders leicht so einstellen, dass bei einer vorgegebenen Lampenleistung
die gewünschte
Stromdichte in den Entladungen erzielt werden kann und nicht etwa
aufgrund zu geringer Gesamtlänge
eine ungünstig
hohe Stromdichte gewählt
werden muss.
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Hierbei
ist wesentlich, dass die Elektroden die beschriebenen Bahnkurven
gewissermaßen
gemeinsam und "synchron" miteinander ausführen, also
nicht etwa Phasenunterschiede vorgegeben sind, aufgrund derer die
Bahnkurven zu einer entsprechenden Modulation des Entladungsabstandes führen. Die
bereits eingangs erwähnten
kleinen Vorsprünge
zur Festlegung des Ortes von Einzelentladungen, die aus dem Stand
der Technik bekannt sind, sind natürlich auch im Rahmen dieser
Erfindung möglich,
weswegen der Entladungsabstand nur "im Wesentlichen" gleichmäßig sein soll. Dies bedeutet aber
auch, dass die Kurvenform an sich keinen relevanten Einfluss auf
den Entladungsabstand ausüben soll.
Im Übrigen
kann der Elektrodenabstand natürlich
außerhalb
der Kurven und des Entladungsbereichs abweichen, also etwa im Bereich
der Zuführung
zu den elektrischen Kontakten.
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Vorzugsweise
schließen
die erwähnten
Kurven aneinander an, sind also nicht durch wesentliche geraden
Längen
der Elektroden getrennt. Ferner sind die Elektronenbahnen im Entladungsbereich,
also in dem Teil ihrer Länge,
in dem Entladungen auftreten sollen, praktisch vollständig aus
Bahnkur ven gebildet. In dieser Form lassen sich besonders große Elektrodenlängen in
begrenzten Längen
eines Entladungsgefäßes unterbringen.
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Ferner
sind die Elektrodenformen vorzugsweise unverzweigt, also in einem
durchgehend. Auch sollen sich dabei die Bahnkurven so ergeben, dass man
gewissermaßen
bei einem Durchlauf durch eine Kurve immer in gleicher Richtung
entlang den Elektroden entlang fährt
und nicht an einer der beiden Elektroden auf dem gleichen Streckenabschnitt
hin- und zurückfahren
muss.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung sieht zweidimensionale Kurven vor, also
Elektrodenbahnen, die im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Besonders bevorzugt
sind mäandrierende
Elektrodenbahnen, etwa sinusförmige
oder andere wellenförmige
Ausgestaltungen.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind die Elektroden dreidimensional
geformt und die Kurven räumlich
angelegt. Besonders bevorzugt sind dabei gewickelte Formen, insbesondere
Helixformen. Der Begriff der gewickelten Form soll dabei aber auch
solche mit variabler Ganghöhe
oder variablem Radius umfassen.
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Die
Elektroden können
sowohl im zweidimensionalen als auch im dreidimensionalen Fall auf einem
Träger
gehalten sein, um ihre räumliche
Struktur zu stabilisieren. Sie können
auch unter Zuhilfenahme des Trägers
hergestellt worden sein, etwa durch Abscheidung auf einem Träger in Form
einer danach verfestigten Flüssigkeit,
durch Aufwickeln auf einen Träger
oder in anderer Form.
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Der
Begriff der gewickelten Form und insbesondere der Helixform umfasst übrigens
auch "doppelt gewickelte" Formen, etwa so,
wie sie von doppelt gewendelten Glühlampendrähten bekannt sind. Es soll
sich dort also die Elektrodenform helixförmig entlang einer Achse winden,
die ihrerseits wieder eine Helixform beschreibt bzw. sollen entsprechend
doppelt gewickelte Formen vorliegen. Zur Illustration wird auf das
dritte Ausführungsbeispiel
verwiesen.
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Ferner
kann im Rahmen der Erfindung in besonders einfacher Weise eine Zündhilfselektrode
eingesetzt werden, die insbesondere bei einem von außen gut
zugänglichen
Träger
der Elektroden leicht aufgebracht werden kann und die sogenannte
Dunkelzündfähigkeit
einer Lampe wesentlich verbessert.
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Günstig sind
insbesondere röhrenförmige Entladungsgefäße, insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
solche mit kreisförmigem
Querschnitt. Die Mäanderformen
oder Wickelformen der Elektroden können sich dabei günstigerweise
entlang der Röhrenachse
entwickeln.
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Schließlich sind
im Rahmen der dielektrisch behinderten Entladungen solche Entladungslampen bevorzugt,
die Hg-frei arbeiten und zur Erzeugung von Edelgas-Excimeren ausgelegt
sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei
die dargestellten Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich
sein können.
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1 zeigt
einen schematisierten Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Entladungslampe
als erstes Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt
in entsprechender Weise ein zweites Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt
in entsprechender Weise ein drittes Ausführungsbeispiel.
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4a und 4b zeigen
in entsprechender Weise ein viertes Ausführungsbeispiel.
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5a und 5b zeigen
in entsprechender Weise ein fünftes
Ausführungsbeispiel.
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Bevorzugte
Ausführung
der Erfindung
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1 zeigt
eine stabförmige
Entladungslampe mit einem zylindrischen Entladungsgefäß 1,
das einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist. Die Zylinderachse liegt in 1 horizontal
in der Papierebene.
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An
der Innenwand des Mantels des Entladungsgefäßes 1 sind in an sich
bekannter Weise eine Reflexionsschicht und eine Leuchtstoffschicht
abgeschieden, die gemeinsam mit 2 bezeichnet sind.
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Innerhalb
des Entladungsgefäßes 1 ist
ferner ein Kernrohr 3 aus Glas als Elektrodenträger in nicht dargestellter
Weise angebracht. Um das Kernrohr 3 sind in Schraubenlinienform
zwei Paare aus Elektroden 4 bis 7 gewickelt und
in ebenfalls nicht dargestellter Weise elektrisch kontaktiert. Die
mechanische Halterung von Glasrohren oder Glaskörpern innerhalb eines Entladungsgefäßes und
die elektrische Kontaktierung von innenliegenden Elektroden sind an
sich bekannt und für
den technischen Fachmann ohne Weiteres durchführbar, sodass sie hier nicht
näher dargestellt
werden müssen.
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Auf
die Elektrodenpaare 4, 5 und 6, 7 und
auf das Kernrohr 3 ist hier ein dünner Hüllkolben 8 aufgebracht,
der in 1 nur symbolisch dargestellt ist und tatsächlich aufgeschmolzen
ist. Es handelt sich einfach um ein dünnwandiges Glasrohr, das auf
die Elektroden aufgeschoben und dann als dielektrische Schicht aufgeschmolzen
werden kann, um eine dielektrische Beschichtung aller Elektroden 4 bis 7 sicherzustellen.
Stattdessen kann auch ein Glaslot in flüssiger Form aufgetragen werden
und verfestigt werden, wie dies von dielektrisch behinderten Entladungslampen
an sich bekannt ist.
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Bei
den Elektroden 4 bis 7 handelt es sich hier um
auf das Kernrohr 3 aufgewickelte Drähte. Stattdessen können natürlich auch
an sich aus dem Bereich der dielektrisch behinderten Entladungslampen
bekannte Techniken verwendet werden, etwa das Auftragen flüssiger Ag-Pasten.
Statt des Drahtes kann auch eine Metallfolie aufgewickelt werden.
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Die
Elektrodenpaare 4, 5 und 6, 7 bilden
eine zu dem Entladungsgefäß 1 konzentrische
Helixform und können
durch Anpassung der Ganghöhe
mit von der Länge
und auch vom Radius des Entladungsgefäßes 1 praktisch unabhängiger Gesamtlänge ausgelegt
werden. Ferner lässt
sich der Entladungsabstand, nämlich
der über
die Länge
der Elektrodenpaare im Wesentlichen gleichbleibende Abstand zwischen
den Elektroden 4 und 5 bzw. 6 und 7 unabhängig von
der Entladungsgefäßgeometrie
und insbesondere unabhängig
von der Wandstärke
des Entladungsgefäßes 1 auslegen.
Schließlich
kann die Dicke des Dielektrikums 8 deutlich niedriger sein
als die Wandstärke
des Entladungsgefäßes 1.
Die Wandstärke
des Entladungsgefäßes 1 kann
damit nach Stabilitäts-
und Gewichtsgründen
optimiert werden und muss nicht aus elektrischen Gründen niedriger als
aus anderer Perspektive gewünscht
ausfallen. Die dargestellte Helixform bietet eine gute Homogenität der Elektrodenverteilung
im Entladungsgefäß. Zur Vermeidung
von unerwünschten
Entladungen bei, wie dargestellt, geringem Abstand zwischen den Elektrodenpaaren,
als zwischen den Elektroden 5 und 6, und/oder
bei geringer Ganghöhe,
also zwischen den Elektroden 4 und 7, sind die
Elektroden 4 und 7 und die Elektroden 5 und 6 jeweils
gleichpolig. Die Abstände
zwischen den Elektroden 4 und 7 bzw. 5 und 6 sind
daher unabhängig
vom Entladungsabstand wählbar.
Insbesondere könnten
sie gleich sein. Benachbarte Paare gleichpoliger Elektroden könnten auch
zu einer Elektrode zusammengeführt
werden. Es hat sich jedoch bereits in der Vergangenheit gezeigt,
dass bei dielektrisch behinderten Entladungen eine gewisse Beeinflussung
einzelner Entladungsstrukturen an entgegengesetzten Seiten einundderselben
Anode möglich
ist und daher jedenfalls die Anoden vorteilhafterweise doppelt ausgeführt sein sollten.
Im bipolaren Betrieb würde
das dann für
alle Elektroden gelten.
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Im Übrigen lässt sich
die Geometrie auch leicht durch Variationen der Ganghöhe und/oder
des Radius an gewünschte
Leuchtdichteverteilungen anpassen, ohne von dem Grundgedanken der
aufgewickelten Elektrodenform abzuweichen.
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Das
Bezugszeichen 10 verweist im Übrigen auf eine an sich bekannte
Zündhilfselektrode
mit hier nicht dargestellter separater Kontaktierung. Es handelt
sich um eine aktive Zündhilfe,
die beim Start der Lampe durch das Vorschaltgerät so beaufschlagt wird, dass
ein Zündfunke
entsteht.
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2 zeigt
eine Variante zu 1 mit einem glasherstellungstechnisch
einfacheren halbkugelförmigen
Ende 9 des Entladungsgefäßes 1'. Allerdings ist hier mit 10a eine
passive Zündhilfe
eingezeichnet, nämlich
eine Hilfselektrode, die in diesem Bereich das elektrische Feld
so beeinflusst, dass die Lampe an dieser Stelle besser zündet. Im Übrigen entspricht dieses
zweite Ausführungsbeispiel
dem ersten Ausführungsbeispiel
aus 1 und wird daher nicht weiter erläutert. Die
Bezugsziffern sind daher auch weggelassen.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel. Der
Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass der Träger 3', also das Kernrohr,
hier selbst helixförmig
ausgebildet ist. Die hier nicht eingezeichneten Elektroden sind
einzeln oder auch mehrfach paarweise über das Kernrohr 3' gewickelt,
also gewissermaßen
doppelhelixförmig.
Die resultierende Elektrodenform entspricht also der Form von sogenannten
doppelt gewendelten Glühlampendrähten. Dieses
Ausführungsbeispiel
bietet also zwei Radien und zwei Ganghöhen zur Variation und kann insbesondere
bei größeren Entladungslampen
eine verbesserte Homogenität
erreichen, insbesondere wenn die beiden Radien, also der Radius
des Querschnitts des Kernrohres 3' und der Radius seiner Helixform,
weniger deutlich verschieden sind als in 3 der grafischen
Klarheit halber gezeichnet.
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Die 4a und 4b zeigen
schließlich eine
Längs-
bzw. Querschnittsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiel, bei dem ein
Paar Elektroden 4', 5' im Wesentlichen
sinusförmig
und dabei zweidimensional verlaufen. In der linken, in der Perspektive
den 1–3 entsprechenden
Darstellung liegen die Elektroden also in der Papierebene und sind
nicht räumlich
gewickelt wie in den ersten drei Ausführungsbeispielen. Die rechte
Einzeldarstellung zeigt dementsprechend einen um 90° gedrehten Schnitt
und vertikal und mittig einen Träger 3'' für die Elektroden 4', 5'.
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Das
letzte Ausführungsbeispiel
in den 5a und 5b entspricht
weitgehend den Erläuterungen
zu den 4a, 4b, jedoch
zeigt dieses Ausführungsbeispiel
einen im Schnitt in der rechten Einzeldarstellung polygonförmigen,
nämlich
hier sechseckigen, Träger 3'''.
Auf den einzelnen Facetten des Trägers 3''' sind jeweils
Elektrodenpaare 4a, 5a bzw. 4b, 5b bzw. 4c, 5c vorgesehen,
die dem Elektrodenpaar 4', 5' aus den 4a, 4b entsprechen.
Damit kann die Lichtabstrahlung erhöht und nach verschiedenen Richtungen
ausgerichtet werden.