DE4109895A1 - Elektrodenlose leuchte und einen zugehoerigen lampenkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mikrowellengespeiste, elektrodenlose Leuchte und auf einen zugehörigen Lampenkolben.

Es sind elektrodenlose Entladungsleuchten mit einem strah­ lungsdurchlässigen Lampenkolben, der ein plasmabildendes Me­ dium enthält, mit einer Mikrowellenquelle, mit Einrichtungen, um Energie von der Mikrowellenquelle an den Lampenkolben anzu­ koppeln, und mit Einrichtungen, um die Ionisation des plasma­ bildenden Mediums auszulösen, bekannt.

In den vergangenen Jahren haben mikrowellengespeiste elektro­ denlose Leuchten in der Industrie ausgedehnte Anwendung gefun­ den, um Farben und Beschichtungen durch die Reaktion von ul­ traviolettem Licht, das von der elektrodenlosen Leuchte ausge­ strahlt wird, mit einer photopolymerisierbaren Chemikalie aus­ zuhärten. Die Mikrowellenkammer kann einen Reflektor beinhal­ ten, um das von dem Lampenkolben emittierte Licht zu reflek­ tieren, und ein Gitter, das das emittierte Licht passieren läßt, für die Mikrowellen der Kammer aber undurchlässig ist. Die Mikrowellen werden von mindestens einem Magnetron erzeugt und durch Schlitze in dem Reflektor an die Mikrowellenkammer angekoppelt.

In einer bekannten Ausführungsform einer Leuchte zur Aushär­ tung von Farben und Beschichtungen leiten mindestens eine li­ neare Leuchte und der dazugehörige Reflektor emittiertes Licht auf eine Materialbahn oder ein Substrat, wie z. B. eine Viel­ zahl von Gegenständen, die auf einer Fördereinrichtung tran­ sportiert werden. Eine Funktion der linearen Leuchte ist es, ein gefärbtes oder beschichtetes Substrat in der zur Bewe­ gungsrichtung der Materialbahn oder der Artikel senkrechten Richtung gleichmäßig zu beleuchten. Eine gleichmäßige Lichtin­ tensität über die Breite der bestrahlten Oberfläche ist ebenso wünschenswert, wie insbesondere eine Leuchte, deren minimale Intensität so dicht wie möglich an der mittleren Intensität liegt, da das Maß der niedrigsten Intensität groß genug sein muß, um die Farbe oder Beschichtung auszuhärten, und somit das Leistungsniveau bestimmt.

Es ist beobachtet worden, daß die Lichtenergie pro beleuchte­ ter Oberflächeneinheit am Ende der Leuchten deutlich niedriger ist, als an den Mittelteilen. Die relativ niedrige Strahlungs­ intensität an den Enden ist auf die Anwesenheit der Montage­ vorrichtungen für den Lampenkolben zurückzuführen, die den Lampenkolben hindern, sich in der gesamten Länge des Lampenge­ häuses zu erstrecken. Aus der Theorie der Optik ist bekannt, daß nur eine unendlich lange Lichtquelle keinen Strahlungsab­ fall auf der beleuchteten Oberfläche erzeugt. Der Intensitäts­ abfall der Strahlung in der Nähe der Enden der Leuchte ist kein Problem, wenn die Breite des Substrats klein genug ist, um auf den relativ gleichmäßigen Bereich des Beleuchtungsmu­ sters, der dem Mittelteil der Leuchte entspricht, begrenzt zu sein. Während Bogenlampen in Längen zwischen einigen cm bis zu einer Länge von 182,88 cm (72 Inch) oder länger hergestellt werden können, werden typische elektrodenlose Leuchten, wie die von Fusion Systems Corporation produzierten, nur in Modu­ len, die viel kürzer sind, z. B. 15,24 cm (6 Inch) oder 25,4 cm (10 Inch), hergestellt.

Wenn die Leuchte nicht breit genug ist, um ein Substrat mit dem gleichmäßigen Teil der emittierten Strahlung zu bedecken, kann eine Mehrzahl an Leuchten Ende an Ende montiert werden, um ein Substat zu beleuchten, dessen Breite größer als eine Leuchtenlänge ist. In diesem Fall sind allerdings Bereiche zwischen den Leuchten, die eine verminderte Strahlungsintensi­ tät aufweisen, unvermeidlich. Eine zweite Reihe Leuchten, die gegenüber einer ersten Reihe versetzt angeordnet sind, kann gewährleisten, daß die gesamte Fläche des Substrats eine ange­ messene Aushärtestrahlung erhält; allerdings ist dies eine teure Lösung des Problems.

Ein Lösungsversuch bestand darin, die Breite der Montagefort­ sätze zu verringern, um das lichtemittierende Teil des Lampen­ kolbens so dicht wie möglich dem Gehäuseteil anzunähern, das den Lampenkolben abstützt, und dann die Gehäuse dicht zusam­ menzubringen. Allerdings ist es nicht möglich gewesen, die Breite der Gehäuse ausreichend zu verkleinern, um das Problem der ungleichmäßigen Bestrahlung zu lösen.

Daher soll mit Hilfe der Erfindung eine elektrodenlose Mikro­ wellenleuchte mit einem linearen Lampenkolben geschaffen wer­ den, die in einer Richtung, die parallel zu der Achse der li­ nearen Lampe verläuft, eine größere Gleichmäßigkeit der Strah­ lung auf ein bestrahltes Substrat bereitstellt.

Ferner soll mit Hilfe der Erfindung eine elektrodenlose Leuch­ te geschaffen werden, die eine größere Gleichmäßigkeit der Strahlung über die Ausdehnung einer Mehrfach-Lampenanordnung ermöglicht.

Gegen alle Erwartungen hat sich überraschend gezeigt, daß eine Vergrößerung des Abstandes zwischen dem lichtemittierenden Teil eines Lampenkolbens und dem abstützenden Gehäuse zu einer gleichmäßigeren axialen Verteilung des Lichts auf ein be­ strahltes Substrat führt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine elektrodenlose Mikrowellenleuchte bereitgestellt, die folgendes aufweist: eine Mikrowellenkammer mit Stirnwänden und einer Längenausdehnung, die sich zwischen den Stirnwänden in einer ersten Richtung erstreckt, wobei die Leuchte Einrichtun­ gen aufweist, um eine Mikrowellenquelle an diese Kammer anzu­ koppeln, sowie längliche Reflektorvorrichtungen, die sich in dieser ersten Richtung erstrecken, und ein Gitterelement, um die Mikrowellen innerhalb der Kammer zurückzuhalten und um Lichtaustritt zu ermöglichen, einen ein plasmabildendes Medium enthaltenden länglichen Lampenkolben, der in dieser Mikrowel­ lenkammer zwischen der Reflektorvorrichtung und dem Gitterele­ ment angebracht ist und sich in dieser ersten Richtung er­ streckt, und Einrichtungen, die den Lampenkolben an den Stirn­ wänden abzustützen, während sie die Enden des lichtemittieren­ den Teils des Lampenkolbens mindestens ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) von den Stirnwänden entfernt halten.

Ferner wird gemäß der Erfindung auch ein länglicher Lampenkol­ ben geschaffen, der ein plasmabildendes Medium enthält und eine Nase oder einen Montageschaft von mindestens 1,27 cm (0,5 Inch) Länge an jedem Ende zum Halten des Lampenkolbens an den Stirnwänden der Mikrowellenkammer aufweist. Die Nasen oder Montageschäfte dienen als Distanzelemente, um den Zwischenraum von mindestens 1,27 cm (0,5 Inch) zwischen dem lichtemittie­ renden Teil des Lampenkolbens und den Stirnwänden der Mikro­ wellenkammer zu gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Leuchte vergrößert die minimale Strah­ lungsintensität, die auf ein Substrat auftrifft, ohne auf kom­ plizierte Reflektorformen zurückgegriffen wird. Es kann ein einfacher, abgeschnittener, elliptischer Reflektor benutzt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a eine Querschnittsansicht eines elektrodenlosen, li­ nearen Lampenkolbens nach bekannter Bauweise;

Fig. 1b eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen li­ nearen Lampenkolbens;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße lineare Leuchte;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Mehrfachleuchte;

Fig. 4 eine diagrammartige Darstellung von Lichtstrahlen, die von einem Lampenkolben emittiert werden und auf einem Substrat auftreffen, das durch eine erfin­ dungsgemäße Leuchte bestrahlt wird.

Fig. 1a zeigt einen linearen elektrodenlosen Lampenkolben 10 nach bekannter Bauart. Die Enden sind mit Nasen 11, 12 verse­ hen, die benötigt werden, um den Lampenkolben 10 an den Mon­ tagewänden abzustützen. Der Stand der Technik nach der US-PS 45 04 768 und der US-PS 46 52 790 betrifft jeweils elektroden­ lose Leuchten mit einem linearen Lampenkolben, der für die Montage in einer Mikrowellenkammer Nasen an seinen Enden be­ sitzt. In der Praxis sind die Nasen dieser Kolben relativ kurz, d. h. sie liegen im Bereich zwischen 0,89 cm (0,35 Inch) und 1,031 cm (0,406 Inch), wobei das Standardprodukt eine Nase von ungefähr 0,97 cm (0,38 Inch) Länge besitzt.

Fig. 1b zeigt einen erfindungsgemäßen, linearen, elektrodenlo­ sen Lampenkolben 20. Die Nasen 21, 22 sind jede gemäß der Er­ findung mindestens ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) lang, um die Entladungszone des Lampenkolbens an jedem Ende von dem Gehäuse zu beabstanden. Jedes Ende des Plasmas innerhalb des Lampen­ kolbens ist von dem Gehäuse mindestens ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch), vorzugsweise 1,27 cm (0,5 Inch) bis 2,54 cm (1 Inch), und am meisten bevorzugt 1,52 cm (0,6 Inch) bis 1,78 cm (0,7 Inch) entfernt. Beträgt der Abstand von dem Ende der Entla­ dungszone des Lampenkolbens weniger als ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch), wird der Vorteil eines vergrößerten Intensitätsminimums nicht erreicht.

Die Nasenlänge wird, wie in Fig. 1b gezeigt, von dem äußeren Ende 23 der Nase 21 zu dem Ende 24 der plasmabildenden Zone innerhalb des linearen Lampenkolbens 20 gemessen.

In der elektrodenlosen Leuchte 30 in Fig. 2 sind die Magne­ trone 31, 32 an Wellenleiter 33 angekoppelt, die wiederum an Schlitze 34 in dem Reflektor 35 angekoppelt sind. Die Schlitze sind so gestaltet, daß sie ein relativ gleichmäßiges mittleres Feld in der Kammer 29 begründen, das durch den Reflektor 35, den Gitterschirm 36 und die Stirnwandteile 25, 26 definiert wird. Der elektrodenlose Lampenkolben 20 wird innerhalb der Mikrowellenkammer 29 durch eine Öffnung in jedem Stirnwandteil 25, 26 in seiner Position gehalten und durch Blattfedern 27, 28 zentriert. Der elektrodenlose Lampenkolben 20 ist vorzugs­ weise in der Nähe des Reflektorbrennpunkts angebracht, wodurch die Fokussierung des Lichts optimiert wird.

Die US-PS 40 42 850 beschreibt eine mikrowellengespeiste elektrodenlose Leuchte mit einem linearen Lampenkolben; bezüg­ lich der Struktur und der Funktion von linearen elektroden­ losen Leuchten sei hiermit auf diese Druckschrift verwiesen.

Fig. 3 zeigt eine Serie elektrodenloser Leuchten 30′, 30′′ und 30′′′, die in einem Gehäuse 41 montiert sind und in axialer Ausrichtung angeordnet sind, um eine Bahn 40 zu beleuchten.

Wie in Fig. 4 zu sehen ist, werden die Lampenkolben 20′ und 20′′ an ihrem Ort in den Stirnwänden 25′, 26′ jeweils durch die Nasen 22′ und 21′ gehalten. Der Bereich auf der Bahn 40′ wird von Strahlen, die direkt von dem Lampenkolben 20′ emittiert werden, die durch die Linien A und C dargestellt sind, und von Strahlen, die von dem Reflektor 35′ reflektiert werden, wie durch den Strahl B dargestellt, bestrahlt. Bei bekannten Leuchten mit kurzen Nasen erstreckt sich der emittierende Teil des Lampenkolbens näher an die Stirnwand 25′, und die Strah­ len, die durch die Linie B dargestellt werden, treffen auf den emittierenden Teil des Lampenkolbens und werden im wesentli­ chen absorbiert. Die längere Nase 22′ des erfindungsgemäßen Lampenkolbens vergrößert die Ausdehnung der Zone an den Enden, die für Strahlen, wie sie durch die Linie B dargestellt sind, durchlässig ist. Somit wird die Intensität des auf die Bahn 40′ in der Zone zwischen den linearen Leuchten auftreffenden Lichts vergrößert. Die Reflektoren 35′, 35′′ erstrecken sich vorzugsweise jeweils bis zu den Stirnwänden 25′, 26′.

In der typischen Anordnung der axial-ausgerichteten, bekannten linearen Lampenkolben lag der Punkt der niedrigsten Strah­ lungsintensität auf der Bahn 40′ in der Zone zwischen den Wän­ den 25′, 26′ bei ungefähr 76% der mittleren Intensität längs der Bahn. Der Einsatz von Lampenkolben mit zwei Nasen von je­ weils ungefähr 1,5 cm (0,6 Inch) bis 1,7 cm (0,7 Inch) Länge gemäß der Erfindung vergrößert die Intensität in der Zone zwi­ schen den Enden auf einen Wert um ungefähr 80% der mittleren Intensität.

Ein Anwachsen der minimalen Intensität von 76% auf 80% der mittleren Intensität führt zu einer bedeutenden Zeitersparnis und/oder deutlich vermindertem Leistungsbedarf bei industriel­ ler Anwendung. Ein Anwachsen der minimalen Intensität kann z. B. die Härtungsrate um einen Faktor 80/76 bzw. 1,05 vergrö­ ßern. Somit kann eine Aushärtestraße, in der die vorliegende Erfindung angewendet wird, eine Materialmenge in 8 Stunden aushärten, die bei Gebrauch der bekannten, kurznasigen, li­ nearen Lampenkolben 8,4 Stunden benötigen würde. Der Gebrauch der erfindungsgemäßen Leuchte verringert nicht nur beträcht­ lich den Leistungsbedarf, der für das Aushärten von Material anfällt (eine typische Leuchte kann einen Leistungsbedarf von 6 kW haben), sondern ermöglicht auch einen gesteigerten Durch­ satz einer Aushärtebahn.

Claims (13)

1. Länglicher, elektrodenloser Lampenkolben, der ein plasma­ bildendes Medium enthält für den Einsatz in einer Mikrowellen­ kammer, die zwei Stirnwände aufweist, gekennzeichnet durch Einrichtungen an den Lampenkolben zu seiner Abstützung an den Stirnwänden, und Einrichtungen, um die Enden seines lichtemit­ tierenden Teils in einem Mindestabstand von ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) von den Stirnwänden zu halten.

2. Länglicher, elektrodenloser Lampenkolben, der ein plasma­ bildendes Medium enthält, gekennzeichnet durch eine Nase an jedem Ende zu seiner Abstützung in einem Mikrowellenhohlraum, wobei diese Nasen eine Mindestlänge von ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) haben.

3. Länglicher Lampenkolben nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge jeder Nase ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) bis ungefähr 2,54 cm (1 Inch) beträgt.

4. Länglicher Lampenkolben nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge jeder Nase ungefähr 1,52 cm (0,6 Inch) bis ungefähr 2,54 cm (1 Inch) beträgt.

5. Länglicher Lampenkolben nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge jeder Nase ungefähr 1,52 cm (0,6 Inch) bis ungefähr 1,78 cm (0,7 Inch) beträgt.

6. Mikrowellenbetriebene, elektrodenlose Leuchte, gekennzeich­ net durch:
eine Mikrowellenkammer mit einer Längenausdehnung, die in ei­ ner ersten Richtung zwischen den Stirnwänden verläuft, einer länglichen Reflektorvorrichtung, die sich in dieser ersten Richtung erstreckt, und einem Gitterelement, das Mikrowellen in der Kammer zurückhält, während es die Emission von Licht ermöglicht,
einen länglichen, ein plasmabildendes Medium enthaltenden Lampenkolben, der in der Mikrowellenkammer zwischen der Re­ flektorvorrichtung und dem Gitterelement angeordnet ist und sich in dieser ersten Richtung erstreckt,
Einrichtungen, um die Mikrowellenenergie an die Kammer anzu­ koppeln, und
Einrichtungen, um den Lampenkolben an den Stirnwänden abzu­ stützen und um die Enden des lichtemittierenden Teils des Lam­ penkolbens im Abstand von mindestens 1,27 cm (0,5 Inch) von den Stirnwänden zu halten.

7. Mikrowellenbetriebene, elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Abstützen und Halten der Enden des lichtemittierenden Teils des Lampen­ kolbens im Abstand von den Stirnwänden an jedem Ende des Lam­ penkolbens aus einer Nase von mindestens ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) Länge bestehen.

8. Mikrowellenbetriebene, elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Nase ungefähr 1,52 cm (0,6 Inch) bis ungefähr 2,54 cm (1 Inch) beträgt.

9. Mikrowellenbetriebene, elektrodenlose Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Nase ungefähr 1,52 cm (0,6 Inch) bis ungefähr 1,78 cm (0,7 Inch) beträgt.

10. Mikrowellenbetriebene, elektrodenlose Leuchte nach An­ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Reflektor im wesentlichen von der einen zu der anderen Stirnwand erstreckt.

11. Anordnung aus mikrowellenbetriebenen, elektrodenlosen Leuchten zum Aushärten einer photopolymerisierbaren Chemika­ lie, gekennzeichnet durch mehrere lineare Leuchten, die Ende an Ende angeordnet sind und jeweils folgendes aufweisen:
eine Mikrowellenkammer mit einer Längenausdehnung, die in ei­ ner ersten Richtung zwischen den Stirnwänden verläuft, einer länglichen Reflektoreinrichtung, die sich in dieser ersten Richtung erstreckt, und einem Gitterelement, das Mikrowellen in der Kammer zurückhält, während es die Emission von Licht ermöglicht,
einen länglichen, ein plasmabildendes Medium enthaltenden Lam­ penkolben, der in der Mikrowellenkammer zwischen der Reflek­ torvorrichtung und dem Gitterelement angeordnet ist und sich in dieser ersten Richtung erstreckt,
Einrichtungen, um Mikrowellenenergie an die Kammer anzukop­ peln, und
Einrichtungen zum Abstützen des Lampenkolbens an den Stirnwän­ den und zum Halten der Enden des lichtemittierenden Teils des Lampenkolbens um mindestens ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) im Ab­ stand von den Stirnwänden, wodurch die auf die photopolymeri­ sierbare Chemikalie auftreffende Lichtmenge in der Zone zwi­ schen den Enden der Leuchten vergrößert wird.

12. Anordnung aus mikrowellenbetriebenen Leuchten nach An­ spruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Beabstanden der Enden des lichtemittierenden Teils des Lampen­ kolbens von den Stirnwänden aus einer Nase an jedem Ende des Lampenkolbens bestehen, wobei jede Nase ungefähr 1,52 cm (0,6 Inch) bis ungefähr 2,54 cm (1 Inch) lang ist.

13. Mikrowellenbetriebene, elektrodenlose Leuchte, gekenn­ zeichnet durch eine Mikrowellenkammer mit einer Längenausdeh­ nung, die zwischen den Stirnwänden in einer ersten Richtung verläuft, wobei mindestens ein Teil dieser Kammer für das Licht durchlässig ist, das von der Leuchte emittiert wird, einen länglichen Lampenkolben, der ein plasmabildendes Medium enthält, in dieser Mikrowellenkammer angeordnet ist und sich in dieser ersten Richtung erstreckt,
Einrichtungen, um Mikrowellenenergie an die Kammer anzukop­ peln, und
nasenförmige Vorrichtungen, um die Lampenkolben an den Stirn­ wänden abzustützen und um die Enden des lichtemittierenden Teils des Lampenkolbens im Abstand von mindestens ungefähr 1,27 cm (0,5 Inch) von den Stirnwänden zu halten.