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Die
Erfindung betrifft ein Bestrahlungsgerät, das insbesondere zur kosmetischen
oder medizinischen Körperbräunung eingerichtet
ist.
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Geräte zur künstlichen
UV-Bestrahlung des menschlichen Körpers weisen häufig eine
größere Anzahl
von Niederdruck-Gasentladungslampen
auf, die dazu angeordnet sind, den menschlichen Körper großflächig mit
UV-Licht, insbesondere UVA-Licht zu bestrahlen. Beispielsweise zeigt
dazu die Gebrauchsmusterschrift G83 13 920.6 mehrere Anordnungen,
die jeweils eine größere Anzahl
von UVA- und/oder UVB-Leuchtstoffröhren enthalten.
Diese sind parallel zueinander angeordnet und mit einem Vorschaltgerät verbunden.
Das Vorschaltgerät
ist mit dem elektrischen Versorgungsnetz verbunden.
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Die
Leuchtstofflampen haben eine erhebliche Länge, so dass sie einen durchschnittlichen
Erwachsenen von Hals- oder Kopf bis Fuß beleuchten können. Sie
sind über
ihre gesamte Länge
von Strom durchflossen. Bei einer Lampenleistung von beispielsweise
80 Watt fließt
ein erheblicher Lampenstrom. Der menschliche Körper wird somit nicht nur der
gewünschten
UVA-Bestrahlung, sondern auch einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt,
das von dem Lampenstrom hervorgerufen wird. Die physiologische Wirkung
eines solchen Feldes ist umstritten. Zur Vermeidung von Gefahren
soll es möglichst
nur schwach sein.
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Außerdem müssen Leuchtstofflampen über Vorschaltgeräte mit dem
Netz verbunden werden, wobei sich der Aufwand hinsichtlich der Vorschaltgeräte mit der
Anzahl der verwendeten Leuchtstofflampen erhöht. Je größer die Lampenzahl ist, desto
größer ist
auch die Anzahl der zu verwendenden Vorschaltgeräte. Der damit verbundene Aufwand
soll möglichst
gesenkt werden.
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Davon
ausgehend ist es Ziel der Erfindung ein Konzept anzugeben, mit dem
sich der technische Aufwand bei einem Bestrahlungsgerät vermindern lässt. Außerdem soll
eine Möglichkeit
angegeben werden, mit der sich die Exposition des zu bestrahlenden
menschlichen Körpers
gegenüber
niederfrequenten magnetischen Wechselfeldern reduzieren lässt.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1 gelöst:
Das
erfindungsgemäße Bestrahlungsgerät enthält eine
Vielzahl von Gasentladungslampen, die paarweise in Reihe geschaltet
sind. Eine solche Reihenschaltung zweier oder mehrerer Gasentladungslampen
bildet zusammen mit einer Vorschaltdrossel einen Lampenstrang. Dieser
ist vorzugsweise zwischen die Leiter eines Mehrphasenwechselstromsystems
geschaltet. Dies ergibt mehrere Vorteile. Ein erster Vorteil liegt
darin, dass für
zwei Lampen jeweils nur ein Vorschaltgerät erforderlich ist. Wegen der Reihenschaltung
zweier Gasentladungslampen weist die Vorschaltdrossel in Betrieb
lediglich einen geringen Spannungsabfall auf. Die Dimensionierung
der Vorschaltdrossel gestattet somit die Einsparung von Kupfer und
Eisen. Die Nutzung der Leiterspannung, d. h. der zwischen zwei Leitern
des Mehrphasenwechselstromssystems auftretenden Spannung zum Betrieb
der Gasentladungslampen gestattet außerdem die Reihenschaltung
der Gasentladungslampen auch dann, wenn diese eine erhebliche Baulänge und
somit eine erhebliche Lampenleistung und in Betrieb einen relativ
hohen Spannungsabfall aufweisen. Es können Gasentladungslampen in
Reihe geschaltet werden, deren Länge
an die menschliche Körpergröße heranreicht.
Die erfindungsgemäße Anordnung
der Gasentladungslampen kann alle Gasentladungslampen oder auch
nur einen Teil derselben betreffen.
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Insgesamt
lässt sich
somit der Bauaufwand für
ein Bestrahlungsgerät
gegenüber
Lösungen
reduzieren, bei denen jeder Gasentladungslampe individuell eine
Vorschaltdrossel zugeordnet ist.
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Vorzugsweise
werden die Gasentladungslampen in mehrere Gruppen eingeteilt und
die Lampenstränge
dieser Gruppen werden zwischen verschiedene Leiter des Mehrphasenwechselstromsystems
geschaltet. Dadurch lässt
sich die von dem Bestrahlungsgerät
aufgenommene elektrische Leistung auf mehrere Leiter des Mehrphasenwechselstromsystems
verteilen. Bei einer vorteilhaften Lösung werden zwischen die Leiter
des Mehrphasenwechselstromsystems jeweils gleich viele Lampenstränge geschaltet,
so dass die Netzbelastung im Wesentlichen symmetrisch ist.
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Vorzugsweise
werden die Gasentladungslampen eines jeden Lampenstranges einander
benachbart angeordnet. Dabei werden diese Lampen wiederum vorzugsweise
gegensinnig von Strom durchflossen. Dies führt zu einem sehr geringen
Verdrahtungsaufwand. Während
die Gasentladungslampen beispielsweise am Kopfende mit der Vorschaltdrossel
und dem Netz verbunden werden, werden sie am Fußende lediglich untereinander
verbunden. Eine die Länge
der Gasentladungslampe überbrückende Leitung
ist allenfalls für
den Starter erforderlich. Es ist auch möglich die Gasentladungslampen
lediglich an jeweils einem Ende vorzuheizen. Eine parallel zur Gasentladungslampe
laufende Zündleitung
ist in diesem Fall überflüssig, was
den Verdrahtungsaufwand weiter senkt.
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Es
ist möglich,
die Lampenstränge
der verschiedenen Gruppen jeweils nebeneinander anzuordnen. Im Dreiphasensystem
ergeben sich damit zumindest zwei vorzugsweise aber drei Gruppen,
die beispielsweise über
drei Segmente einer Leuchtfläche
verteilt angeordnet sein können.
Es ist aber auch möglich,
die Lampenstränge
der verschiedenen Gruppen miteinander verschachtelt anzuordnen. Dies
ergibt noch geringere magnetische Feldstärken im Innenraum der Bestrahlungseinrichtung.
Außerdem
ergibt sich eine geringere Fortbewegungsgeschwindigkeit des magnetischen
Felds, was dessen physiologische Wirkungen weiter reduziert.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder
von Ansprüchen. Die
Beschreibung beschränkt
sich auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten. Die
Zeichnung offenbart weitere Details und ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:
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1 ein
Bestrahlungsgerät
in schematischer Seitenansicht.
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2 das
Bestrahlungsgerät
nach 1 im Vertikalschnitt.
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3 eine
schematische Darstellung einer zu dem Bestrahlungsgerät gehörigen Bestrahlungseinrichtung
im Vertikalschnitt.
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4 eine
abgewandelte Ausführungsform der
Bestrahlungseinrichtung im Vertikalschnitt.
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5 eine
schematische Darstellung einzelner zu der Bestrahlungseinrichtung
gehöriger
Lampen unter Andeutung der Stromdurchflussrichtung.
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6 einen
Lampenstrang in einer ersten Ausführungsform anhand seines Schaltbildes.
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7 einen
Lampenstrang in einer zweiten Ausführungsform anhand seines Schaltbildes.
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8 die
Lampenstränge
mehrerer Gruppen und deren räumliche
Anordnung sowie deren Anschluss an ein Dreiphasenwechselspannungsnetz als
Schaltbild und
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9 eine
alternative Anordnung der Lampenstränge dreier Gruppen und deren
Anschluss an das Dreiphasenwechselspannungsnetz als Schaltbild.
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In 1 ist
ein Bestrahlungsgerät 1 veranschaulicht,
das einen oben mit einer Liegefläche 2 versehenen
Unterbau und oben eine Haube 4 aufweist, die bei Bedarf
geöffnet
werden kann und eine Bestrahlungseinrichtung 5 beherbergt.
Zu der Bestrahlungseinrichtung 5 gehören viele einzelne Gasentladungslampen 6.1 bis 6.30,
die in drei Gruppen, 7, 8, 9, angeordnet
sind. Diese Gruppen 7, 8, 9 sind in 3 veranschaulicht.
Sie sind nebeneinander angeordnet und miteinander nicht verschachtelt.
In jeder Gruppe sind die Gasentladungslampen 6.1 bis 6.30 zueinander
parallel angeordnet. Vorzugsweise umfasst jede der Gruppen 7, 8, 9 eine
gerade Anzahl von Gasentladungslampen 6.1 bis 6.10; 6.11 bis 6.20; 6.21 bis 6.30.
Es können
z. B. insgesamt 54 Lampen oder eine abweichende Anzahl vorgesehen werden.
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Bei
den Gasentladungslampen 6.1 bis 6.30 handelt es
sich vorzugsweise um UVA-Leuchtstofflampen, die z. B. eine mit Quecksilber
dotierte Edelgasfüllung
aufweisen. Die Lampenrohre sind beispielsweise 1,80 m lang und an
ihren Enden mit Heizwendeln versehen. 6 veranschaulicht
dies beispielhaft für
die Gasentladungslampen 6.1 und 6.2. An ihren
Enden sind sie mit Heizwendeln 10, 11, 12, 13 versehen,
die jeweils zwei aus dem Lampenrohr herausgeführte Enden aufweisen. Die beiden Gasentladungslampen 6.1 und 6.2 sind
wie in 6 veranschaulicht, zueinander parallel angeordnet, elektrisch
aber in Reihe geschaltet. Dies kann beispielsweise nach dem aus
den 5 und 6 hervorgehenden Schema erfolgen.
Die Reihenschaltung der beiden Gasentladungslampen 6.1, 6.2 miteinander
und mit einer Vorschaltdrossel 14 in Gestalt einer Spule
mit geblechtem Eisenkern bildet ein Lampenstrang 15. Zwei
Enden der Heizwendeln 10, 11 sind untereinander
durch eine Zündleitung 16 und
einen konventionellen Starter 17 verbunden. Der Starter wird
im Wesentlichen durch eine Glimmentladungsröhre gebildet, in der ein Bimetallschalter
zur Überbrückung der
Elektroden angeordnet ist. Die Zündspannung
des Starters 17 liegt oberhalb der Brennspannung der Gasentladungslampe 6.1.
Alternativ können
elektronische Starterschaltungen Anwendung finden.
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Entsprechend
sind zwei Enden der Heizwendeln 12, 13 untereinander
durch eine Zündleitung 18 verbunden,
in der ein Starter 19 angeordnet ist, der mit dem Starter 17 baugleich
ist. Im Übrigen
sind die Heizwendeln 11, 13 untereinander. Die
nicht mit den Zündleitungen 16, 18 verbundenen
Enden der Heizwendeln 10, 12 dienen der Stromversorgung. Sie
sind direkt bzw. über
die Vorschaltdrossel 14 mit Leitern ST eines Dreiphasenwechselspannungsnetzes
verbunden. Die übrigen
Gasentladungslampen 6.3 bis 6.30 bilden paarweise
entsprechende Lampenstränge.
Die Gasentladungslampen 6.1 bis 6.30 sind untereinander
vorzugsweise gleich ausgebildet. Ebenso sind die Vorschaltdrosseln 14 aller
Lampenstränge
vorzugsweise untereinander gleich ausgebildet. Zwischen den Leitern
S und T des Dreiphasenwechselspannungsnetzes liegt beispielsweise
eine Wechselspannung von 400 Volt an. Die Vorschaltdrossel 14 ist
auf den Betriebsstrom der Gasentladungslampen 6.1 bis 6.30 abgestimmt.
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Die
Reihenschaltung der Gasentladungslampen 6.1 bis 6.4 ist
in 5 schematisch veranschaulicht. Die jeweilige Stromflussrichtung
ist in jeder Gasentladungslampe durch eine Reihe kleiner Pfeile
bzw. Dreiecke angedeutet. Die beiden Gasentladungslampen 6.1, 6.2 des
Lampenstrangs 15 sind wie die Gasentladungslampen der übrigen Lampenstränge gegensinnig
von Strom durchflossen. Die Gasentladungslampen 6.1, 6.2 des
Lampenstrangs 15 bilden somit eine Leiterschleife, die
aber nur eine geringe Fläche
umschließt
und somit nur einen geringen magnetischen Fluss erzeugt. Dies gilt
entsprechend für
alle anderen Lampenstränge.
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Die
Lampenstränge
der Gruppe 7 können
in einem ersten Segment, wie 3 zeigt,
als Gruppe angeordnet sein. Ebenso können die Lampenstränge der
Gruppe 8 in einem zweiten Segment und die Lampenstränge der
Gruppe 9 in einem dritten Segment der Bestrahlungseinrichtung
angeordnet sein. Dies entspricht der elektrischen Zusammenschaltung nach 8.
Die Lampenstränge
der Gruppe 7 sind zueinander parallel an zwei Leiter S
und T des Dreiphasenwechselspannungsnetzes angeschlossen. Die Lampenstränge der
Gruppe 8 sind zueinander parallel an zwei Leiter S und
R des Dreiphasenwechselspannungsnetzes angeschlossen. Die Lampenstrange
der Gruppe 9 sind wiederum zueinander parallel an zwei
Leiter R und T des Dreiphasenwechselspannungsnetzes angeschlossen.
Die Lampenstränge
sind an das Dreiphasenwechselspannungsnetz in Dreieckschaltung angeschlossen.
Es ergibt sich bei gleicher Anzahl von Lampensträngen in allen drei Gruppen 7, 8, 9 eine
symmetrische Belastung des Wechselspannungsnetzes. Durch den 120° Phasenversatz
zwischen den drei Leitern R, S und T ergibt sich ein von den Gasentladungslampen 6.1 bis 6.30 ausgehendes
magnetisches Wanderfeld, das im 50 Hz-Rhythmus die Bestrahlungseinrichtung 5 in
Umfangsrichtung durchwandert. Dasselbe kann abgeschwächt werden,
indem benachbarte Lampenstränge
antiparallel geschaltet werden, so dass deren Magnetfelder einander
um 180° entgegengesetzt
gerichtet sind.
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Es
ist auch möglich,
die Lampenstränge
der drei Gruppen 8 und 9, wie in 9 veranschaulicht miteinander
verschachtelt anzuordnen. Dies ist auch in 4 angedeutet.
Es besteht dann zwischen benachbarten Lampensträngen jeweils ein 120° Phasenversatz
des fließenden
Stroms und somit des entstehenden Magnetfelds. Es bildet sich ein
magnetisches Wanderfeld aus, das eine geringere Reichweite hat und
sich langsamer bewegt. Im vorliegenden Fall mit 5 Lampensträngen pro
Gruppe weist es 1/5 der Fortpflanzungsge schwindigkeit im Vergleich
zu der Anordnung nach 3 auf. Entsprechend geringer
sind die im Körper
der bestrahlten Person induzierten Spannungen und physiologischen
Wirkungen.
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Die
Lampenstränge
können
bedarfsweise erheblich vereinfacht werden, wie 7 anhand
eines Lampenstrangs 15' zeigt.
Dieser Lampenstrang 15' ist
hinsichtlich seines Verdrahtungsaufwands optimiert. Seine beiden
Gasentladungslampen 6.1 und 6.2 sind räumlich parallel
zueinander angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet, dabei
aber gegensinnig stromdurchflossen. Die Heizwendeln 11, 13 sind untereinander
mittels zumindest einer Leitung 20 verbunden. Optional
können
ihre anderen Enden über eine
zweite Leitung 21 verbunden sein. Weiter ist es möglich, die
beiden Enden jeder Heizwendel 11, 13 zu überbrücken und
die Heizwendeln 11, 13 dann miteinander zu verbinden.
Die erstgenannte und die letztgenannte Lösung ergeben einen besonders niedrigen
Verdrahtungsaufwand.
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Ein
Ende der Heizwendel 10 ist mit einem Leiter S des Wechselspannungsnetzes
verbunden. Ein Ende der Heizwendel 12 ist über die
Vorschaltdrossel 14 mit einem anderen Leiter T des Wechselspannungsnetzes
verbunden. Die anderen Enden der beiden Heizwendeln 10, 12 sind
untereinander durch eine Startereinrichtung 22 verbunden.
Diese besteht im einfachsten Fall aus einer Reihenschaltung der
Starter 17, 19. Es kann auch eine anderweitige
Startereinrichtung vorgesehen sein. In diesem Lampenstrang 15' werden nur
die Heizwendeln 10, 12 vorgeheizt. Die Heizwendeln 11, 13 bleiben
kalt. Die zum Zünden
der Gasentladungslampen 6.1, 6.2 erforderliche
Stoßionisation
geht von Elektronenwolken der Heizwendeln 10, 12 aus.
Wie ersichtlich, ist bei dieser Anordnung keine Leitung entlang
der Gasentladungslampen 6.1, 6.2 erforderlich.
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Alle
diskutierten Schaltungen kommen mit einer Vorschaltdrossel 14 für zwei Gasentladungslampen 6.1, 6.2 aus.
Als Drossel ist jeweils eine einfache Spule, vorzugsweise ohne Anzapfung
und lediglich zwei Anschlüssen
vorgesehen. Auch dies hält den
Verdrahtungsaufwand niedrig.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Bestrahlungsgerät 1 sind
Gasentladungslampen 6.1 bis 6.30 vorgesehen, die
jeweils paarweise in Reihe und über eine
gemeinsame Vorschaltdrossel 14 mit Betriebsstrom versorgt
werden. Die Lampenstränge
sind vorzugsweise zwischen die Leiter eines Mehrphasenwechselstromnetzes
geschaltet, um eine weitgehend symmetrische Netzbelastung zu erzielen.
Vorzugsweise sind benachbarte Gasentladungslampen 6.1, 6.2 gegensinnig
stromdurchflossen, wodurch sich eine niedrige Magnetfeldbelastung
des Nutzers und ein geringer Verdrahtungsaufwand ergeben.
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- 1
- Bestrahlungsgerät
- 2
- Liegefläche
- 3
- Unterbau
- 4
- Haube
- 5
- Bestrahlungseinrichtung
- 6.1–6.30
- Gasentladungslampen
- 7,
8, 9
- Gruppen
- 10–13
- Heizwendeln
- 14
- Vorschaltdrossel
- 15,
15'
- Lampenstrang
- 16
- Zündleitung
- 17
- Starter
- 18
- Zündleitung
- 19
- Starter
- 20,
21
- Leitungen
- 22
- Startereinrichtung