DE102013103670A1

DE102013103670A1 - HF-Lampe mit dielektrischem Wellenleiter

Info

Publication number: DE102013103670A1
Application number: DE102013103670.8A
Authority: DE
Inventors: Christoph Kaiser; Rainer Kling; Holger Heuermann; Stephan Holtrup
Original assignee: Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Current assignee: Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-30
Also published as: WO2014166934A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine HF-Lampe. Derartige HF-Lampen umfassen einen Lampenkörper, eine HF-Steuerelektrode zur Einspeisung von HF-Energie und einen Oszillator zur Erzeugung der HF-Energie. Bekannte HF-Lampen lassen sich jedoch nur schwer auf gleichmäßige Temperaturen bringen und weisen daher keinen optimalen Wirkungsgrad auf. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine HF-Lampe vorzuschlagen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist. Diese Aufgabe wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass ein dielektrischer Wellenleiter vorgesehen wird, der sich über größere Bereiche innerhalb des Lampenkörpers erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine HF-Lampe nach Anspruch 1.
Grundsätzliches Ziel bei der Herstellung einer Lampe ist es, unter Einsatz von möglichst wenig umweltgefährdeten Materialien möglichst effizient Licht mit einem möglichst guten Farbspektrum bereitzustellen.
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 einem in einem Entladungsgefäß (Ionisationskammer, beispielsweise Quarzglaskolben) enthaltenen Gas handelt es sich üblicherweise um ein Gemisch aus Metalldämpfen (beispielsweise Quecksilber) und Edelgasen (beispielsweise Argon) und ggf. weiteren Gasen (beispielsweise Halogenen). Gasentladungslampen werden in die Klassen Nieder- und Hochdruckentladungslampen unterteilt. Bei Niederdruckentladungslampen findet eine Glimmentladung statt, bei Hochdruckentladungslampen eine Bogenentladung. Die Lampen benötigen üblicherweise ein Vorschaltgerät.
Eine Sonderform der Gasentladungslampe ist die sog. „Schwefellampe”. Sie besteht aus einer mit Schwefel und Argon befüllten Quarzglaskugel. In der Quarzglaskugel wird durch Hochfrequenzeinstrahlung ein Plasma erzeugt. Ein Vorschaltgerät enthält ein Magnetron, das aufgrund der endlichen Lebensdauer einer stark beheizten Kathode eine geringere Haltbarkeit als andere Lampenvorschalttechniken aufweist. Aufgrund eines hohen Kühlaufwands hat sich die Schwefellampe trotz guter Lichteigenschaften und Wirkungsgrade in der Breite nicht etabliert. Weitergehende Informationen können der DE 10 2007 057 581 A1 entnommen werden. Im Allgemeinen sind Lichtsysteme mit Schwefellampen vergleichsweise teuer und haben sich daher nur in Nischenmärkten (beispielsweise in der Gewächshausbeleuchtung) etabliert.
Weiterhin sind HF-Lampen bekannt, die beispielsweise bei 2,45 GHz betrieben werden. Diese Lampen arbeiten mit vergleichsweise geringen Hochfrequenzleistungen von 5 bis 200 W und verwenden keine Hohlleiterankopplung, sondern eine TEM-Leitung (Koaxialleitung) mit einer Innenleiterelektrode (vgl. Emission Properties of Compact Antenna-Excited Super-High Pressure Mercury Microwave Discharge Lamps, T. MIZOJIRI, Y. MORIMOTO, and M. KANDO; Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 6A, 2007, Numerical analysis of antenna-excited microwave discharge lamp by finite element method; M. Kando, T. Fukaya and T. Mizojiri; 28th ICPIG, July 15–20, 2007, Prague, Czech Republik). Da diese Lampen lange Drähte (= Elektroden) als Antenne nutzen, sollten diese Lampen passender als HF-Antennenlampen bezeichnet werden. Diese HF-Antennenlampen wie auch die Schwefellampen weisen keine Impedanztransformatoren auf. Weiterhin kommen die HF-Antennenlampen ohne Schaltkreis zur Zündung aus, benötigen aber eine vergleichsweise hohe Leistung, nämlich mehr als 30 W Mikrowellenleistung. Beide Konzepte (HF-Antennenlampen sowie Schwefellampen) umfassen Antennen von herkömmlichen Gasentladungslampen. Dies hat den Nachteil, das Hochfrequenzstrahlung (ungewollt) in vergleichsweise hohem Maße emittiert wird.
Höhere Plasmaeffizienten und somit auch ein bessere Lichtausbeute (in Lumen pro Watt) erzielt man mit HF-Lampen, die Impedanztransformatoren aufweisen. Eine derartige HF-Lampe ist in der DE 10 2007 057 581 A1 beschrieben. Mittels einer derartigen Transformation wird die Spannung bei der Einkopplung hochtransformiert und damit eine Ionisation bei vergleichsweise geringer elektrischer Leistung erreicht.
Klassische Gasentladungslampen (insbesondere Niederdrucklampen) nutzen das ionisierte Plasma als ohmsche Last für niederfrequente Signale bis in den kHz-Bereich. Dafür wird üblicherweise eine Glasröhre als schlankes, langes (ggf. gewickeltes) Rohr ausgelegt. Die HF-Lampe ist hingegen eine Hochfrequenz- bzw. Mikrowellenplasmalampe. Das Plasma wird üblicherweise bei 2.45 GHz erzeugt. Dieses bildet sich (zumindest bei einer unsymmetrischen Einspeisung) als Kugel um eine Einspeiselektrode aus. Die Anbindung gegen Masse ist stark kapazitiv.
Eine typische Aufbauform dieser HF-Lampe (Mikrowellenplasmalampe) insbesondere für Nieder- und Mitteldruckanwendungen umfasst eine Ansteuerelektronik, einen HF-Transformator und einen Glaslampenkörper. HF-Transformator und Lampenkörper können als getrennte Module ausgelegt sein. Bei einer derartigen Aufbauform kann die HF-Leistung (rein) kapazitiv eingekoppelt werden. Dies hat die Vorteile, dass eine vergleichsweise preisgünstige Herstellung ermöglicht wird und dass das Gas (Plasma) nicht durch Metallelektroden verunreinigt wird. Insgesamt wird eine vergleichsweise hohe Lebensdauer und die Möglichkeit eines quecksilberarmen oder -freien Aufbaus realisiert. Ein Abbrennen der Elektroden tritt bei einem derartigen Aufbau nicht auf. Insgesamt kann die Aufbauform als „elektrodenloser Aufbau” bezeichnet werden, d.h. die Elektrode endet nicht im Glaslampenkörper, sondern ist (vollständig) außerhalb des Glaslampenkörpers angeordnet.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Niederdruck-Gasentladungslampen einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad, unbefriedigende Lichtspektren, ungenügende Farbtemperatur, aufweisen, schwer dimmbar sind, im Design vergleichsweise wenig variabel gestaltet werden können, Quecksilber enthalten und eine vergleichsweise lange Startphase benötigen. Die Schwefellampe hat eine vergleichsweise hohe Farbtemperatur und somit ein weißes Lichtspektrum. Die technischen Anforderungen für diese Lampe sind jedoch vergleichsweise aufwendig und daher teuer.
Die HF-Lampe weist demgegenüber zahlreiche Vorteile (siehe oben) auf. Jedoch hat auch die bekannte HF-Lampe den Nachteil eines vergleichsweise niederohmigen Volumenwiderstandes am Einspeisepunkt (insbesondere bei Anwendungen im Nieder- und Mitteldruckbereich und Lampen mit Einspeiseleistungen von über 10 W). Der Volumenwiderstand wird mit zunehmendem Abstand zum Einspeisepunkt immer hochohmiger. Am Einspeisepunkt wird sehr viel Mikrowellenenergie ins Plasma eingespeist, im hinteren Bereich deutlich weniger. Die Lampe lässt sich somit nur schwer (oder gar nicht) auf gleichmäßige Temperaturen bringen und weist daher keinen optimalen Wirkungsgrad auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine HF-Lampe vorzuschlagen, die einen verbesserten Wirkungsgrad, insbesondere eine gleichmäßigere Temperaturverteilung, aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine HF-Lampe nach Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine HF-Lampe gelöst, umfassend einen Lampenkörper (Glaskolben), mindestens eine HF-Steuerelektrode zur Einspeisung von HF-Energie in den Lampenkörper an mindestens einen Einspeisebereich, einen Oszillator zur Erzeugung der HF-Energie, vorzugsweise einen Leistungsverstärker zur Anhebung der Leistung der HF-Energie, einen dielektrischen Wellenleiter, wobei zumindest ein Abschnitt des dielektrischen Wellenleiters an dem Einspeisebereich der HF-Steuerelektrode angeordnet ist und wobei sich der dielektrische Wellenleiter innerhalb des Lampenkörpers erstreckt, wobei eine Länge des dielektrischen Wellenleiters mindestens einem Drittel, vorzugsweise mindestens der Hälfte, eines maximalen Durchmessers des Lampenkörpers entspricht. Weiter vorzugsweise kann der dielektrische Wellenleiter mindestens 70 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 80 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 90 % eines maximalen Durchmessers des Lampenkörpers entsprechen. Unter „maximalem Durchmesser” soll bei variierendem Durchmesser das Maximum aller messbaren Innendurchmesser des Lampenkörpers verstanden werden. Unter der Länge des Wellenleiters soll vorzugsweise dessen maximale Ausdehnung verstanden werden. Die maximale Ausdehnung ist dabei das Maximum aller messbaren Ausdehnungen in sämtliche Richtungen. Bei einer Ellipse wäre beispielsweise die maximale Ausdehnung die Ausdehnung entlang der Richtung, die durch die große Halbachse definiert ist. Bei einem länglichen Zylinder, ist die maximale Ausdehnung durch die Ausdehnung in Richtung der Zylinderachse definiert.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, dass sich der dielektrische Wellenleiter über größere Bereiche innerhalb des Lampenkörpers erstreckt, nämlich vorzugsweise über mindestens ein Drittel eines maximalen Durchmessers des Lampenkörpers.
Der elektrische Wellenleiter sorgt dafür, dass ein Großteil der Energie verlustarm von einem Einspeisepunkt weg in das Innere des Lampenkörpers transportiert werden kann. Dies ermöglicht eine vergleichsweise homogene Leistungsverteilung innerhalb des Plasmas und vermeidet einen niederohmigen Volumenwiderstand im Einspeisebereich. Im Gegensatz zur HF-Lampe gemäß DE 10 2007 057 581 A1 kann dadurch mehr Leistung in das gleiche Entladungsvolumen eingekoppelt werden, so dass eine höhere Leistungskonzentration erreicht wird. Beispielsweise kann bei einer zylinderförmigen Niederdrucklampe mit einem Zylinderdurchmesser von 2 cm, bei einer Länge von 6 cm, bei einer HF-Leistung über 10 W, erheblich mehr Energie in einen Glaskolben eingespeist werden und die Energieabsorption im Glaskolben (Lampenkörper) ist insgesamt gleichmäßiger. Dadurch werden der Wirkungsgrad und die maximale Energieeinkopplung erheblich gesteigert. Weiterhin können variable Designs (beispielsweise Flächenlampen und andere Ausgestaltungen) hergestellt werden. Bei der HF-Lampe gemäß DE 10 2007 057 581 A1 müsste (insbesondere bei Niederdruckanwendungen) an mehreren Punkten eingespeist werden (was aufwendiger und teurer ist sowie zu einer größeren Dimensionierung der HF-Lampe führt), um eine vergleichbare Leistungsaufnahme und einen vergleichbaren Wirkungsgrad zu erreichen.
Abgesehen von den beschriebenen Unterschieden kann die erfindungsgemäße HF-Lampe ausgebildet sein, wie in der DE 10 2007 057 581 A1 . Weiterhin kann eine Regelschaltung gemäß der (noch nicht veröffentlichten) deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2011 055 624.9 vorliegen.
Vorzugsweise grenzt mindestens ein Ende, weiter vorzugsweise zwei (beide) Enden des dielektrischen Wellenleiters an den Lampenkörper an (sind beispielsweise angeschmolzen). Es ist jedoch auch denkbar, dass die Enden des dielektrischen Wellenleiters nicht (unmittelbar) an den Lampenkörper angrenzen, wobei in diesem Falle ggf. der Einspeisebereich an einem Abschnitt des dielektrischen Wellenleiters liegt, der zwischen dessen Enden liegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung grenzt mindestens ein Ende des dielektrischen Wellenleiters an den Einspeisebereich an. Insgesamt kann durch die genannten Maßnahmen effektiv Leistung in das Entladungsvolumen eingekoppelt werden, was den Wirkungsgrad steigert.
In einer Ausführungsform kann die HF-Steuerelektrode zur kapazitiven Einkopplung der HF-Energie in den Lampenkörper ausgebildet sein (also ggf. vollständig außerhalb des Lampenkörper angeordnet sein). Dadurch wird eine Verschmutzung des Innenraums des Lampenkörpers durch Abdampfungen von der HF-Steuerelektrode vermieden, was Lebensdauer und Qualität der HF-Lampe verbessert. In einer alternativen Ausführungsform kann die HF-Steuerelektrode direkt an einen Innenraum des Lampenkörpers (vorzugsweise als eingeschmolzener Draht) eingekoppelt sein. Durch eine derartige Maßnahme lässt sich effektiv Energie in den Lampenkörper einkoppeln.
Vorzugsweise ist der Lampenkörper rotationssymmetrisch ausgebildet. Beispielsweise kann der Lampenkörper zylindrisch, elliptisch oder als Kugel ausgebildet sein. Dadurch lässt sich besonders effektiv und gleichmäßig Energie im Lampenkörper absorbieren. Alternativ oder zusätzlich kann der dielektrische Wellenleiter rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Der dielektrische Wellenleiter kann beispielsweise als Stab (ggf. rotationssymmetrisch) und/oder als Rohr (ebenfalls rotationssymmetrisch) ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn der dielektrische Wellenleiter an einem dem Einkopplungsbereich zugeordneten, ersten Ende und/oder an einem zweiten Ende an dem Lampenkörper angebracht (insbesondere angeschmolzen) ist. Auch durch derartige Maßnahmen lässt sich effektiv und homogen Energie einkoppeln. Dadurch wird der Wirkungsgrad erheblich gesteigert.
In einer Ausführungsform umfasst der Lampenkörper (Glaskolben) zwei, vorzugsweise planparallele Platten. Alternativ oder zusätzlich kann der dielektrische Wellenleiter als Stab oder Rohr ausgebildet. Der Stab oder das Rohr können (vorzugsweise mäanderförmig) gebogen sein. Der Stab oder das Rohr können in einen (vorzugsweise mittigen) Einkopplungsbereich und/oder an mindestens einem Ende angeschmolzen sein. Im Allgemeinen kann ein mittlerer Abschnitt des Stabes oder Rohres dem Einkopplungsbereich zugeordnet sein. Unter einem „mittleren Abschnitt” soll insbesondere ein Abschnitt verstanden werden, der eine Entfernung zu beiden Enden des Stabes aufweist, die mindestens 10 % der gesamten Länge, vorzugsweise mindestens 30 % der gesamten Länge des Stabes oder Rohres ausmachen. Diese Ausführungsform eignet sich beispielsweise als Flächenlampe (einem Monitor ähnelnd). Dabei wird eine homogene Energieeinkopplung homogen ermöglicht. Insgesamt zeichnet sich diese Ausführungsform durch einen hohen Wirkungsgrad und eine gleichmäßige Energieverteilung aus.
Zwischen den Platten ist bevorzugtermaßen mindestens ein Steg, insbesondere Glassteg, angeordnet. Der Steg (Glassteg) kann an eine oder beide Platten angebracht (angeschmolzen) sein. Besonders bevorzugt liegen mehrere Stege (Glasstege) vor, beispielsweise vier (oder mindestens vier). Dadurch kann eine stabile, plattenförmige HF-Lampe mit hohem Wirkungsgrad realisiert werden. Die Stege bilden vorzugsweise eine seitliche Umrandung im Kantenbereich.
Vorzugsweise ist mindestens eine Glasplatte (zumindest teilweise) verspiegelt. Dadurch wird die Lichtausbeute weiter verbessert. Beispielsweise beim Einsatz als Leuchtreklame kann eine Verspiegelung vorliegen. Beispielsweise eine bearbeitete Folie kann auf ihrer Oberseite Schriften, Logos oder dergleichen aufweisen. Insgesamt wird eine effektive und ansprechende Leuchtreklame ermöglicht.
Im Allgemeinen kann der dielektrische Wellenleiter (zumindest teilweise) aus Glas gefertigt sein. Ein derartiger dielektrischer Wellenleiter ist einfach in der Herstellung und dennoch effektiv.
Der dielektrische Wellenleiter kann mehrschichtig aufgebaut sein. Die einzelnen Schichten können Fluide (Gas und/oder Flüssigkeit) oder auch Festkörper umfassen. Ein Beispiel für einen mehrschichtigen Aufbau wäre ein hohles Glasrohr mit einer Gasfüllung. Durch einen derartigen mehrschichtigen Aufbau kann die Energieeinkopplung weiter verbessert werden, was die Effizienz steigert.
Ein Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten zwischen dielektrischem Wellenleiter und umgebendem Medium kann größer als 1, vorzugsweise größer als 2, weiter vorzugsweise größer als 3 sein. Dadurch wird die Effizienz weiter gesteigert.
Die HF-Lampe kann einen Impedanztransformator umfassen, der vorzugsweise dem Leistungsverstärker nachgeschaltet ist. Im Allgemeinen kann die HF-Steuerelektrode (vollständig) außerhalb des Lampenkörpers angeordnet sein.
Vorzugsweise basiert die HF-Lampe auf der in der DE 10 2007 057 581 A1 beschriebenen Lampe unter Ansteuerung eines vergleichsweise schmalbandigen Hochfrequenzsignals (im dreistelligen MHz- und gesamten GHz-Bereich). Das Hochfrequenzsignal wird vorzugsweise mittels eines Impedanztransformators zum Zünden in einen Hochspannungsbereich und darauffolgend zum Dauerbetrieb auf eine Einspeiseimpedanz des Plasmas umgesetzt.
Der dielektrische Wellenleiter (dielektrische Draht) besteht aus einem vorzugsweise verlustarmen Dielektrikum und kann (zumindest abschnittsweise) zylindrisch ausgebildet sein. Ein Wellentyp mit kleinster Grenzfrequenz wird als HE₁₁-Welle bezeichnet. Eine ausführliche Beschreibung dieses Wellenleiters befindet sich in „Grundlagen der Mikrowellentechnik” (Kummer, M., 2. Auflage, VEB Verlagtechnik, Berlin 1989). In der bisherigen Technik sind dielektrische Wellenleiter für die Übertragung von Lichtsignalen (als Glasfaserleitung) bekannt. Aus der DE 10 2007 057 581 A1 ist auch die Verwendung eines dielektrischen Wellenleiters (Drahtes) als mögliches Leitungssystem zur Realisierung des Impedanztransformators bekannt. Bevorzugt ist jedoch eine metallische Konstruktion des Transformators, was sich als günstiger erwiesen hat.
Bei der vorliegenden HF-Lampe ist der (verlustarme) dielektrische Wellenleiter (Draht) mit einer vergleichsweise hohen Dielektrizitätskonstanten von dem Plasma der Lampe eingehüllt (im Betrieb). Das Plasma weist vorzugsweise eine vergleichsweise geringe Dielektrizitätskonstante auf (und zusätzlich vergleichsweise hohe ohmsche Verluste). Die HF-Energie wird (im Betrieb) nur teilweise im dielektrischen Wellenleiter transportiert. Das Feld dieses dielektrischen Wellenleiters kann weit ins Plasma hineinragen. Die im dielektrischen Wellenleiter (verlustarm) transportierte Energie kann von Stoff- und geometrischen Faktoren abhängen. Die (verlustarm) transportierte Energie nimmt zu, wenn das Dielektizitätskonstanten-Verhältnis zwischen dielektrischem Draht und Plasma vergrößert wird und/oder der Außendurchmesser des dielektrischen Drahts vergrößert wird und/oder Verluste im Plasma verringert werden. In der Hochfrequenztechnik könnte die vorgeschlagene HF-Lampe als verteiltes Dämpfungsglied bezeichnet werden. Die Hochfrequenzleistung wird über das Volumen gleichmäßig absorbiert.
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 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der HF-Lampe;
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der HF-Lampe.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der HF-Lampe in einer schematischen Seitenansicht.
Die HF-Lampe gemäß 1 umfasst einen Lampenkolben 10, der eine elliptische Form hat (alternativ könnte der Lampenkolben auch eine zylinderförmige, rohrförmige Form haben oder kugelförmig sein). Ein rotationssymmetrischer Aufbau ermöglicht eine vergleichsweise homogene optische Abstrahlung. In einer durch den Lampenkolben 10 definierten Ionisationskammer 11 befindet sich ein zylinderförmiges Glasrohr 12. Innerhalb des Glasrohrs 12 kann sich beispielsweise Luft befinden. Ein maximaler Durchmesser (Ionendurchmesser) des Lampenkolbens 10 ist mit „D” gekennzeichnet.
Das Glasrohr 12 ist an einem ersten Ende 13 und an einem zweiten Ende 14 mit dem Lampenkolben 10 fest verbunden (verschmolzen). Das erste Ende 13 ist in einem Einspeisebereich 15 angeordnet, in dem von einem Teller 16 einer Elektrode 17 HF-Energie kapazitiv durch den Lampenkolben 10 hindurch in die Ionisationskammer 11 eingekoppelt wird. Mit der Elektrode 17 ist ein Impedanztransformator 18 verbunden. Dieser umfasst einen äußeren Koaxialleiter 19 sowie einen ersten Leitungsbogen 20, einen zweiten Leitungsbogen 21 und eine Zuführungsleitung 22. Der Impedanztransformator 18 kann grundsätzlich, wie in der DE 10 2007 057 581 A1 , insbesondere wie in deren 4 gezeigt, ausgebildet sein. Im Betrieb der HF-Lampe nach 1 umschließt ein Plasma 23 das Glasrohr 12.
Der Teller 16 (aus Metall) kann durch einen, gestrichelt gezeichneten, Stift 24 ersetzt werden. Dieser Stift 24 (aus Metall) kann (eine geringe Strecke) in das Glasrohr 12 hineinragen.
2 zeigt (ausschnittsweise) eine zweite Ausführungsform der HF-Lampe. Hier wird die Ionisationskammer 11 durch zwei (rechtwinkelig) geformte Glasplatten 25 definiert (von denen nur eine in der Draufsicht gemäß 2 zu erkennen ist). Die Glasplatten 25 sind durch vier zwischen den Platten eingeschmolzene Glasstege beabstandet (nicht in 2 erkennbar). Die Glasstege begrenzen die Ionisationskammer 11 in einem Kantenbereich 26 der Glasplatten 25. Stege und Glasplatten bilden einen Lampenkörper 31.
Zwischen den Glasplatten 25 befindet sich ein mäanderförmiger, dielektrischer Wellenleiter 27. Die HF-Lampe gemäß 2 wird über den HF-Transformator 28 gesteuert, wobei HF-Energie über den Einspeisebereich 15 eingekoppelt wird.
Die Stützung (bzw. Fixierung oder Halterung) des dielektrischen Wellenleiters 27 wird vorzugsweise am Einspeisebereich 15 und an einem ersten und zweiten Ende 29, 30 durch (direktes) Anbringen (Anschmelzen) an eine erste (untere) Glasplatte 25 realisiert. Es können dünne, ggf. hohle, Glasstäbe oder Glasrohre, als weitere (angeschmolzene) Stützen an weiteren inneren Punkten gesetzt werden.
Die Ausführungsform gemäß 2 eignet sich besonders gut als Flächenlampe, die beispielsweise einem Monitor ähnelt. Es ist vorteilhaft, wenn die erste (untere) Glasplatte verspiegelt ist. Beim Einsatz als Leuchtreklame kann mittels einer bearbeiteten Folie auf der zweiten (oberen) Glasplatte ein Schriftzug und/oder ein Logo angebracht sein.
Die HF-Lampe kann im MHz- bzw. GHz-Bereich betrieben werden. Eine Anwendung sowohl im Nieder- als auch im Mitteldruckbereich ist denkbar. Der (beliebig geformte) Ionisationsbereich (definiert durch den Glaskörper) kann bis zu mehreren dm² oder auch m² betragen und erlaubt die Einstellung der Lichtleistung (Plasmaleistung) über weite Bereiche.
Eine Füllung des Glaskörpers ist vorzugsweise quecksilberfrei. Mögliche Anwendungsgebiete sind die Raumbeleuchtung (Einsatz im Haushalt), die Straßen-, Industrie- und Stadionsbeleuchtung. Die Anwendung im Straßen-, Industrie- und Stadionsbeleuchtungen ist besonders günstig aufgrund der großen Leuchtdichte. Die HF-Lampe lässt sich mittels Hochfrequenzelektronikbauelementen, die aufgrund des Telekommunikationsmarktes vergleichsweise preisgünstig verfügbar sind, günstig herstellen.
Das zum Einsatz kommende Hochfrequenz-Signal kann monofrequent sein oder (beliebig) moduliert und ggf. gepulst. Die Frequenz ist vorzugsweise zwischen 1 MHz bis 1000 GHz, vorzugsweise 1 bis 5 GHz, weiter vorzugsweise 2,45 GHz. Der Oszillator der HF-Lampe kann entsprechend ausgebildet sein.
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

D: maximaler Durchmesser
10: Lampenkolben
11: Ionisationskammer
12: Glasrohr
13: erstes Ende
14: zweites Ende
15: Einspeisebereich
16: Teller
17: Elektrode
18: Impedanztransformator
19: Koaxialleiter
20: erster Leitungsbogen
21: zweiter Leitungsbogen
22: Zuführungsleitung
23: Plasma
24: Stift
25: Glasplatte
26: Kantenbereich
27: mäanderförmiger, dielektrischer Wellenleiter
28: HF-Transformator
29: erstes Ende
30: zweites Ende
31: Lampenkörper (gebildet durch Glasplatten 25 und zwischen den Glasplatten angeordnete Stege)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007057581 A1 [0004, 0006, 0015, 0015, 0016, 0027, 0028, 0038]
DE 102011055624 [0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Emission Properties of Compact Antenna-Excited Super-High Pressure Mercury Microwave Discharge Lamps, T. MIZOJIRI, Y. MORIMOTO, and M. KANDO; Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 6A, 2007, Numerical analysis of antenna-excited microwave discharge lamp by finite element method [0005]
M. Kando, T. Fukaya and T. Mizojiri; 28th ICPIG, July 15–20, 2007, Prague, Czech Republik [0005]
Kummer, M., 2. Auflage, VEB Verlagtechnik, Berlin 1989 [0028]

Claims

HF-Lampe umfassend einen Lampenkörper (10, 31), mindestens eine HF-Steuerelektrode (17) zur Einspeisung von HF-Energie in den Lampenkörper (10, 31) in mindestens einen Einspeisebereich (15), einen Oszillator zur Erzeugung der HF-Energie, vorzugsweise einen Leistungsverstärker zur Anhebung der Leistung der HF-Energie und einen dielektrischen Wellenleiter (12, 27), wobei zumindest ein Abschnitt des dielektrischen Wellenleiters (12, 27) an dem Einspeisebereich (15) der HF-Steuerelektrode (17) angeordnet ist und sich der dielektrische Wellenleiter (12, 27) innerhalb des Lampenkörpers (10, 31) erstreckt, wobei eine Länge des dielektrischen Wellenleiters (12, 27) mindestens einem Drittel (vorzugsweise mindestens der Hälfte) eines maximalen Durchmessers (D) des Glaskörpers (10, 31) entspricht.
HF-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ende (13, 14; 29, 30), vorzugsweise beide Enden (13, 14; 29, 30) des dielektrischen Wellenleiters (12, 27) an den Lampenkörper (10, 31) angrenzt/ angrenzen.
HF-Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Steuerelektrode (17) zur kapazitiven Einkopplung der HF-Energie in den Lampenkörper (10, 31) ausgebildet ist oder direkt an einen Innenraum (11) des Lampenkörpers (10, 31), beispielsweise als eingeschmolzener Draht, angekoppelt ist.
HF-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkörper (10) rotationssymmetrisch, vorzugsweise als Zylinder, Ellipse oder Kugel, ausgebildet ist und/oder der dielektrische Wellenleiter (12, 27) rotationssymmetrisch und/oder als Stab und/oder als Rohr und/oder an einem dem Einspeisungsbereich (15) zugeordneten ersten Ende (13) und/oder an einem zweiten Ende (14) an dem Lampenkörper (10, 31) angebracht, insbesondere angeschmolzen, ist.
HF-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkörper (31) zwei, vorzugsweise planparallele, Platten (25) umfasst und/oder der dielektrische Wellenleiter (27) als, insbesondere vorzugsweise mäanderförmig gebogener, Stab oder Rohr ausgebildet ist, wobei der Stab oder das Rohr weiter vorzugsweise in dem Einspeisungsbereich (15) und/oder an mindestens einem Ende (29, 30) angeschmolzen ist.
HF-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der dielektrische Wellenleiter (12, 27) zumindest teilweise aus Glas gefertigt ist.
HF-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Wellenleiter (12, 27) mehrschichtig, insbesondere als hohles, vorzugsweise gasgefülltes, Glasrohr aufgebaut ist.
HF-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Platten (25) mindestens ein Steg, insbesondere Glassteg, angeordnet ist.
HF-Lampe, insbesondere nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glasplatte (25) zumindest teilweise verspiegelt ist.
HF-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten zwischen dielektrischem Wellenleiter (12, 27) und umgebendem Medium > 1, vorzugsweise > 2, insbesondere > 3 ist.
HF-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impedanztransformator (18) vorgesehen ist, der vorzugsweise dem Leistungsverstärker nachgeschaltet ist.
HF-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Steuerelektroden (17) außerhalb oder innerhalb des Lampenkörpers (10, 31) angeordnet ist.