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Die
vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte
und befasst sich somit mit der Mikrowellenbeaufschlagung von Fluiden,
z. B. bei Hochdruckgasentladungslampen oder in Verbrennungsmotoren.
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Hochdruckgasentladungslampen
sind allgemein bekannt. Darin werden Gase als Fluide mit Mikrowellen
erregt, wobei die Gase sich in einem geschlossenen Hohlkörper unter
typisch hohem Druck befinden und durch die Mikrowellen zum Leuchten angeregt.
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In
Verbrennungsmotoren wird ein explosives Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet, was
durch Mikrowellen geschehen kann, indem Mikrowellen in das Kraftstoff-Luft-Gemisch
eingespeist werden.
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Ein
Verfahren zur Verbrennung eines Brenngemischs im Brennraum einer
Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung ist etwa aus
DE 199 14 941 C1 bekannt,
bei der die Verbrennung durch Mikrowelleneinstrahlung in den Brennraum
unterstützt wird
und das Brenngemisch vor und/oder während der Mikrowelleneinstrahlung
einer Konditionierung unterworfen wird, durch die zusätzliche
Mikrowellen-Rezipientenspezies bereitgestellt werden.
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Aus
der
EP 0840 354 B1 ist
eine Hochfrequenzzündeinrichtung
bekannt, die durch eine Seitenresonator-Gruppe gebildet wird, die
eine Vielzahl von Seitenresonatoren umfasst, die im Wesentlichen auf
einem Kreis angeordnet sind, wobei jeder Seitenresonator ein leitendes
Material umfasst, das zum Erzeugen eines Induktionsstroms bei einer Änderung des
Magnetfeldes geeignet ist und wobei das leitende Material im Wesentlichen
eine Ringform hat und einen Spalt in dem leitenden Material, wobei
der Spalt an der Seite des Seitenresonators angeordnet ist, die
der Mitte der Vielzahl von Seitenresonatoren zugewandt ist, so dass
die Hochfrequenzenergie-Zuführeinrichtung
dazu verwendet wird, ein elektromagnetisches Hochresonanzfeld in
einer Mitte der Vielzahl von Seitenresonatoren zu erzeugen, wenn
der Seitenresonator-Gruppe Energie von außen zugeleitet wird, und einem
Objekt, das in der Mitte der Vielzahl von Seitenresonatoren angeordnet
ist, Hochfrequenzenergie zuzuführen.
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US 5,070,277 A offenbart
eine elektrodenlose Lampe mit einer Kapsel aus einem runden Strahlungsenergie-durchlässigen Material,
die ein ungefähr
zylindrisches umschlossenes Volumen beschreibt mit einer externen
Länge von
weniger als 20 mm und einem äußeren Durchmesser
von weniger als 8 mm. Das umschlos sene Volumen ist mit Füllmaterial
gefüllt,
das durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld derart erregbar
ist, dass es Strahlungsenergie hervorbringt.
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Bei
vielen Verwendungen von Mikrowellen, z. B. in einer Lampe oder in
einem Verbrennungsmotor, spielen die Ausmaße der Mikrowellenzuleitungen bzw
-einkoppelungen und/oder deren Formgebung eine Rolle. Resonatoren
der bekannten Art sind aufgrund ihrer festgelegten Länge und
Form für
viele Anwendungszwecke, z. B. zum Einbau in Displays verbesserungsfähig. Für einige
Beleuchtungsanwendungen kann es von Vorteil sein, daß das Beaufschlagungsgebiet
klein ist, da dies unter Umständen einen
kompakten Beleuchtungsbereich zur Folge hat.
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Bei
der Verwendung von Mikrowellen in einem Verbrennungsmotor hingegen
sind oftmals ausgedehnte Beaufschlagungsbereiche erwünscht, damit
die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gleichmäßig erfolgt.
Es kann aber alternativ und/oder zusätzlich auch gewünscht sein,
die Verteilung der Mikrowellen im Beaufschlagungsbereich unabhängig von
der Ausbildung des Raumes, in dem die Verbrennung stattfindet, auszugestalten.
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Darüber hinaus
ist es zweckmässig,
eine kostengünstige
und/oder leicht zu produzierende Vorrichtung zur Mikrowellenbeaufschlagung
bereit zu stellen. Dies ist bei den Vorrichtungen nach dem Stand
der Technik nicht immer möglich.
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Wünschenswert
wäre es,
zumindest einen Teil der vorerwähnten
und/oder anderer Probleme zumindest partiell einer gewissen Linderung
zuzuführen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung
bereitzustellen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht.
Bevorzugte Ausführungsformen
finden sich in den Unteransprüchen.
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Damit
schlägt
die Erfindung zunächst
eine Vorrichtung zur Mikrowellenenergiebeaufschlagung mit einem
Beaufschlagungsbereich, bei dem die Mikrowellenenergiebeaufschlagung
erfolgt, und einer Zuführung
zur Mikrowellenenergiezuführung
an den Beaufschlagungsbereich vor, wobei vorgesehen ist, daß die Zuführung eine
Vielzahl von Stegelektroden und mindestens einen benachbarten, davon
verschiedenen Leiter zur Zusammenwirkung damit umfasst, und wobei
der Beaufschlagungsbereich zwischen den Stegelektroden vorgesehen
ist und diese dazu angeordnet sind, am Beaufschlagungsbereich eine
Beaufschlagung mit erforderlicher Intensität durch eine dazwischen vorliegende
Mikrowellenphasenverschiebung vorzusehen.
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Ein
erster wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit in der Verwendung
von Stegelektroden bei der Zuleitung von Mikrowellenenergie an einen
Beaufschlagungsbereich und der Beaufschlagung selbst zu sehen. Die
Mikrowellenzuleitung mit Hilfe solcher Stegelektroden ermöglicht eine
baulich einfache Ausgestaltung der Vorrichtung und erlaubt eine Vielzahl
von Ausführungsformen.
Auch können
Stegelektroden einen unkomplizierten Aufbau aufweisen. Dies hat
unter Umständen
Vorteile bei ihrer Herstellung. So ist es in der Regel einfacher
kompakte Stege herzustellen, etwa durch ausstanzen, als Hohlkörper, wie
Resonatoren, die evtl. aus mehreren Einzelteilen gefertigt werden
müssen.
Dies erleichtert das Verwenden der vorliegenden Erfindung für viele
Anwendungen und in vielen Systemen.
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Weiter
können
kleine und/oder wohldefinierte Beaufschlagungsbereiche geschaffen
werden. Außerdem
sind durch die Verwendung von Stegelektroden viele Größen und
Formen von Beaufschlagungsbereichen denkbar, denn die Stegelektroden
können geringe
Ausmaße
aufweisen. Dadurch, dass Stegelektroden sowohl zur Zuführung als
auch zur Beaufschlagung von Mikrowellen verwendet werden können, kann
die ganze Vorrichtung baulich einfach ausgestaltet werden.
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Im
Vergleich zu bisher verwendeten Resonatoren zur Mikrowellenbeaufschlagung
können
die Stegelektroden kompakt in ihren Ausmaßen ausgebildet werden. Dabei
ermöglichen
es die vielen unterschiedlichen Arten, Stegelektroden auszuformen
und anzuordnen, die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
in eine Vielzahl von Geräten
zu integrieren. Dies erlaubt zum Beispiel den Einbau in moderne Projektoren
etc.
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Indem
die Erfindung eingesetzt wird, werden somit Beaufschlagungsbereiche
geringer Größe ermöglicht,
was kompakte, wohldefinierte Anregungsgebiete, in denen das Fluid
wie erwünscht
angeregt wird, zulässt.
Die ist zum einen gerade in optischen Systemen gewünscht, zum
anderen kann es auch bei der Zündung
eines Fluids in einem Verbrennungsmotor vorteilhaft sein, genau
bekannte Zündorte
zu besitzen und dafür
z. B. die Form des Verbrennungsraumes zu optimieren, oder durch
eine Vielzahl von bekannten Zündorten
eine gleichmäßige Zündung herzustellen.
Auch für
andere Anwendungen kann ein definiertes Gebiet hoher Mikrowellenintensität sehr zweckreich
sein.
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Durch
die erfindungsgemäß möglichen
kleinen Beaufschlagungsgebiete können
kleine Betriebsleistungen erreicht werden. Dadurch kann die Mikrowellenbeaufschlagung
mit geringem Energieeinsatz vonstattengehen. Die einfache Verwendung von
Stegelektroden führt
so zu Ersparnissen etwa bei Mikrowellenquellen usw. Dies kann gerade
bei gleichzeitigen Betrieb einer Vielzahl von Mikrowellenbeaufschlagungen
einen entscheidenden Vorteil bieten.
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Außerdem können die
Stegelektroden so ausgeformt werden, dass sich eine Phasendifferenz zwischen
den Stegelektroden am Beaufschlagungsbereich ergibt. Dies erhöht das elektrische
Feld beim Beaufschlagungsbereich.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
können
Fluide oder Fluidgemische im Beaufschlagungsbereich angeordnet werden.
Dabei handelt es sich im Fall der Anwendung in einer Lampe häufig um
Gase bzw. Gasgemische. Diese können
dauerhaft im Beaufschlagungsbereich angeordnet werden und durch
die Mikrowellenbeaufschlagung zum Leuchten angeregt werden. Durch
die Wahl des Gasgemisches können
die spektrale Zusammensetzung und/oder die Intensität der Lichtabstrahlung
beeinflusst werden. Eine dauerhafte Anordnung des Fluids im Beaufschlagungsbereich
erübrigt
auch eine Fluidzu- und ableitung, was die Anordnung weiter vereinfacht
und eine noch kompaktere Bauweise ermöglicht. Außerdem kann durch die stationäre Anordnung
des Fluides ohne großen
Aufwand gewährleistet
werden, dass sich das Fluid im optimalen Beaufschlagungsbereich
befindet.
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Alternativ
wird das Fluid etwa bei der Ausführung
in einem Verbrennungsmotor in der Regel aus einem Krafstoff-Luft- Gemisch bestehen.
Vorteilhaft wird dieses Gemisch nur sehr kurz vor und während der
Mikrowellenbeaufschlagung dort angeordnet. Da das Fluid mit Hilfe
der Mikrowellenbeaufschlagung zur Explosion gebracht wird, ist eine
Ableitung der explodierten Fluide zu gewährleisten. In optimaler Weise
wird diese erreicht, wenn die Vorrichtung der Erfindung wie eine
Zünd- bzw.,
hier gleichbedeutend, Glühkerze
an den Verbrennungsraum geführt
wird. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, ein weiteres Fluid, das
einen grossen Anteil Ionen enthält,
wie H2 dem Kraftstoff-Luft-Gemisch beizufügen, um
die Energieankopplung zwischen den Stegen und dem Kraftstoff-Luft-Gemisch zu verbessern.
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Bevorzugt
ist auch, dass ein Hohlkörper
vorgesehen ist, der das Fluid oder Fluidgemisch zu den Stegelektroden
benachbart beinhaltet. Dieser Hohlkörper umfasst das obengenannte
Fluid oder Fluidgemisch am Beaufschlagungsbereich, so dass es möglich ist,
durch die benachbarten Stegelektroden Mikrowellenenergie an das
Fluid oder Fluidgemisch zu applizieren.
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Insbesondere
kann der Hohlkörper
auch von den Stegelektroden beabstandet sein. Dies verhindert einen
Materialschluss zwischen Hohlkörper
und Stegelektroden, der zu Verschleißerscheinungen führen und
die Lebensdauer der Lampe senken kann. Auch wird so die bei Lampen
erwünschte
Wärmeisolation
gewährleistet,
da schon durch die Beabstandung ein Wärmeschluss zwischen Stegelektrode und
Hohlkörper
vermieden wird.
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Besonders
bevorzugt ist, wenn der Beaufschlagungsbereich kompakt ist, also
wenig ausgedehnt und im besonderen Fall von ähnlichen Dimensionen wie der
optische Fokus des Systems, in dem der Beaufschlagungsbereich verwendet
wird.
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Die
Stegelektroden sind in der Regel für Mikrowellen zwischen 1 Megahertz
und 100 Gigahertz, bevorzugt zwischen 300 Megahertz und 30 Gigahertz
ausgelegt; dies ist bevorzugt, da diese Bereiche allgemein für Mikrowellenanwendungen
zur Verfügung
stehen, und zwar insbesondere auch dann, wenn die Mikrowellen eine
Modulation aufweisen, etwa eine Pulsmodulation.
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In
einer besonderen Ausführungsform
sind die Stegelektroden über
eine Stegelektrodenverbindung, die den Beaufschlagungsbereich wenigstens partiell
umgibt, verbunden; dies erlaubt auch einstückige Ausbildung. Wenn die
Stegelektroden am Beaufschlagungsbereich aufeinander zu laufen,
ist es möglich,
mit geringer Mikrowellenenergie ein Plasma zu zünden oder eine erwünschte Mikrowellenbeaufschlagung
zu erzielen. Diese Ausführung
kann planar ausgebildet werden, so dass sich eine geringe Bauhöhe in der
optischen Abstrahlungsrichtung ergibt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Leiter rohrförmig
und die Stegelektroden verlaufen im Rohrinneren. Dadurch kann die
Zuführung
quer zur Energiezuführungsrichtung
mit geringen Ausmaßen ausgebildet
werden. Dies kann zu einem schlanken Mikrowellenapplikationssystem
führen,
das Querausmaße
aufweist, die nicht wesentlich größer sind als der Beaufschlagungsbereich.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Stegelektroden umeinander gewendelt. Durch die Wendelung
wird eine verringerte Bauhöhe
längs zur Zuführungsrichtung
erreicht, ohne dass sich dies auf die Längen der Stegelektroden auswirkt.
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Weiterhin
können
die Stegelektroden metallisch ausgebildet werden. Eine metallische
Ausbildung der Stegelektroden bietet sowohl eine Hitzebeständigkeit
gegenüber
Wärmeabstrahlungen
des Beaufschlagungsbereiches als auch gute Mikrowellenenergieleitungseigenschaften.
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Außerdem ist
bevorzugt vorgesehen, dass der Leiter ein elektrisches Bezugspotential,
bevorzugt eine elektrische Masse bildet. Durch die Ausbildung des
Leiters als elektrische Masse wird eine Weiterleitung der Energie
zum Beaufschlagungsbereich erreicht, ohne dass ein Auskoppeln der
Energie zwischen Stegelektrode und Leiter stattfindet.
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Weiterhin
besitzt der Leiter bevorzugt eine Ausdehnung, die größer ist
als die der entsprechenden Stegelektroden. Damit kann ein Leiter
für mehrere
Stegelektroden verwendet werden, womit die Ausgestaltungen des zuführenden
Systems wesentlich vereinfacht werden.
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Der
Leiter kann überdies
sogar als optischer Reflektor ausgebildet werden, was wünschenswert ist,
wenn nur eine Leuchtrichtung bevorzugt wird, etwa bei Hallenbeleuchtungen
von der Decke her. Durch den optischen Reflektor ist es dann möglich, auch
Licht, das in unerwünschte
Richtungen ausgesendet wird, in die gewünschte Richtung zu reflektieren.
Durch die Einheit des Leiters und des optischen Reflektors ist es
möglich,
das Gewicht, die Ausmaße und
die Herstellungskosten der Applikationsvorrichtung zu verringern.
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Außerdem kann
der Leiter als Gitter ausgebildet werden. Neben einem Gewichtsvorteil
kann dies zu einer höheren
Flexibilität
des Leiters führen. Zugleich
sind Gitter häufig
für sichtbares
Licht durchdringbar, wohingegen Mikrowellenstrahlen durch Gitter
abgeschirmt werden können,
womit eine Abschattung der optischen Abstrahlung verhindert wird.
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Es
ist möglich
und bevorzugt, dass der Leiter eine Mikrowellenabschirmung darstellt.
Eine Mikrowellenabschirmung ist grundsätzlich nötig, da somit sowohl bei der
Zuführung
als auch bei der Applikation Mikrowellen in unerwünschte Richtungen
entsendet werden. Da hochenergetische Mikrowellen schädigen könnten, ist
es vorteilhaft, eine Mikrowellenabschirmung an der Zuführung und
der Applikation der Mikrowellen nach außen anzubringen. Hier ist denkbar,
dass insbesondere bei vertikalen Ausführungen der Stegelektroden
die Abschirmung bzw. der Leiter unterhalb des oberen Stegendes,
d. h. unterhalb des Beaufschlagungsbereiches endet. Durch die Einheit von
Leiter und Mikrowellenabschirmung ist es möglich, eine kostengünstige,
kompakte, technisch einfache Version der Zuleitung herzustellen.
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In
einer weiteren Ausbildungsform kann der Beaufschlagungsbereich zwischen
den Enden der Stegelektroden angeordnet werden. Dadurch kann der
Beaufschlagungsbereich weiter verkleinert bzw. eingeengt werden,
da die Energieapplikation zwischen den definierten Enden stattfindet.
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Um
eine weitere Verkleinerung des Beaufschlagungsbereiches vorzunehmen,
können
die Stegelektroden verjüngte
Enden aufweisen. Dies verringert die minimal erforderlichen Schwellenergien.
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In
einer besonderen Ausführungsweise
weisen die Stegelektroden beim Beaufschlagungsbereich zueinander
einen geringeren Abstand als zum benachbarten Leiter auf, was weiter
einfachst gewährleistet,
dass die Energieapplikation zwischen den Stegelektroden beim Beaufschlagungsbereich und
nicht zwischen Stegelektroden und dem benachbarten Leiter stattfindet.
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Weiterhin
können
mindestens zwei Stege unterschiedliche Längen aufweisen, um die am Beaufschlagungsbereich
erforderliche Phasendifferenz zu erwirken. Das Erreichen der Phasendifferenz durch
die unterschiedlichen Längen
ist eine verhältnismäßig einfache
Methode, die weder unterschiedliche Materialien noch komplizierte
Formgebungen oder elektrisch komplexe Ausführungen benötigt. Es sei dabei darauf hingewiesen,
dass die Phasendifferenz, wie dem Fachmann bekannt, prinzipiell
auch durch Materialübergänge bzw.
Unterschiede in der Form der Stegelektroden oder durch elektrische
Bauteile hergestellt werden könnte.
Diese Vorrichtungen sind im allgemeinen anfälliger und teurer in der Herstellung.
Weiterhin können
die Stegelektroden eine Mikrowellenresonanzstruktur aufweisen. Dies
kann ebenfalls durch die Länge
der Stegelektroden hervorgebracht werden. Eine Resonanzstruktur
ist günstig, da
dadurch die Feldintensität
am Beaufschlagungsbereich deutlich erhöht wird.
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Weiterhin
kann die Mikrowellenphasendifferenz am Beaufschlagungsbereich 180° ± 90°, bevorzugt
180° ± 45° und besonders
bevorzugt 180° ± 10° betragen.
Eine Mikrowellenphasendifferenz von 180° ist deshalb bevorzugt, weil
damit durch Interferenzen im Beaufschlagungsbereich eine Intensitätserhöhung stattfindet.
Diese Intensitätserhöhung gewährleistet
auch eine Mikrowellenenergieübertragung
in das Beaufschlagungsfeld zwischen den Stegelektroden und nicht
zwischen den Stegelektroden und den Leitern. Eine genaue Einhaltung
ist zugleich nicht erforderlich. Die weiteren angegebenen, groben
Grenzen gewährleisten
ein breiteres Fertigungstoleranzfeld bei noch gutem Betriebsverhalten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist es vorteilhaft, eine Lampe bzw. Leuchte mit einem Leuchtmittel,
das die obengenannte Mikrowellenapplikation und -zuführung beinhaltet,
herzustellen. Durch die Applikation und Zuführung von Mikrowellen in ein
Gas bzw. in ein Fluid kann eine lichtstarke und mit verschiedenen
spektralen Eigenschaften ausgestattete Lampe hergestellt werden.
Diese Lampe kann z. B. in modernen Videoprojektoren oder ähnlichem
Verwendung finden und zwar, dank der Verschleißarmut, sowohl im professionellen
Bereich wie in Kinos als auch im Heimbereich.
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Außerdem kann
die obengenannte Vorrichtung als Zündkerze ausgestaltet werden,
insbesondere in einem Verbrennungsmotor. Es ist für den dabei
Fachmann einsichtig, dass die Vorrichtung nicht nur als Zündkerze,
sondern auch anstelle einer herkömmlichen
Glühkerze
verwendet werden kann. Durch Mikrowellen können besonders große Plasmamengen
in mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen
hergestellt werden, welche die Verbrennung dieser Kraftstoffe besonders
sauber und gleichmäßig gewährleistet.
Dies ist besonders nützlich
bei Motoren mit geringem Kraftstoffverbrauch.
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Die
Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise an Hand der Zeichnungen
beschrieben. In dieser zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mikrowellenbeaufschlagung;
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2 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Mikrowellenenergiebeaufschlagung mit ringförmig angeordneten Stegelektroden;
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3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit 2 vertikalen
Stegelektroden;
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4 die Vorrichtung mit 3 vertikalen Stegelektroden;
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5 die Vorrichtung mit 4 vertikalen Stegelektroden;
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6 die
Vorrichtung mit 2 umeinander gewendelten Stegelektroden;
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7 die
Vorrichtung mit 3 umeinander gewendelten Stegelektroden;
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8 die
Vorrichtung mit 4 umeinander gewendelten Stegelektroden.
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Nach 1 umfasst
eine allgmein mit 1 bezeichnete Vorrichtung 1 zur
Mikrowellenenergiebeaufschlagung einen Beaufschlagungsbereich 2,
bei dem die Mikrowellenenergiebeaufschlagung erfolgt, und eine Zuführung 3 zur
Mikrowellenenergiezuführung
in den Beaufschlagungsbereich, wobei die Zuführung eine Vielzahl von Stegelektroden 3a1, 3a2 und
zumindest einen benachbarten, davon verschiedenen Leiter 3b zur
Zusammenwirkung damit umfasst, wobei der Beaufschlagungsbereich 2 zwischen den
Stegelektroden 3a1, 3a2 vorgesehen ist und diese
dazu angeordnet sind, am Beaufschlagungsbereich 2 eine
Beaufschlagung mit erforderlicher Intensität durch eine dazwischen vorliegende
Mikrowellenphasendifferenz vorzusehen.
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Die
Vorrichtung 1 ist hier als Leuchtmittel für eine Lampe
gebildet. Dazu umfasst das Leuchtmittel weiter einen temperaturstabilen,
licht- und mikrowellendurchlässigen
Hohlkörper (nicht
gezeigt) aus Quarzglas. Der Hohlkörper ist mit einem durch Mikrowellen
zum Leuchten anregbaren Gas gefüllt,
wie es per se bekannt ist. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin
ein Magnetron (nicht gezeigt), das über eine als Mikrowellenleiter
ausgebildete Zuleitung 5 angeschlossen ist wobei die Zuleitung 5 in
einer Verzweigung 6 mündet,
von welcher die Stegelektroden 3a1, 3a2 abgehen.
Außerdem
ist die Vorrichtung 1 mit einer Teilabdeckung 4 versehen,
die durch ein metallisches Gitter gebildet und nahe den Stegelektroden 3a1, 3a2 auf
der von dem Leiter 3b abgewandten Seite angeordnet ist.
Die Maschenweite des Gitters ist dabei so bemessen, dass die in
der Vorrichtung 1 geführten
Mikrowellen durch das Gitter hinreichend abgeschirmt werden.
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Der
Beaufschlagungsbereich 2 befindet sich vollständig in
dem vorgenannten Hohlkörper
und erstreckt sich darin bis zu dessen Innenwänden. Die Ausmaße des Beaufschlagungsbereichs 2 sind
dabei wie jene des Hohlraums einerseits den optischen Eigenschaften
der Lampe, also den Ausmaßen
des erwünschten
Leuchtfeldes, und andererseits den gewünschten Betriebsleistungen
angepaßt.
Der Beaufschlagungsbereich 2 wird von der gitterförmigen Teilabdeckung 4 nicht überdeckt.
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Die
Zuführung 3 umfasst
zwei Stegelektroden 3a1, 3a2 und den davon verschiedenen
Leiter 3b. Die Stegelektroden sind einstückig miteinander aus
Metall geformt, das eine hinreichende Wärmestabilität auch am Beaufschlagungsbereich
aufweist. Gleichfalls ist der Leiter 3b aus Metall gebildet.
Die Zuführung 3 führt von
der Verzweigung 6 zu dem Beaufschlagungsgebiet 2.
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Die
beiden Stegelektroden 3a1, 3a2 weisen im Vergleich
zu ihrer Länge
eine geringe Höhe
und Breite auf, wobei sie von gleichem Querschnitt sind. Sie verlaufen
nahezu parallel zueinander auf den Beaufschlagungsbereich 2 zu
und sind an der Verzweigung 6 untereinander und mit der
Versorgung 5 verbunden. Weiter sind die Stegelektroden
beim Beaufschlagungsbereich 2 verjüngt, das heißt sie laufen dort
in Spitzen, die aufeinanderzulaufen, aus. Der Längenunterschied vom Verzweigungspunkt 6 bis
zu den Endspitzen zwischen den beiden Stegelektroden 3a1, 3a2 beträgt vorliegend
die Hälfte
der Wellenlänge
der mit ihnen geführten
Mikrowelle, wobei die Stegelektroden eine Resonanzstruktur bilden.
Die Stegelektroden befinden sich außerhalb des Hohlkörpers und
sind von ihm beabstandet. Der Hohlkörper kann dazu an einem Grundkörper befestigt
sein, an dem auch die Stegelektroden gehalten sind.
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Der
Leiter 3b ist flächig
ausgebildet und überdeckt
die Stegelektroden 3a1, 3a2. Der Leiter 3b ist
eine elektrische Masse. Der Abstand des Leiter 3b von den
Stegelektrodenenden ist größer als
der Abstand zwischen den beiden Stegelektrodenenden. Der Leiter 3b ist
von den Stegelektroden 3a1, 3a2 genauso weit beabstandet,
wie die Teilabschirmung 4 von den Stegelektroden 3a1, 3a2.
Der Leiter 3b ist als optische Spiegelfläche ausgebildet,
die hier nur beispielhaft eben gezeichnet ist.
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Die
Vorrichtung wird verwendet wie folgt:
In einem Magnetron (hier
nicht gezeigt) werden Mikrowellen einer Frequenz von näherungsweise
2,45 GHz erzeugt. Diese werden nun über die Zuleitung 5 an
der Verzweigung 6 auf die Zuführung 3 gespeist.
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Die
Mikrowellen werden von der Verzweigung 6 mit Hilfe der
Stegelektroden 3a1, 3a2 und dem Leiter 3b zum
Beaufschlagungsbereich 2 geführt. Aufgrund der verschiedenen
Längen
der Stegelektoden und ihrer resonativen Ausbildung ergeben sich
dabei Feldstärkekonzentrationen
beim Beaufschlagungsbereich 2, die über der, bei der Verzweigung 6 eingekoppelten
Feldstärke,
gemessen gegen den Leiter 3b liegt. Zugleich verhindert
die Teilabschirmung 4 das Abstrahlen von Mikrowellen aus
der Zuführung 3 in
die Umgebung der Vorrichtung 1.
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Zwischen
den Stegelektrodenenden wird die Mikrowellenenergie elektrisch in
den Beaufschlagungsbereich eingekoppelt. Dabei wird die Energie auf
das dort vorhandene Gas übertragen
und zwar in einer Intensität,
die ausreicht, um das Gas damit zum Leuchten anzuregen. Das dabei
entstehende Licht durchquert die Wand des Hohlkörpers, indem sich das Gas befindet
und strahlt in die gewünschten Richtungen,
bzw. wird von dem Leiter 3b dorthin reflektiert. Da die
Teilabschirmung 4 als Gitter aufgebaut ist, ist sie lichtdurchlässig und
schattet den Beaufschlagungsbereich 2 nur gering ab.
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Anders
als in Verbindung mit 1 beschrieben, kann der Hohlkörper auch
aus Bleiglas oder anderen, hinreichend temperaturbeständigen,
mikrowellen- und lichtdurchlässigen
Materialien bestehen.
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Anstatt
eines Magnetrons kann auch ein Halbleitermikrowellengenerator oder
eine andere Quelle zur Erzeugung von Mikrowellen benutzt werden.
Dies hat den Vorteil, das solche Vorrichtungen kleinere Abmessungen
aufweisen können.
Bevorzugt sind Vorrichtungen, bei denen eine Anpassung an die unterschiedli chen
elektrischen Eigenschaften des Fluids vor und nach Plasmazündung erfolgt, etwa
durch Quell-Impedanz- oder Frequenzanpassung. Statt der aufgeführten Mikrowellen
von 2,45 GHz können
etwa Mikrowellen der Frequenz 915 MHz verwendet werden. Da die Länge der
Stegelektroden aber von der Wellenlänge der in der Zuführung 3 geführten Mikrowelle
abhängt,
ist es allerdings bevorzugt, hohe Frequenzen zu benutzen, um kleine Abmessungen
zu erhalten. Weiter kann abweichend vom Beispiel die Teilabdeckung 4 auch
massiv ausgeführt
werden. Dies führt
jedoch dazu, daß die
Teilabdeckung eventuell nicht mehr ausreichend für Licht durchdringbar ist.
Auch können
statt einem Beaufschlagungsbereich mehrere Beaufschlagungsbereiche
vorgesehen sein, die durch ein Elektrodenpaar versorgt werden. Auch
kann ein Beaufschlagungsbereich so zwischen den Stegelektroden plaziert
werden, daß er
nicht zwischen den Enden der Stegelektroden angebracht ist. Auch
kann der Beaufschlagungsbereich größer oder kleiner als der Hohlkörper sein,
bzw. sich der Beaufschlagungsbereich teilweise außerhalb
des Hohlkörpers
befinden. Jedoch ist es sinnvoll, einen möglichst kleinen Beaufschlagungsbereich
zu wählen,
da damit die benötigte Betriebsleistung
sinkt und die Leuchtquelle ähnlicher einer
Punktladung wird.
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Weiter
können
die Stegelektroden auch ein anderes Profil aufweisen als kreisförmig zu
sein, z. B. kann das Profil eine mehreckige Form aufweisen, wie vier-
oder sechseckig. Das Profil der Stegelektroden kann auch überall die
selben Ausmaße
annehmen und braucht dann an den Enden nicht verjüngt zu sein.
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Der
Leiter 3b kann auch als gewölbte Spiegelfläche ausgebildet
werden, um das in unerwünschte
Richtungen abgestrahlte Licht in die gewünschte Richtung zu reflektieren
und evtl. zu bündeln.
Der Leiter kann auch als Gitterfläche ausgebildet werden. So
kann Licht den Leiter durchtreten und damit die Abschattung des
Beaufschlagungsbereiches verhindern bzw. verringern.
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Anders
als in 1 beschrieben, kann die Vorrichtung 1 auch
als Leuchtquelle in einem Display verwendet werden.
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Weiter
kann die Vorrichtung 1 zur Zündung eines Kraftstoff-Luftgemisches in
einem Verbrennungsmotor verwendet werden. Dann können sich die Stegelektroden
in Kontakt mit dem Fluid befinden und mit Hilfe der durch sie in
das Fluid eingespeisten Mikrowellenenergie wird das Kraftstoff-Luftgemisch zur
Explosion gebracht. Dabei befindet sich das Kraftstoff-Luftgemisch
in einem nur zeitweise geschlossenen Hohlkörper.
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Die
weiteren Abbildungen zeigen Varianten des Aufbaus von 1.
Da deren Funktion aus dem Vorstehenden ersichtlich ist und sich
in ähnlicher Weise
ergibt, werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel
erläutert.
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2 zeigt
eine Vorrichtung mit vier Stegelektroden 3a1, 3a2, 3a3, 3a4,
die durch einen geschlossenen Koppelring 3a5 miteinander
verbunden sind und mit ihren Enden auf einen Beaufschlagungsbereich,
der ungefähr
mittig im Koppelring liegt, zeigen. Die unterschiedlichen Längen der
Stegelektroden 3a1, 3a2, 3a3, 3a4 von
ihren Enden bis zur Verzweigung 6, an dem die Versorgung 5 die
Mikrowellenenergie in den Koppelring 3a5 einspeist, bewirken an
den Stegenden unterschiedliche Phasenlagen der Mikrowelle. Dies
ergibt Feldstärkemaxima in
der Mitte des Beaufschlagungsbereiches und kann somit zu kompakten
Fluidentladungen führen.
Es ist einsichtig, daß,
anders als in 2 gezeigt, bei dieser Ausführung der
Koppelring auch offen sein kann und/oder mehr als vier Stegelektroden
verwendet werden können.
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3 zeigt eine weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung. Dabei sind die Stegelektroden 3a1, 3a2 nebeneinander
geführt.
Der Leiter 3b ist röhrenförmig ausgebildet
und umgreift die Stegelektroden 3a1, 3a2. Der
Leiter 3b dient dabei sowohl als Teil der Mikrowellenenergiezuführung als
auch zur Mikrowellenabschirmung, erfüllt also eine ähnliche Funktion
wie Abschirmung 4. Das vom Beaufschlagungsgebiet abgestrahlte
Licht wird durch einen optischen Reflektor 7 in die gewünschte Richtung
reflektiert. Der Reflektor 7 kann entweder elektrisch leitend wie
in 3 ausgebildet sein oder elektrisch
isolierend, wie in 3b. Ist der Reflektor elektrisch
leitend, so muss ein Abstand zwischen den Stegelektroden 3a1, 3a2 und
dem Reflektor 7 gewährleistet sein,
damit eine Entladung zwischen den Stegelektroden und nicht zwischen
den Stegelektroden und dem Reflektor stattfindet.
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Alle
weiteren in den folgenden Abbildungen gezeigten Ausführungsformen
können
mit einem ähnlichen
Reflektor wie 7 ausgestattet werden. Sie unterscheiden
sich dabei untereinander nur in der Zahl ihrer Durchtrittsöffnungen
für die
Stegelektroden oder der Öffnungsgrösse. Deshalb
wird auf eine Beschreibung des Reflektors bei jeder weiteren Abbildung
verzichtet.
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4 zeigt eine weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung, bei der im Gegensatz zu 3 die
Mikrowellenenergie mit Hilfe von drei vertikalen Stegelektroden
geführt
wird. Der Beaufschlagungsbereich liegt zwischen den Enden der drei
Stegelektroden. Durch die drei Stegelektroden ist die Feldstärkendichte
im Beaufschlagungsbereich erhöht.
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4b zeigt
verschiedene Arten, wie die hier drei Stegelektroden aneinander
gekoppelt werden können.
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5 zeigt eine weitere Ausführung der grundsätzlichen
Anordung der 1. Deshalb werden auch hier
nur die Unterschiede zu den vorherigen Figuren aufgezeigt. 5 zeigt eine Vorrichtung, bei der die
Zuführung 3 vier
Stegelektroden umfasst. Damit ist die Feldstärkekonzentration im Bereich
der Innenwandoberfläche
des Hohlkörpers
besonders hoch. Dies ist der Ort der Entstehung von Gleitentladungen,
die für
den Zündprozess
notwendig sind.
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5b zeigt verschiedene Arten, wie die hier vier
Stegelektroden aneinander gekoppelt werden können.
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6 zeigt
eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Zuführung
besteht aus zwei umeinander gewendelten Stegelektroden. Diese Anordnung
weist bei gleicher Stegelektrodenlänge eine geringere Bauhöhe der Vorrichtung
auf.
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7 zeigt
eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Zuführung aus
drei umeinander gewendelten Stegelektroden besteht. Neben der geringeren
Bauhöhe
bei gleicher Steglänge gegenüber den
nichtgewendelten Ausführungen
ist die Feldstärkedichte
in der Ebene der Stegenden höher
als bei der Ausführung
in 6.
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8 zeigt
eine Vorrichtung, bei der die Zuführung 3 aus vier umeinander
gewendelten Stegelektroden besteht. Wie die beiden vorangehenden Ausführungen
weist auch diese eine geringere Bauhöhe als die entsprechende Ausführung mit
gestreckten Elektroden auf. Gegenüber den beiden vorangegangenen
Ausführungen
ist hier die Feldstärkedichte
in der Ebene der Stegelektrodenenden aber höher. Die Feldstärkekonzentration
ist besonders hoch im Bereich der Innenwandoberfläche des
Hohlkörpers.