DE4109895C2 - Länglicher, elektrodenloser Lampenkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen länglichen, elektrodenlosen Lampenkolben, der ein plasmabildendes Medium enthält und an seinen Enden mit Haltenasen versehen ist, für den Einsatz in einer Mikrowellenkammer, die zwei Stirnwände und Vorrichtungen zur Abstützung des Lampenkolbens an den Stirnwänden aufweist.

Ein derartiger Lampenkolben und seine Anwendung in einer elektrodenlosen Lampe ist in US-PS 4 504 768 beschrieben. Der Lampenkolben ist in einer Mikrowellenkammer der Lampe angeordnet, wobei die Ionisation des in seinem Inneren enthaltenen plasmabildenden Mediums durch eine Mikrowellenquelle erfolgt, die beispielsweise als Magnetron ausgebildet ist. Das von dem Lampenkolben emittierte Licht wird an einem in der Mikrowellenkammer angeordneten Reflektor reflektiert und anschließend durch ein Gitter hindurch abgegeben, das die in der Mikrowellenkammer auftretenden Mikrowellen nach außen hin abschirmt.

Da die Anregung des plasmabildenden Mediums im Lampenkolben mittels einer stehenden Welle erfolgt, die in der Mitte der Mikrowellenkammer einen Nulldurchgang aufweist, ist der Lampenkolben an der entsprechenden Stelle mit einem geringeren Durchmesser ausgebildet. Hierdurch läßt sich die Menge des zu ionisierenden Mediums an die reduzierte verfügbare Energie an der Stelle des Nulldurchgangs der stehenden Welle anpassen, und es ergibt sich ein im wesentlichen konstanter Verlauf der Intensität des vom Lampenkolben emittierten Lichts.

Dennoch ist diese Maßnahme für den industriellen Einsatz dieses Lampenkolbens in einer mikrowellengespeisten elektrodenlosen Lampe zum Aushärten von Farben und Beschichtungen durch Wechselwirkung des von dieser Lampe abgestrahlten ultravioletten Lichts mit photopolymerisierbaren Chemikalien unzureichend, da die Lichtintensität an den Lampenkolbenenden deutlich niedriger ist als im Mittelteil. Dieser Intensitätsabfall an den Lampenkolbenenden ist kein Problem, wenn die Breite des zu bestrahlenden Substrats die Ausdehnung des mittleren Bereichs des Lampenkolbens, in dem die abgegebene Strahlung einen nahezu konstanten Intensitätsverlauf aufweist, nicht überschreitet. Jedoch werden typische elektrodenlose Lampen nur in Einheiten hergestellt, die eine im Vergleich zu Bogenlampen erheblich niedrigere Breite aufweisen (15,24 cm oder 25,4 cm im Vergleich zu 182,88 cm).

Ist die Lampe nicht breit genug, um ein Substrat, eine Materialbahn oder eine Vielzahl von Gegenständen, die auf einer Fördereinrichtung transportiert werden, mit nahezu kosntanter Intensität zu bestrahlen, so sind, wie in DE 24 39 961 C2 beschrieben, eine Mehrzahl von Leuchten Ende an Ende zu montieren. In diesem Fall existieren allerdings Bereiche zwischen den Lampen, die eine verminderte Strahlungsintensität aufweisen. Mit einer zweiten Reihe von Lampen, die gegenüber der ersten Reihe versetzt angeordnet sind, läßt sich eine über die gesamte Breite ausreichende Strahlungsintensität erzielen; jedoch ist dies eine außerordentlich teure Lösung dieses Problems.

Ein weiterer Nachteil des bekannten elektrodenlosen Lampenkolbens besteht darin, daß sich der Lampenkolben aufgrund der Haltenasen nicht über die gesamte Breite der Mikrowellenkammer erstrecken kann. Zwar wurde versucht, die Breite der Haltenasen zu verringern, um den lichtemittierenden Teil des Lampenkolbens so dicht wie möglich an die Seitenwand der Mikrowellenkammer heranzuführen, jedoch ist es bis jetzt nicht gelungen, die Breite der Stirnwände selbst in ausreichender Weise zu verkleinern. So läßt sich bis jetzt lediglich eine Rotation des Lampenkolbens vermeiden, wenn, wie in DE 40 34 140 A1 vorgeschlagen, eine formschlüssige Ausbildung der Haltenasen und der entsprechenden Öffnungen in den Stirnwänden der Mikrowellenkammer ausgebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen länglichen, elektrodenlosen Lampenkolben zu schaffen, bei dem die minimale Intensität der abgegebenen Strahlung so dicht wie möglich an der mittleren Intensität dieser Strahlung liegt, und weiterhin eine größere Gleichmäßigkeit der Strahlungsintensität über die Ausdehnung einer Mehrfachlampenanordnung zu erzielen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Haltenasen eine Mindestlänge von ungefähr 1,27 cm haben.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das Anheben der minimalen Strahlungsintensität des Kolbens sorgt für eine gleichmäßigere Verteilung der Intensität der abgegebenen Strahlung über die gesamte Breite des Lampenkolbens hinweg und somit für eine Zunahme des Leistungsniveaus des Lampenkolbens.

Da durch die verlängerten Haltenasen zwischen dem lichtemittierenden Teil des Lampenkolbens und dem abstützenden Gehäuse der Mikrowellenkammer ein vergrößerter Abstand entsteht, läßt sich nunmehr auch Strahlung, die entgegen der eigentlichen Abstrahlrichtung vom Lampenkolben abgegeben wird, mit Hilfe eines Reflektors so umleiten, daß sie entlang der Stirnwand der Mikrowellenkammer durch den neu geschaffenen Abstandsbereich zwischen dem Lampenkolben und dieser Stirnwand hindurch aus der Lampe austritt. Hierbei muß nicht auf komplizierte Reflektorformen zurückgegriffen werden, sondern es lassen sich einfache, abgeschnittene, elliptische Reflektoren einsetzen.

Das Anheben der minimalen Strahlungsintensität wirkt sich bei einer Parallelschaltung mehrerer Lampen besonders positiv aus, da sich hier die Verbesserungen im Bereich zwischen je zwei benachbarten Lampen überlagern.

Ein Ausführungsbeispiel und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt

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

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

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Leuchte mit dem erfindungsgemäßen Lampenkolben;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Mehrfachleuchte, in der erfindungsgemäße Lampenkolben parallelgeschaltet sind; und

Fig. 4 eine diagrammartige Darstellung von Lichtstrahlen, die von einem Lampenkolben emittiert werden und auf einem Substrat auftreffen.

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

Fig. 1b zeigt einen erfindungsgemäßen, linearen, elektrodenlo­ sen Lampenkolben 20. Die Haltenasen 21, 22 sind jede gemäß der Er­ findung mindestens ungefähr 1,27 cm 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, vorzugsweise 1,27 cm bis 2,54 cm, und am meisten bevorzugt 1,52 cm bis 1,78 cm entfernt. Beträgt der Abstand von dem Ende der Entla­ dungszone des Lampenkolbens weniger als ungefähr 1,27 cm, wird der Vorteil eines vergrößerten Intensitätsminimums nicht erreicht.

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

Den Einsatz des Lampenkolbens 20 in einer elektrodenlosen Leuchte 30 zeigt Fig. 2. Magne­ trone 31, 32 sind an Wellenleiter 33 angekoppelt, die wiederum an Schlitze 34 in einem 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.

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. Hierdurch lassen sich mehrere Lampenkolben parallel anordnen, so daß insgesamt eine Beleuchtung über eine nahezu beliebige Breite möglich wird.

Wie in Fig. 4 zu sehen ist, werden die Lampenkolben 20′ und 20′′ bei einer solchen Parallelschaltung an ihrem Ort in den Stirnwänden 25′, 26′ jeweils durch die Haltenasen 22′ und 21′ gehalten. Der Bereich auf der Bahn 40′ wird von Strahlen, die direkt von dem Lampenkolben 20′ emittiert werden (durch die Linien A und C dargestellt), und von Strahlen, die von dem Reflektor 35′ reflektiert werden (durch den Strahl B dargestellt), bestrahlt. Bei bekannten Lampenkolben 20′ mit kurzen Haltenasen erstreckt sich der emittierende Teil näher an die Stirnwand 25′, und die Strah­ len, die durch die Linie B dargestellt werden, treffen auf den emittierenden Teil des Lampenkolbens 20′ und werden im wesentli­ chen absorbiert. Die längere Haltenase 22′ des erfindungsgemäßen Lampenkolbens 20′ 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 Haltenasen von je­ weils ungefähr 1,5 cm bis 1,7 cm 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 des erfindungsgemäßen Lampenkolbens 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 (4)

1. Länglicher, elektrodenloser Lampenkolben (20), der ein plasmabildendes Medium enthält und an seinen Enden mit Haltenasen (21, 22; 21′, 22′) versehen ist, für den Einsatz in einer Mikrowellenkammer (29), die zwei Stirnwände (25, 26; 25′, 26′) und Vorrichtungen (27, 28) zur Abstützung des Lampenkolbens an den Stirnwänden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltenasen (21, 22; 21′, 22′) eine Mindestlänge von ungefähr 1,27 cm haben.

2. Länglicher, elektrodenloser Lampenkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Haltenase (21, 22; 21′, 22′) ungefähr 1,27 cm bis ungefähr 2,54 cm beträgt.

3. Länglicher, elektrodenloser Lampenkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Haltenase (21, 22; 21′, 22′) ungefähr 1,52 cm bis ungefähr 2,54 cm beträgt.

4. Länglicher, elektrodenloser Lampenkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Haltenase (21, 22; 21′, 22′) ungefähr 1,52 cm bis ungefähr 1,78 cm beträgt.