EP2781140A1 - Hochfrequenzlampe sowie verfahren zum betreiben einer hochfrequenzlampe - Google Patents

Hochfrequenzlampe sowie verfahren zum betreiben einer hochfrequenzlampe

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EP2781140A1
EP2781140A1 EP12794674.7A EP12794674A EP2781140A1 EP 2781140 A1 EP2781140 A1 EP 2781140A1 EP 12794674 A EP12794674 A EP 12794674A EP 2781140 A1 EP2781140 A1 EP 2781140A1
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EP
European Patent Office
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frequency
glass bulb
glass
frequency signal
lamp
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12794674.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Prof. HEUERMANN
Rainer Kling
Stepfan HOLTRUP
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Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Original Assignee
Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG filed Critical Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Publication of EP2781140A1 publication Critical patent/EP2781140A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/24—Circuit arrangements in which the lamp is fed by high frequency ac, or with separate oscillator frequency
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a high frequency lamp according to claim 1, a method for operating a high frequency lamp according to claim 9 and a use of glass according to claim 13 and a use of a high frequency signal according to claim 14.
  • lamps should emit light as efficiently as possible with the best possible color spectrum. Each lamp converts energy into light with more or less good efficiency. Often, a lot of heat is lost during conversion. As a rule, the emitted light spectrum and its emission behavior are decisive over the intended use. Fluorescent lamps or gas discharge lamps are known from the prior art.
  • Gas discharge lamps are light sources which use a gas discharge and thereby the spontaneous emission by atomic or molecular electronic
  • the gas contained in the quartz glass bulb is generally a mixture of metal vapors (eg mercury) and noble gases (eg argon) and possibly other gases as well as halogens.
  • Gas discharge lamps are divided into the two classes of low and high pressure discharge lamps. The former uses a glow discharge and the latter uses an arc discharge.
  • Ballast (CCG) of a fluorescent lamp contains a choke and a bimetallic contact as a starter circuit.
  • the choke, the start is used as a series resistor for the fluorescent tube (often called ionization chamber here).
  • This simple circuit is designed for operation at 50 Hz.
  • ECGs Electronic ballasts
  • U. a. reduces the size and improves the efficiency.
  • An ECG consists z. B. off a bridge rectifier, a control electronics, an inverter with two power transistors and a resonant circuit.
  • the two transistors of the inverter are operated with opening times of around 45%, so that a short-circuit current can never flow to ground. These 45% times require special control electronics.
  • the switching times of the inverter are in the kHz range.
  • a special form of the gas discharge lamp is the sulfur lamp. It consists of a quartz glass ball filled with sulfur and argon. In the glass ball, a plasma is generated by high-frequency radiation.
  • the ballast incorporates a magnetron that has lower durability than other lamp ballast techniques because of the finite life of the heavily heated cathode.
  • the sulfur lamp stands out from the rest of the gas discharge lamps in that it has a very high color temperature and thus has an almost white light spectrum.
  • the technique for this lamp is very expensive and therefore expensive.
  • it is only available as a high wattage kW kW power lamp.
  • HF lamps which are often operated at 2.45 GHz. These lamps work with small high-frequency powers (30-200 W) and use instead of the waveguide coupling a coupling via a trans-electromagnetic line (coaxial line) with
  • these lamps are more appropriately referred to as RF antenna lamps.
  • RF antenna lamps In these lamps as well as in sulfur lamps, the requirements for frequency stability of the HF generator are low.
  • the HF antenna lamps can be ignited without a circuit, they require a lot of power (over 30 W)
  • Microwave power Furthermore, both concepts use conventional gas discharge lamps in the form of antennas. This has the serious disadvantage in practice that high-frequency radiation is emitted to a greater extent. Significantly greater plasma efficiencies and thus light efficiencies (measured in lumens per watt) are achieved with RF lamps that have highly effective impedance transformers. By means of these transformers, the voltage in the coupling is transformed upwards and thus the ionization is achieved at lower electrical powers.
  • HF lamp is known for example from DE 10 2007 057 581 AI.
  • HF lamps can be designed as a microplasma lamp.
  • the plasma is often generated at 2.45 GHz. It forms in the often selected unbalanced feed as a ball around the feed electrode.
  • the connection to ground is purely capacitive.
  • an ionized gas has the same number of electrons and ions, then it is a gas that is space-charge-free and called plasma.
  • ⁇ frequency of the high-frequency signal.
  • Equation (2) shows that the (small) resistance and thus the losses increase with increasing frequency. Consequently, at higher frequencies, the gases can be heated better.
  • Hydrogen or oxygen is attenuated.
  • Tesla transformers can be used to produce 100W generators with 5 kV output voltage and thus generate 10 cm long spark gaps in air.
  • the inventor has already produced 1 cm long micro-plasma regions at 2.45 GHz by means of a 10 W transmitter and a voltage of 2 kV.
  • DE 10 2007 057 581 A1 describes a high-frequency lamp with an ionization chamber and a first electrode which enter the ionization chamber protrudes.
  • the ionization chamber contains a gas that is capable of being excited to glow.
  • the electrode transmits an electrical signal to the gas in the ionization chamber to produce a plasma in the ionization chamber.
  • control electronics for generating the electrical signal is connected.
  • this control electronics is a Hochfrequenzoszilator, at the output of a power amplifier is arranged to increase the power of the high frequency signal.
  • the power amplifier is followed by an impedance transformer, at the output of the electrode is located, via which the electrical signal is transmitted to the gas.
  • the glass bulb of the high-frequency lamp according to DE 10 2007 057 581 A1 is made of quartz glass, as in classical gas discharge lamps. Within this quartz glass bulb is a metal vapor mixture. The composition of the gas metal vapor mixture is not further specified; In principle, however, mercury is used, which is also used as standard in classic gas discharge lamps. Mercury already evaporates at
  • Color rendering index which is important for a faithful reproduction of colors.
  • classical gas discharge lamps in particular low-pressure discharge lamps
  • line emitters which do not emit a continuous spectrum.
  • Heating up the glass bulb of the high-frequency lamp in which the metal salt is located is a heating of the glass bulb with heat radiation.
  • such heating is
  • the transfer to the gaseous state is in any case absolutely necessary for the operation of a high-frequency lamp, because, only if the
  • the invention has for its object to provide a high-frequency lamp and a method for operating a high-frequency lamp, which lead to relatively low pollution for the environment and in particular can be manufactured or operated with little effort.
  • a high-frequency lamp comprising at least one glass bulb and at least one high-frequency signal supply device for supplying a high-frequency signal to a
  • said glass bulb contains an ionizable by the high frequency signal in the gaseous state substance and consists at least in sections of a glass Tanoé on average a loss factor of at least 2xl0 "4 , preferably at least 5xl0 "4, more preferably at least 20 x 10" 4, even more preferably at least 50 x 10 "4, measured at a reference temperature of 20 ° C and a
  • Reference signal of 1 M Hz has. Furthermore, a transparent housing, in particular a second, outer glass bulb (or outer bulb) is provided, in which the first glass bulb is arranged.
  • a core idea of the invention is to use for the glass bulb not the quartz glass used in the prior art with a loss factor tanö of (about) 1 x 10 "4 , but a glass with a larger loss factor of at least 2 x 10 " 4 .
  • This allows the glass bulb by the high-frequency signal to a temperature, for example of at least 40 ° C, in particular of at least 120 ° C, preferably of at least 150 ° C, more preferably of at least 200 ° C, are heated in the metal salts, for.
  • sodium salts or lithium iodide begin to evaporate, which is crucial for the operation of the lamp.
  • the reason for the heating of the glass is the frequency and the loss factor tanö of the dielectric, in this case glass. The higher the frequency and the larger the loss factor, the more electrical energy is converted into heat in the glass. This phenomenon can be observed in microwave ovens where glass is comparatively even through the glass
  • the heating process can be further improved, in particular since a thermal insulation is provided. As a result, the efficiency during operation of the high-frequency lamp can be further increased.
  • the power of the high-frequency signal may be, for example, in the range of 0.1 W to 100 W, in particular 5 W to 80 W, preferably 10 W to 30 W.
  • a surface of the glass bulb may preferably be 4 cm 2 to 200 cm 2 , more preferably 10 cm 2 to 100 cm 2 .
  • Glass bulb may be, for example, 0.1 mm to 2.0 mm, preferably 0.2 mm to 5.0 mm.
  • the substance may comprise at least one metal and / or at least one halide and / or at least one noble gas, in particular consist of a metal-halogen-noble gas mixture.
  • glass may also include special ceramics or quartz glasses with a correspondingly high loss angle (for example produced by impurities).
  • High-frequency signal generating device and a glass bulb wherein the producible power and frequency of the glass flask to be supplied high-frequency signal and the structural design of the glass bulb,
  • Loss factor of tanö lxlO "4 are used.
  • the high-frequency signal is not only used for ionization and excitation of the gas in the glass bulb, but also for heating the wall of the glass bulb to the required temperature of at least 40 ° C.
  • the use of mercury is not mandatory. This also reduces the risk to the environment and humans. In this context, it was also deliberately contrary to the trend in the art, where quartz glass in the field of
  • the average predetermined loss factor is less than Tanoé lOOxlO "4, more preferably less than 80xl0" 4, still more preferably less than 60xl0 "4, still more preferably less than or equal to 50xl0" 4.
  • the loss factor tanö of the glass of the glass bulb can be at least partially constant and / or with increasing distance from the
  • High-frequency signal supply device in particular at least
  • a thickness of the glass of the glass bulb may be constant or increase with increasing distance from the high-frequency signal supply device, in particular at least in sections continuously and / or in discrete steps. With a constant training, the production cost is reduced. In a training with varying thickness and / or a
  • the temperature of the glass bulb in regions further away from the high-frequency signal supply device is allowed to have a similar or (approximately) equal amount as within regions in the vicinity of the high-frequency signal supply device Near or within the contact area.
  • a temperature gradient can be reduced or even set to zero.
  • an increase in the loss factor and / or the thickness can be linear.
  • the loss factor and / or thickness of the glass may be at least 1.5 times, more preferably at least 2 times, more preferably at least 3 times as large as at one point, at a point farthest from the radio frequency signal supply means, which is closest to the high-frequency signal supply device, in particular within the
  • the loss factor tanö of the glass of the glass bulb decreases with increasing distance from the high-frequency signal supply device, in particular at least in sections continuously and / or in discrete steps. Furthermore, a thickness of the glass of the glass bulb with increasing distance from the high-frequency supply device, in particular at least partially continuously and / or in discrete steps, decrease. A decrease in the loss factor and / or the thickness can be linear in particular.
  • the loss factor and / or the thickness of the glass at a point farthest from the high-frequency signal supply means may be at most 0.8 times, preferably at most 0.5 times be large as at a point closest to the radio frequency signal supply means, especially within the contact area.
  • tan ⁇ 5 tan (90 ° -
  • At least two, in particular two, high-frequency signal supply devices are provided which are designed to supply a high-frequency signal of preferably 10 MHz to 100 GHz to at least one contact region of the glass bulb, and are preferably arranged opposite one another such that the glass bulb ( essentially) midway between the high frequency signal supply means.
  • the high-frequency signal coupling can be simplified.
  • this measure also achieves temperature uniformity (at least approximately). Overall, the efficiency of the high-frequency lamp is further improved.
  • a gap is provided between the transparent housing, in particular in the second, outer glass bulb, and the first glass bulb.
  • the glass bulb is at least partially, in particular coated within an outside of the contact area outside area with an electrically conductive layer, in particular (thin) metal layer, in particular vapor-deposited.
  • an electrically conductive layer in particular (thin) metal layer, in particular vapor-deposited.
  • a metal layer metal layer is exemplified below for an electrically conductive layer
  • a Layer thickness of in particular 10 nm to 1 ⁇ , preferably 20 nm to 200 nm are understood.
  • the metal layer should be so thin that the glass bulb is still optically transparent.
  • the thin and optically transparent metal layer ensures that an increased field strength is established at a predetermined distance from the contact region in which the high-frequency signal is supplied, and thus the glass bulb is heated comparatively uniformly. As a result, a temperature gradient can be reduced, which also reduces the risk of possible damage. In general, this exception increases the efficiency of the high frequency lamp.
  • the thin metal layer ensures a shield of the glass bulb. An unwanted radiation of the high-frequency signal is attenuated.
  • the (thin) conductive layer (metal layer) thus serves both for shielding and for heating the high-frequency lamp. As a result, two functions can be accommodated by a structural measure, which further reduces the manufacturing costs in a synergistic manner.
  • a monofrequency or modulated and / or pulsed frequency can be supplied via the high-frequency signal supply device.
  • Radio frequency signal of the predetermined frequency can be provided.
  • the glass bulb can be heated particularly efficiently.
  • a possibly provided high-frequency amplifier could be optimized for a corresponding operation, so that during the starting phase of the high-frequency lamp additional heating of the glass bulb takes place due to the higher losses at the higher frequency.
  • Another advantageous aspect of exploiting the third harmonic is the easier ionization of the gases. As the frequency increases, it has been proven that less energy is needed to ionize the metal salts, which in turn means a reduction in the energy required, which generally improves the efficiency of the high frequency lamp.
  • the abovementioned object is achieved independently by a method for operating a high-frequency lamp, in particular of the type described above, wherein a glass bulb is provided in such a way and a high-frequency signal with at least one predetermined frequency and power is generated and supplied to the glass bulb such that the glass bulb opens heated to a predetermined temperature, wherein one in the gaseous state through the High frequency signal ionizable substance, in particular an ionizable salt, is evaporated from an inner wall of the glass bulb.
  • a method for operating a high-frequency lamp in particular of the type described above, wherein a glass bulb is provided in such a way and a high-frequency signal with at least one predetermined frequency and power is generated and supplied to the glass bulb such that the glass bulb opens heated to a predetermined temperature, wherein one in the gaseous state through the High frequency signal ionizable substance, in particular an ionizable salt, is evaporated from an inner wall of the glass bulb.
  • High frequency signal can be used for both the ionization of the phosphor and the heating of the glass bulb.
  • a third harmonic of the fundamental frequency is generated and supplied.
  • the starting phase may, for example, last at least 5 seconds, in particular at least 20 seconds and / or at most 200 seconds, in particular 100 seconds.
  • the predetermined temperature is at least 40 ° C
  • the glass bulb is provided in such a way and
  • High frequency signal having at least a predetermined frequency and power generated and supplied such that the predetermined temperature in
  • the above object is independently achieved by the use of glass having a loss factor of at least Tanoé 2xl0 "4; preferably at least 5xl0"4; more preferably at least 20xl0 "4; still more preferably at least 50xl0" 4 for the production of a glass bulb of a
  • High-frequency lamp in particular of the type described above, preferably for carrying out the method of the type described above.
  • High frequency lamp directed is further achieved independently by the use of a high frequency signal of preferably 100 M Hz to 1000 GHz, for
  • Heating a lamp bulb of a high-frequency lamp in particular of the type described above, preferably for carrying out the method of the type described, in particular to at least 40 ° C, preferably at least 120 ° C, even more preferably at least 150 ° C.
  • the high frequency signal preferably has a frequency of 10 MHz to 100 GHz, in particular 300 MHz to 50 GHz, more preferably from 800 M Hz to 10 GHz, even more preferably about 2 GHz to 3 GHz, even more preferably (about) 2.45 GHz ,
  • FIG. 1 shows a glass flask according to the invention with a high-frequency signal
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a glass bulb according to the invention with a high-frequency signal supply device
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a third embodiment of a glass bulb according to the invention with two high-frequency signal supply devices
  • Fig. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of a
  • Fig. 5 is a schematic representation of a fifth embodiment of a
  • Fig. 1 shows a glass bulb 10 and a preferably shielded
  • Waveguide 11 of a high frequency lamp comprises a preferably coaxial outer conductor 12 and an inner conductor 13 which is preferably round in cross-section.
  • the waveguide 11 may be formed such that an impedance transformation, in particular according to DE 10 2007 057 581 A1, is made possible.
  • the high frequency signal is the glass bulb 10 in a
  • Contact area 14 in which the waveguide 11 is in contact with the glass bulb 10 is supplied. It can be an electrode, preferably a metal electrode
  • the glass bulb (not shown in the figures).
  • the thickness of the glass bulb 10 is constant (but may vary, notwithstanding the figures).
  • the use of a single type of glass allows a comparatively inexpensive production.
  • the waveguide 11, which is a high-frequency signal supply means, is a
  • High frequency heating realized which may be coupled with the control for ionization of the salts in the interior of the glass bulb 10 to the operation of the
  • an impedance transformation can be used for the ionization of the gas.
  • Heating the glass wall can be used.
  • the waveguide 11 supplies the preferably previously transformed high-frequency signal to the combustion chamber.
  • the glass bulb 10 can preferably be fastened to the waveguide 11 via a connection point 15 which is in particular thermally insulating.
  • the high-frequency signal can be supplied via a capacitive coupling to the glass bulb 10 or a (gas-filled) combustion chamber 16 within the glass bulb 10.
  • the glass bulb is heated at a coupling point 17 the strongest.
  • the glass bulb is heated at a coupling point 17 the strongest.
  • the glass bulb is heated at a coupling point 17 the strongest.
  • Glass bulb 10 reaches a temperature of at least 80 ° C, in particular at least 40 ° C. However, it should be avoided that too large
  • the supply of the high-frequency signal in Fig. 2 is carried out in the same manner as in Fig. 1.
  • the glass bulb 10 in Fig. 2 is deviating from Fig. 1 is formed.
  • the glass bulb 10 is here divided into a first glass bulb section 21, a second glass bulb section 22, a third glass bulb section 23 and a fourth glass bulb section 24.
  • the first glass piston portion 21 which is located in the contact region 14 and the region of the high-frequency coupling is made of a high-quality glass with a low loss factor Tanoé, for example, lxlO "4 to l, 5xl0" 4. With increasing distance from the waveguide 11 glasses with larger loss factors are used.
  • a loss factor tanö of 1.5x10 "4 to 2x10 " 4 can be formed in the second glass bulb portion.
  • the loss factor tanö 2xl0 "4 to 3xl0 " 4 amount.
  • the loss factor tanö 3xl0 "4 bis
  • the high frequency signal radiates not only on the glass of the glass bulb, but also at the same time in the combustion chamber 16, in which then the heated or
  • vaporized gases are ionized and thereby the light emission is initiated.
  • the subdivision of the glass bulb into regions with different loss factors can, as in FIG. 2, be carried out discretely, into previously defined regions, but alternatively also can be infinitely variable. Thanks to a stepless design, the wall temperature can be set very precisely, which can, if necessary, achieve a uniform temperature of the wall. However, even in the discrete embodiment, a relatively uniform Temperature distribution can be achieved. Thus, it can be prevented that a portion of the high-frequency lamp has too low a temperature and the lamp can not be put into operation. On the other hand, it can be prevented that the glass bulb is too hot locally and too strong
  • any problems that may occur can be reduced or avoided by locally increasing the temperature in the vicinity of the high-frequency coupling.
  • the temperature depends on the distance to the area of the coupling.
  • the "cold spot" (coldest point of the glass bulb) can thereby be decisive for the operation of a
  • High-frequency lamp and is expected, for example, when using a spherical glass bulb 10 with respect to the coupling (in one-sided coupling). With two - sided coupling (which in one-sided coupling). With two - sided coupling (which in one-sided coupling).
  • FIG. 3 an embodiment of the high-frequency lamp is shown in fragmentary form, in which in addition to the glass bulb 10 and the first waveguide 11, a second waveguide 31 corresponding to the first waveguide 11th
  • the waveguides 11, 31 can be controlled (also in the other embodiments) with differential technology to produce a local maximum of the field strength in the center of the combustion chamber 16 and at the same time heat the glass bulb on both sides.
  • the glass bulb 10 is also formed inhomogeneous in the starting example according to FIG. 3 and comprises a first glass bulb section 41, a second glass bulb section 42, a third glass bulb section 43, a fourth glass bulb section 44 and a fifth glass bulb section 45, preferably the first glass bulb section 41 and the fifth
  • Glass piston portion 45 are made of a same material and even more preferably the second glass piston portion 42 and the fourth
  • Glass piston portion 44 also consist of a same material.
  • the first The glass bulb section 41 is located in the contact region 14 of the first waveguide 11.
  • the fifth glass bulb section is located in the contact region 14 of the second waveguide 31.
  • the first glass bulb section 41 and the fifth glass bulb section 45 are made of a material having a comparatively low loss factor tanö.
  • the second glass bulb portion 42 and the fourth glass bulb portion 44 immediately adjacent to the respective contact regions 14 are made of a material having a higher dissipation factor tan0.
  • Contact area 42 and the fourth contact area 44 is, has an even higher loss factor tanö.
  • Fig. 4 shows a section of a high-frequency lamp, wherein the first
  • Glass bulb 10 is provided within a second glass bulb 50.
  • Interspace 51 between the second glass bulb 50 and the first glass bulb 10 is preferably evacuated or evacuated. As a result, the heating process can be additionally supported, resulting in economic operation of the
  • the second glass bulb 50 is replaced by a
  • the second glass bulb 50 may be satin or clear.
  • the high-frequency signal can be supplied analogously to FIGS. 1 and 2 via the waveguide 11 or its outer conductor 12 and inner conductor 13 to the first glass bulb 10.
  • the first glass bulb 10 according to FIG. 4 consists of a first glass bulb section 53, a second one
  • Glass bulb portion 55 is disposed opposite to the first glass bulb portion 53, which in turn is disposed in the contact region 14.
  • the second glass bulb portion 54 is disposed between the first glass bulb portion 53 and the third glass bulb portion 55.
  • the evacuated gap 51 ensures a thermal insulation of the first glass bulb 10. Die
  • Embodiment according to FIG. 4 is also expandable to a two-sided control, as shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 essentially corresponds to FIG
  • the (thin) metal layer 57 is vapor-deposited.
  • the (thin) metal layer 57 may preferably be electrically connected to the outer conductor 12 of the waveguide 11 wherein the outer conductor 12 is further preferably connected to ground (which may also be the case in the other embodiments)
  • the (thin and optically transparent) metal layer 57 enables an increased field strength to be established at a certain distance from the contact region 14
  • this (thin) metal layer 57 enables a shielding of the lamp, thereby attenuating radiation of the high-frequency signal.
  • the losses and thus also the heating of the glass bulb depend on the loss factor tanö of the glass and on the frequency.
  • the third harmonic is another way to influence the temperature increase of the glass bulb.
  • An intended high-frequency amplifier could be optimized for a corresponding operation, so that during a start phase of the high-frequency lamp, an additional heating of the
  • Glass bulb 10 can take place, due to the then higher losses at the higher frequency.
  • Another advantage of using the third harmonic is easier ionization of the gases. With increasing frequency, less energy must be expended to ionize the metal side, which in turn means a reduction in the energy required.
  • High frequency radiation takes place and the lamp is eligible. Furthermore, the efficiency can be improved.
  • Glass bulb is relatively high impedance, which are given by adaptation very large electric field strengths at low power.
  • the heating of the glass bulb of the high frequency lamp is realized by one or two-sided irradiation of a microwave.
  • the temperature gradients on the wall of the glass bulb can be minimized, so that the temperature of the entire wall of the glass bulb is relatively homogeneously distributed.
  • the high frequency lamp can be used to build microwave driven
  • the high-frequency lamp is particularly well suited for use in private households as a light source due to its many-line spectrum.
  • the microwave-driven high-frequency lamp can be by means of
  • Telecommunications market are relatively inexpensive available, and conventional gas discharge lamp technology manufactured very inexpensive, especially since the high voltage requirements are significantly lower compared to classic starter circuits.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzlampe mit einem Glaskolben und einer Einrichtung zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals. Im Stand der Technik bekannte Hochfrequenzlampen waren entweder auf eine geringe Auswahl von Substanzen in dem Glaskolben beschränkt oder waren auf eine Heizung durch Glühwendel oder dergleichen angewiesen. Ziel der vorliegenden Erfindung war es, eine kostengünstige und effizientere Hochfrequenzlampe vorzuschlagen. Dies soll insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Glaskolben so ausgebildet wird, beispielsweise aus Fensterglas, dass über thermische Verluste des Hochfrequenzsignals im Glaskolben dieser aufgeheizt wird, sodass auch beispielsweise Metallhalogenide ohne eine zusätzliche Heizung verdampft werden können.

Description

Hochfrequenzlampe sowie Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzlampe nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe nach Anspruch 9 sowie eine Verwendung von Glas nach Anspruch 13 und eine Verwendung eines Hochfrequenzsignals nach Anspruch 14.
Lampen sollen im Allgemeinen möglichst effizient Licht mit einem möglichst guten Farbspektrum emittieren. Jede Lampe wandelt Energie in Licht mit einem mehr oder weniger guten Wirkungsgrad um. Oftmals entsteht bei der Umwandlung sehr viel Verlustwärme. In der Regel ist das emittierte Lichtspektrum und dessen Abstrahlverhalten entscheidend über den Einsatzzweck. Aus dem Stand der Technik sind Leuchtstofflampen bzw. Gasentladungslampen bekannt.
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 dem im Quarzglaskolben (Ionisationskammer) enthaltenen Gas handelt es sich in der Regel um ein Gemisch aus Metalldämpfen (z. B. Quecksilber) und Edelgasen (z. B. Argon) und ggf. anderen Gasen wie auch Halogenen. Gasentladungslampen werden in die beiden Klassen Nieder- und Hochdruckentladungslampen unterteilt. Erstere verwendet eine Glimmentladung und letztere eine Bogenentladung .
Diese Lampen benötigen allesamt ein Vorschaltgerät. Das konventionelle
Vorschaltgerät (KVG) einer Leuchtstofflampe enthält als Starterschaltung eine Drossel und einen Bimetallkontakt. Die Drossel, wird dem Start als Vorwiderstand für die Leuchtstoffröhre (hier oft Ionisationskammer genannt) eingesetzt. Diese einfache Schaltung ist für den Betrieb bei 50 Hz ausgelegt.
Moderne kompakte Energiesparlampen verwenden elektronische Vorschaltgeräte (EVG). Diese EVG bieten gegenüber dem KVG viele Vorteile. U. a. verringert sich die Baugröße und verbessert sich der Wirkungsgrad. Ein EVG besteht z. B. aus einem Brückengleichrichter, einer Steuerelektronik, einem Inverter mit zwei Leistungstransistoren und einem Resonanzkreis. Die beiden Transistoren des Inverters werden mit Öffnungszeiten von rund 45 % betrieben, damit nie ein Kurzschlussstrom gegen Masse fließen kann. Diese 45 %-Zeiten erfordern eine spezielle Steuerelektronik. Die Umschaltzeiten des Inverters liegen im kHz- Bereich. Dadurch verringern sich die Bauelementgrößen des Resonators gegenüber der Drossel des KVG immens. Die Wirkungsgradverbesserung rührt zum großen Teil daher, dass es aufgrund der höheren Frequenz zu weniger Verlustrekombinationen kommt. Dieser Effekt wird auch als HF-Gewinn (HF = Hochfrequenz) bezeichnet.
Eine Sonderform der Gasentladungslampe ist die Schwefellampe. Sie besteht aus einer mit Schwefel und Argon gefüllten Quarzglaskugel. In der Glaskugel wird durch Hochfrequenzeinstrahlung ein Plasma erzeugt. Das Vorschaltgerät enthält ein Magnetron, das aufgrund der endlichen Lebensdauer der stark beheizten Kathode eine geringere Haltbarkeit als andere Lampenvorschalttechniken hat.
Die Schwefellampe hebt sich von den übrigen Gasentladungslampen dadurch ab, dass sie eine sehr hohe Farbtemperatur aufweist und somit ein fast weißes Lichtspektrum hat. Jedoch ist die Technik für diese Lampe sehr aufwendig und somit teuer. Zudem ist sie nur als Leistungslampe mit hohen Wattagen im kW- Bereich verfügbar.
Weiterhin sind Hochfrequenzlampen (HF-Lampen), die oft bei 2,45 GHz betrieben werden, bekannt. Diese Lampen arbeiten mit kleinen Hochfrequenzleistungen (30-200 W) und verwenden anstatt der Hohlleiterankopplung eine Ankopplung über eine transversalelektromagnetische Leitung (Koaxialleitung) mit
Innenleiterelektrode. Da diese Lampen die langen Drähte einer
Glasentladungslampe als Antenne nutzen, sollen diese Lampen im Weiteren passender als HF-Antennenlampen bezeichnet werden. Bei diesen Lampen wie auch bei Schwefellampen sind die Anforderungen an eine Frequenzstabilität des HF-Generators gering. Die HF-Antennenlampen kommen zwar ohne Schaltkreis zur Zündung aus, aber sie benötigen sehr viel Leistung (über 30 W
Mikrowellenleistung). Weiterhin verwenden beide Konzepte herkömmliche Gasentladungslampen in Form von Antennen. Dieses hat den in der Praxis gravierenden Nachteil, dass Hochfrequenzstrahlung in höherem Maße emittiert wird. Deutlich größere Plasmaeffizienzen und somit auch Lichtausbeuten (in Lumen pro Watt gemessen) erzielt man mit HF-Lampen, die hoch effektive Impedanztransformatoren aufweisen. Mittels dieser Transformatoren wird die Spannung in der Einkopplung hochtransformiert und damit die Ionisation bei kleineren elektrischen Leistungen erzielt. Eine derartige HF-Lampe ist beispielsweise aus der DE 10 2007 057 581 AI bekannt.
Klassische Gasentladungslampen nutzen eine Bogenentladung und insbesondere bei Niederdrucklampen das ionisierte Plasma als ohmsche Last für die
niederfrequenten Signale bis in den kHz-Bereich.
HF-Lampen können als Mikroplasmalampe ausgestaltet sein. Das Plasma wird oft bei 2,45 GHz erzeugt. Es bildet sich bei der oft gewählten unsymmetrischen Einspeisung als Kugel um die Einspeiseelektrode aus. Die Anbindung gegen Masse ist rein kapazitiv.
Physikalische Grundlagenbücher lehren, dass die Ionisation eines Gases nur durch die Elektronenstoßionisierung, angeregt durch einen Elektronenstrahleinschuss, der thermischen Ionisierung bei extrem hohen Temperaturen (106K) oder der Fotoionisierung mittels ultraviolettem Licht erfolgt. Darüber hinaus hat der Erfinder im GHz-Bereich experimentalphysikalisch viele Aufbauten realisiert, mittels denen ionisierte Bereiche über die Einspeisung von relativ wenig hochfrequenter Energie bei 2,45 GHz entstanden.
Weist ein ionisiertes Gas die gleiche Anzahl von Elektronen und Ionen auf, so handelt es sich um ein im Mittel raumladungsfreies Gas und wird Plasma genannt.
Weiterhin lässt sich über die Maxwellschen Gleichungen zeigen, dass für ein ionisiertes Gas die folgenden mathematischen Zusammenhänge gelten :
Relative Dielektrizitätszahl :
sr = \ - (Ne2l ε0 ΙηιΙ(υ2 + ω2) (1)
Relative Leitfähigkeit:
K = (Ne2v) I m Ι(υ2 + ω2) (2) Plasmafrequenz:
ωρ = ^(Ne21 m I ε0 ) (3) mit den Größen :
N : Zahl der Elektronen pro Volumen,
e: Ladung eines Elektrons,
m : Masse eines Elektrons,
elektrische Feldkonstante,
υ : Frequenz der Zusammenstöße der Elektronen mit den
Gasmolekülen,
ω: Frequenz des Hochfrequenzsignals.
Detaillierte Untersuchungen zeigen, dass unterhalb der Plasmafrequenz keine elektromagnetische Energie im Plasma ausbreitungsfähig ist und keine Verluste im Plasma stattfinden. Hingegen weist der Raum einen reellen
Feldwellenwiderstand Zf oberhalb der Plasmafrequenz auf. Zf fällt zu höheren Frequenzen ab und nähert sich exponentiell dem Freiraumwiderstand Z0 von rund 377 Ω. Das heißt, bei höheren Frequenzen benötigt man geringere Spannungen, um die gleichen Leistungen umzusetzen als bei tieferen Frequenzen.
Gleichung (2) zeigt, dass der (kleine) Widerstand und somit die Verluste mit zunehmender Frequenz steigen. Folglich lassen sich bei höheren Frequenzen die Gase besser erhitzen. Bei einer Analyse der Atmosphäre für die
Transmissionseigenschaften der H F-Signale erkennt man, dass im zwei- bis dreistelligen M Hz-Bereich die Strahlung nahezu gar nicht absorbiert wird, während bei 50 GHz die gesamte Strahlung als molekulare Absorption in
Wasserstoff bzw. Sauerstoff gedämpft wird .
Im unteren MHz-Bereich kann man so genannte Tesla-Transformatoren verwenden, um damit 100W-Generatoren mit 5 kV Ausgangsspannung zu fertigen und damit 10 cm lange Funkenstrecken in Luft zu erzeugen. Der Erfinder hat bei 2,45 GHz mittels eines 10W-Senders und einer Spannung von 2 kV bereits 1 cm lange Mikroplasmabereiche erzeugt.
Die DE 10 2007 057 581 AI beschreibt eine Hochfrequenzlampe mit einer Ionisationskammer und einer ersten Elektrode, die in die Ionisationskammer hineinragt. Die Ionisationskammer beinhaltet ein Gas, das dazu geeignet ist, zum Leuchten angeregt zu werden. Die Elektrode überträgt ein elektrisches Signal auf das Gas in der Ionisationskammer, um in der Ionisationskammer ein Plasma zu erzeugen. Mit der ersten Elektrode ist eine Steuerelektronik zur Erzeugung des elektrischen Signals verbunden. In dieser Steuerelektronik befindet sich ein Hochfrequenzoszilator, an dessen Ausgang ein Leistungsverstärker zur Anhebung der Leistung des Hochfrequenzsignals angeordnet ist. Dem Leistungsverstärker ist ein Impedanztransformator nachgeschaltet, an dessen Ausgang sich die Elektrode befindet, über die das elektrische Signal auf das Gas übertragen wird.
Der Glaskolben der Hochfrequenzlampe gemäß DE 10 2007 057 581 AI ist wie bei klassischen Gasentladungslampen aus Quarzglas gefertigt. Innerhalb dieses Quarzglaskolbens befindet sich ein Metalldampfgemisch. Die Zusammensetzung des Gasmetalldampfgemisches ist nicht weiter spezifiziert; grundsätzlich in Frage kommt jedoch Quecksilber, das auch in klassischen Gasentladungslampen standardmäßig zum Einsatz kommt. Quecksilber verdampft bereits bei
Raumtemperatur und ist insbesondere im gasförmigen Zustand toxisch. Weiterhin wird das von Quecksilberatomen emittierte Licht als unangenehm und künstlich empfunden. Daher wird versucht, dass Quecksilber zu ersetzen, z. B. durch Metallsalze, beispielsweise Natriumsalze zu ersetzen. Hochfrequenzlampen, die mit derartigen Metallsalzen als Leuchtstoff arbeiten, enthalten keine toxischen Stoffe und senden ein Viel-Linienspektrum aus. Das emittierte Licht wird wegen seiner Kontinuität als angenehm empfunden und verbessert ebenfalls den
Farbwiedergabeindex, was für eine naturgetreue Wiedergabe von Farben wichtig ist. Im Gegensatz dazu sind klassische Gasentladungslampen (insbesondere Niederdruckentladungslampen) Linienstrahler, die kein kontinuierliches Spektrum emittieren.
Problematisch im Zusammenhang mit Hochfrequenzlampen, die mit Metallsalzen als Leuchtstoff arbeiten, ist jedoch die erforderliche hohe Temperatur, um die Salze in den gasförmigen Zustand zu überführen. Dazu ist es nötig einen
Glaskolben der Hochfrequenzlampe, in dem sich das Metallsalz befindet, aufzuheizen. Grundsätzlich denkbar ist dabei beispielsweise eine Aufheizung des Glaskolbens mit Wärmestrahlung. Ein derartiges Aufheizen ist jedoch
vergleichsweise ineffizient. Insbesondere müsste eine zusätzliche Einheit entwickelt werden, die neben der konventionellen Zündung und dem Betrieb der Lampe, eine Wand des Glaskolbens aufheizt. Auch eine Aufheizung beispielsweise durch einen Glühwendel ist vergleichsweise aufwendig .
Die Überführung in den gasförmigen Zustand ist in jedem Fall zwingend notwendig zum Betrieb einer Hochfrequenzlampe, denn, erst wenn das
Energieniveau entsprechend angehoben wurde, wird die Energie aufgewendet, um die Gase bzw. Salze anzuregen, so dass Licht emittiert wird .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochfrequenzlampe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe vorzuschlagen, die zu vergleichsweise geringen Belastungen für die Umwelt führen und insbesondere mit geringem Aufwand hergestellt bzw. betrieben werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Hochfrequenzlampe nach Anspruch 1, ein
Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe nach Anspruch 9 sowie eine Verwendung von Glas nach Anspruch 13 und eine Verwendung eines
Hochfrequenzsignals nach Anspruch 14 gelöst.
Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Hochfrequenzlampe gelöst, umfassend mindestens einen Glaskolben und mindestens eine Hochfrequenzsignal- Zuführungseinrichtung zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals einer
vorbestimmten Frequenz von vorzugsweise 10 M Hz bis 100 GHz zu mindestens einem Kontaktbereich mindestens eines Glaskolbens, wobei der Glaskolben eine durch das Hochfrequenzsignal im gasförmigen Zustand ionisierbare Substanz enthält und zumindest abschnittsweise aus einem Glas besteht, das im Mittel einen Verlustfaktor tanö von mindestens 2xl0"4, vorzugsweise mindestens 5xl0"4, weiter vorzugsweise mindestens 20 x 10"4, noch weiter vorzugsweise mindestens 50 x 10"4, gemessen bei einer Referenztemperatur von 20° C und einem
Referenzsignal von 1 M Hz, aufweist. Weiterhin ist ein transparentes Gehäuse, insbesondere ein zweiter, äußerer Glaskolben (oder Hüllkolben) vorgesehen, in dem der erste Glaskolben angeordnet ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, für den Glaskolben nicht das im Stand der Technik verwendete Quarzglas mit einem Verlustfaktor tanö von (etwa) 1 x 10"4 einzusetzen, sondern ein Glas mit einem größeren Verlustfaktor von insbesondere mindestens 2 x 10"4. Dadurch kann der Glaskolben durch das Hochfrequenzsignal auf eine Temperatur, beispielsweise von mindestens 40° C, insbesondere von mindestens 120° C, vorzugsweise von mindestens 150° C, weiter vorzugsweise von mindestens 200°C, erwärmt werden, bei der Metallsalze, z. B. Natriumsalze oder Lithium-Jodid, anfangen zu verdampfen, was für den Betrieb der Lampe entscheidend ist. Der Grund für die Erwärmung des Glases liegt in der Frequenz und im Verlustfaktor tanö des Dielektrikums, in diesem Falle Glas. Je höher die Frequenz und je größer der Verlustfaktor, desto mehr elektrische Energie wird im Glas in Wärme umgesetzt. Dieses Phänomen kann in Mikrowellenöfen, in denen Glas vergleichsweise gleichmäßig durch die
elektromagnetische Wellen erwärmt wird, beobachtet werden. Dabei wir durch Rotation ein nahezu ungehinderter Temperaturanstieg des gesamten Glasgutes ermöglicht. Durch das transparente Gehäuse kann der Heizprozess weiter verbessert werden, insbesondere da eine thermische Isolation bereitgestellt wird . Dadurch kann der Wirkungsgrad beim Betrieb der Hochfrequenzlampe weiter gesteigert werden.
Die Leistung des Hochfrequenzsignals kann beispielsweise im Bereich von 0, 1 W bis 100 W, insbesondere 5 W bis 80 W, vorzugsweise 10 W bis 30 W liegen. Eine Oberfläche des Glaskolbens kann vorzugsweise 4 cm2 bis 200 cm2, weiter vorzugsweise 10 cm2 bis 100 cm2 betragen. Die Dicke einer Wand des
Glaskolbens kann beispielsweise 0,1 mm bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 5,0 mm betragen.
Die Substanz kann mindestens ein Metall- und/oder mindestens ein Halogenid und/oder mindestens ein Edelgas umfassen, insbesondere aus einem Metall- Halogen-Edelgas-Gemisch bestehen.
Für einen Glas-Verlustwinkel von tanö von mindestens 2xl0"4 können
unterschiedliche Glasvarianten in Betracht kommen. Im Allgemeinen kann der Begriff „Glas" auch spezielle Keramiken oder Quarzgläser mit entsprechend hohem Verlustwinkel (beispielsweise erzeugt durch Verunreinigungen) umfassen.
Gemäß einem allgemeineren Gedanken der Erfindung, der unabhängig
beansprucht wird, wird vorgeschlagen, eine Hochfrequenzlampe mit einer
Hochfrequenzsignal-Erzeugungseinrichtung und einen Glaskolben auszustatten, wobei die erzeugbare Leistung und Frequenz des dem Glaskolben zuführbaren Hochfrequenzsignals und die strukturelle Ausbildung des Glaskolbens,
insbesondere hinsichtlich seiner Fläche, seiner Geometrie, seiner Dicke und/oder seiner Materialzusammensetzung, derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine Erhitzung des Glaskolbens zumindest bereichsweise auf eine Temperatur von mindestens 40° C, insbesondere mindestens 120° C, vorzugsweise mindestens 150° C, weiter vorzugsweise mindestens 200° C durch das Hochfrequenzsignal ermöglicht ist.
Mit niederfrequenten Signalen im kHz-Bereich, wie sie für den Betrieb
herkömmlicher Gasentladungslampen verwendet werden, lässt sich keine effiziente Heizung ermöglichen, da die Verluste des Glases bei niedrigen
Frequenzen zu gering sind und außerdem auch bei herkömmlichen
Gasentladungslampen standardmäßig Quarz mit einem äußerst kleinen
Verlustfaktor von tanö = lxlO"4 zum Einsatz kommen.
Bei der erfindungsgemäßen Hochfrequenzlampe wird nun im Gegensatz zu bekannten Hochfrequenzlampen das Hochfrequenzsignal nicht nur zur Ionisierung und Anregung des Gases im Glaskolben eingesetzt, sondern auch zugleich zur Erwärmung der Wand des Glaskolbens auf die erforderliche Temperatur von mindestens 40° C. Dadurch kann die Hochfrequenzlampe vergleichsweise einfach hergestellt und betrieben werden. Die Verwendung von Quecksilber ist nicht zwingend notwendig. Dadurch wird auch die Gefährdung für die Umwelt und den Menschen reduziert. In diesem Zusammenhang wurde auch bewusst entgegen dem Trend im Stand der Technik, wo sich Quarzglas im Bereich der
Gasentladungslampen und Hochfrequenzlampen durchgesetzt hat, die
Verwendung eines Glases von„geringerer Qualität" (beispielsweise„Fensterglas") mit einem Verlustfaktor tanö von mindestens 2xl0"4 vorgesehen. Durch ein derartiges Glas von„geringerer Qualität" wurde somit bewusst - entgegen dem Trend im Stand der Technik - ein Nachteil in Kauf genommen, um die genannten Vorteile realisieren zu können.
Vorzugsweise ist der mittlere, vorbestimmte Verlustfaktor tanö kleiner als lOOxlO"4, weiter vorzugsweise kleiner als 80xl0"4, noch weiter vorzugsweise kleiner als 60xl0"4, noch weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 50xl0"4.
Dadurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass der Glaskolben nicht bzw. nicht weit über das erforderliche Maß erhitzt wird, was den Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampen verbessert. Der Verlustfaktor tanö des Glases des Glaskolbens kann zumindest abschnittsweise konstant sein und/oder mit zunehmender Entfernung von der
Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung, insbesondere zumindest
abschnittsweise stetig und/oder in diskreten Schritten, zunehmen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Dicke des Glases des Glaskolbens konstant sein oder mit zunehmender Entfernung von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung, insbesondere zumindest abschnittsweise stetig und/oder in diskreten Schritten, zunehmen. Bei einer konstanten Ausbildung wird der Herstellungsaufwand reduziert. Bei einer Ausbildung mit variierender Dicke und/oder einem
variierenden Verlustfaktor tanö wird es ermöglicht, dass die Temperatur des Glaskolbens in Bereichen, die von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung weiter entfernt sind, einen ähnlichen oder (etwa) gleichen Betrag aufweist, wie innerhalb von Bereichen in der Nähe der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung bzw. in der Nähe oder innerhalb des Kontaktbereiches. Ein Temperaturgradient kann so reduziert werden oder sogar auf Null eingestellt werden. Eine Zunahme des Verlustfaktors und/oder der Dicke kann insbesondere linear sein. Der Verlustfaktor und/oder die Dicke des Glases kann an einem Punkt, der von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung am weitesten entfernt ist mindestens 1,5 mal, weiter vorzugsweise mindestens 2 mal, weiter vorzugsweise mindestens 3 mal so groß sein, wie an einem Punkt, der der Hochfrequenzsignal- Zuführungseinrichtung am nächsten ist, insbesondere innerhalb des
Kontaktbereiches liegt. Auch dadurch kann die Erwärmung, beispielsweise innerhalb und außerhalb des Kontaktbereiches, angeglichen werden, was die Effizienz beim Betrieb der Hochfrequenzlampe verbessert. Die Gefahr von
Schäden durch einen vergleichsweise hohen Temperaturgradienten am Glaskolben kann vermindert werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Verlustfaktor tanö des Glases des Glaskolbens mit zunehmender Entfernung von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung, insbesondere zumindest abschnittsweise stetig und/oder in diskreten Schritten, abnimmt. Weiterhin kann auch eine Dicke des Glases des Glaskolbens mit zunehmender Entfernung von der Hochfrequenz-Zuführungseinrichtung, insbesondere zumindest abschnittsweise stetig und/oder in diskreten Schritten, abnehmen. Eine Abnahme des Verlustfaktors und/oder der Dicke kann insbesondere linear sein. Der Verlustfaktor und/oder die Dicke des Glases kann an einem Punkt, der von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung am weitesten entfernt ist, höchstens 0,8-mal, vorzugsweise höchstens 0,5-mal so groß sein wie an einem Punkt, der der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung am nächsten ist, insbesondere innerhalb des Kontaktbereiches liegt.
Der Verlustfaktor tanö lässt sich über die komplexe Impedanz Z oder die Phasenverschiebung φ zwischen Strom und Spannung innerhalb des Glaskolbens bei Hochfrequenz wie folgt berechnen : tanö = tanReZ/(ImZ);
tan<5 = tan(90°- | <p |).
Re steht für Realteil.
Im steht für Imaginärteil.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mindestens zwei, insbesondere zwei, Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtungen vorgesehen, die zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals von vorzugsweise 10 MHz bis 100 GHz zu je mindestens einem Kontaktbereich des Glaskolbens ausgebildet sind, und vorzugsweise sich gegenüberliegend angeordnet sind derart, dass der Glaskolben (im Wesentlichen) mittig zwischen den Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtungen liegt. Dadurch kann die Hochfrequenzsignal-Einkopplung vereinfacht werden. Weiterhin wird auch durch diese Maßnahme eine Temperaturvereinheitlichung (zumindest annähernd) erreicht. Insgesamt wird der Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampe nochmals verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsformist ein Zwischenraum zwischen dem transparenten Gehäuse, insbesondere im zweiten, äußeren Glaskolben, und dem ersten Glaskolben vorgesehen. Dadurch kann der Heizprozess weiter verbessert werden, insbesondere da eine thermische Isolation bereitgestellt wird. Dadurch kann der Wirkungsgrad beim Betrieb der Hochfrequenzlampe weiter gesteigert werden.
In einer nochmals abgewandelten Ausführungsform, die auch unabhängig beansprucht wird, ist der Glaskolben mindestens abschnittsweise, insbesondere innerhalb eines außerhalb des Kontaktbereiches liegenden Außenbereiches mit einer elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere (dünnen) Metallschicht beschichtet, insbesondere bedampft. Unter einer„dünnen" Metallschicht bzw. elektrisch leitfähigen Schicht, soll eine Metallschicht (Metallschicht steht im Folgenden exemplarisch für eine elektrisch leitfähige Schicht) mit einer Schichtdicke von insbesondere 10 nm bis 1 μιτι, vorzugsweise 20 nm bis 200 nm verstanden werden. In jedem Fall sollte die Metallschicht so dünn sein, dass der Glaskolben noch optisch transparent ist. Die dünne und optisch transparente Metallschicht sorgt dafür, dass sich in einer vorbestimmten Entfernung vom Kontaktbereich, in dem das Hochfrequenzsignal zugeführt wird, eine erhöhte Feldstärke einstellt und somit der Glaskolben vergleichsweise gleichmäßig aufgeheizt wird. Dadurch kann ein Temperaturgradient reduziert werden, was die Gefahr von möglichen Schäden ebenfalls reduziert. Im Allgemeinen wird durch diese Ausnahme der Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampe erhöht. Zusätzlich sorgt die dünne Metallschicht für eine Abschirmung des Glaskolbens. Eine unerwünschte Abstrahlung des Hochfrequenzsignals wird gedämpft. Die (dünne) leitfähige Schicht (Metallschicht) dient somit sowohl der Schirmung als auch zum Heizen der Hochfrequenzlampe. Dadurch kann durch eine strukturelle Maßnahme gleich zwei Funktionen Rechnung getragen werden, was auf synergistische Weise die Herstellungskosten weiter verringert.
Vorzugsweise kann über die Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung eine monofrequente oder modulierte und/oder gepulste Frequenz zugeführt werden. Beispielsweise kann ein Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung des
Hochfrequenzsignals der vorbestimmten Frequenz vorgesehen sein. Durch die Ausnutzung der dritten Harmonischen kann der Glaskolben besonders effizient erwärmt werden. Ein eventuell vorgesehener Hochfrequenzverstärker könnte auf einen entsprechenden Betrieb optimiert werden, so dass während der Startphase der Hochfrequenzlampe eine zusätzliche Erwärmung des Glaskolbens stattfindet aufgrund der höheren Verluste bei der höheren Frequenz. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Ausnutzung der dritten Harmonischen ist die leichtere Ionisierung der Gase. Mit zunehmender Frequenz muss nachweislich weniger Energie aufgewendet werden, um die Metallsalze zu ionisieren, was wiederum eine Reduktion der benötigten Energie bedeutet, was in allgemeiner Weise den Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampe verbessert.
Die oben genannte Aufgabe wird unabhängig durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe, insbesondere der vorbeschriebenen Art, gelöst, wobei ein Glaskolben derart bereitgestellt wird sowie ein Hochfrequenzsignal mit mindestens einer vorbestimmten Frequenz und Leistung derart generiert und dem Glaskolben zugeführt wird, dass sich der Glaskolben auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, bei der eine im gasförmigen Zustand durch das Hochfrequenzsignal ionisierbare Substanz, insbesondere ein ionisierbares Salz, von einer Innenwand des Glaskolbens verdampft wird. Bezüglich der Vorteile wird auf die bereits beschriebene Hochfrequenzlampe verwiesen. Auch bei den
Verfahren ist somit ein grundsätzlicher Vorteil darin zu sehen, dass ein
Hochfrequenzsignal sowohl für die Ionisierung des Leuchtstoffes als auch die Erwärmung des Glaskolbens eingesetzt werden kann.
Vorzugsweise wird neben einer Grundfrequenz, insbesondere während einer Startphase, eine dritte Harmonische der Grundfrequenz generiert und zugeführt. Die Startphase kann beispielsweise mindestens 5 Sekunden, insbesondere mindestens 20 Sekunden und/oder höchsten 200 Sekunden, insbesondere 100 Sekunden andauern.
Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Temperatur mindestens 40° C,
insbesondere 120° C, vorzugsweise 150° C, weiter vorzugsweise 200° C. Dadurch kann eine effektive Abdampfung des Metallteils gewährleistet werden, was zu einem wirtschaftlichen Betrieb der Hochfrequenzlampe führt.
Vorzugsweise wird der Glaskolben derart bereitgestellt sowie das
Hochfrequenzsignal mit mindestens einer vorbestimmten Frequenz und Leistung derart generiert und zugeführt, dass die vorbestimmte Temperatur im
Wesentlichen zeitlich und/oder örtlich konstant ist, insbesondere eine zeitliche und/oder örtliche Varianz eines vorbestimmten zeitlichen und/oder örtlichen Mittelwertes der vorbestimmten Temperatur nicht größer ist als 30 %,
vorzugsweise 20 %, weiter vorzugsweise 10 %, noch weiter vorzugsweise 5 %. Durch eine derartige Angleichung der Temperatur kann eine vergleichsweise geringe Durchschnittstemperatur bereits zu einer ausreichenden Abdampfung von Metallsalz führen, was zu einem effizienten Betrieb der Hochfrequenzlampe führt.
Die oben genannte Aufgabe wird unabhängig gelöst durch die Verwendung von Glas mit einem Verlustfaktor tanö von mindestens 2xl0"4; vorzugsweise mindestens 5xl0"4; weiter vorzugsweise mindestens 20xl0"4; noch weiter vorzugsweise mindestens 50xl0"4 zur Herstellung eines Glaskolbens einer
Hochfrequenzlampe, insbesondere der vorbeschriebenen Art, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens der vorbeschriebenen Art. Bezüglich der Vorteile wird auf das bereits beschriebene Verfahren sowie die entsprechende
Hochfrequenzlampe verwiesen. Die oben genannte Aufgabe wird weiter unabhängig gelöst durch die Verwendung eines Hochfrequenzsignals von vorzugsweise 100 M Hz bis 1000 GHz, zum
Aufheizen eines Lampenkolbens einer Hochfrequenzlampe, insbesondere der vorbeschriebenen Art, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens der vorbeschriebenen Art, insbesondere auf mindestens 40° C, vorzugsweise mindestens 120° C, noch weiter vorzugsweise mindestens 150° C.
Das Hochfrequenzsignal hat vorzugsweise eine Frequenz von 10 MHz bis 100 GHz, insbesondere 300 MHz bis 50 GHz, weiter vorzugsweise von 800 M Hz bis 10 GHz, noch weiter vorzugsweise etwa 2 GHz bis 3 GHz, noch weiter vorzugsweise (etwa) 2,45 GHz.
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 : einen erfindungsgemäßen Glaskolben mit einer Hochfrequenzsignal-
Zuführungseinrichtung;
Fig . 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Glaskolbens mit einer Hochfrequenzsignal- Zuführungseinrichtung;
Fig . 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Glaskolbens mit zwei Hochfrequenzsignal- Zuführungseinrichtungen;
Fig . 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines
Glaskolbens mit einer Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung; und
Fig . 5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines
Glaskolbens mit einer Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung. In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt einen Glaskolben 10 und einen vorzugsweise abgeschirmten
Wellenleiter 11 einer Hochfrequenzlampe. Der Wellenleiter 11 umfasst einen vorzugsweise koaxialen Außenleiter 12 und einen vorzugsweise im Querschnitt runden Innenleiter 13. Der Wellenleiter 11 kann so ausgeformt sein, dass eine Impedanztransformation, insbesondere gemäß DE 10 2007 057 581 AI, ermöglicht ist. Das Hochfrequenzsignal wird dem Glaskolben 10 in einem
Kontaktbereich 14, in dem der Wellenleiter 11 mit dem Glaskolben 10 in Kontakt steht, zugeführt. Es kann eine Elektrode, vorzugsweise Metallelektrode
vorgesehen sein, die ggf. durch den Glaskolben geführt ist (nicht in den Figuren zu sehen).
In der Ausführungsform des Glaskolbens 10 gemäß Fig. 1 ist nur ein Glastyp vorgesehen. Die Dicke des Glaskolbens 10 ist konstant (kann jedoch abweichend von den Figuren auch variieren). Die Verwendung eines einzigen Glastyps erlaubt eine vergleichsweise kostengünstige Herstellung. Durch den Wellenleiter 11, der eine Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung darstellt, ist eine
Hochfrequenzheizung realisiert, die mit der Ansteuerung zur Ionisation der Salze im Inneren des Glaskolbens 10 gekoppelt sein kann, um den Betrieb der
Hochfrequenzlampe zu ermöglichen. Dabei kann zur Ionisation des Gases eine Impedanztransformation verwendet werden und das gleiche Signal zur
Erwärmung der Glaswand verwendet werden. Der Wellenleiter 11 führt das vorzugsweise zuvor transformierte Hochfrequenzsignal der Brennkammer zu.
Der Glaskolben 10 kann vorzugsweise über eine insbesondere thermisch isolierende Verbindungsstelle 15 an dem Wellenleiter 11 befestigt sein.
Vorzugsweise beträgt
die thermische Leitfähigkeit der Verbindungsstelle 15 weniger als 0,5 W/(mK), insbesondere weniger als 0,1 W/(mK). Durch eine derartige thermische Isolierung kann die Erwärmung effizienter durchgeführt werden, was den Wirkungsgrad der Hochfrequenzlampe steigert. Das Hochfrequenzsignal kann über eine kapazitive Kopplung dem Glaskolben 10 bzw. einer (gasgefüllten) Brennkammer 16 innerhalb des Glaskolbens 10 zugeführt werden.
Dabei wird der Glaskolben an einer Einkopplungsstelle 17 am stärksten erwärmt. Vorzugsweise wird dennoch auch auf der gegenüberliegenden Seite des
Glaskolbens 10 eine Temperatur von mindestens 80° C, insbesondere mindestens 40° C, erreicht. Dabei sollte jedoch vermieden werden, dass zu große
Temperaturgradienten auftreten, was zu einem Zerstören des Glases aufgrund von Spannungen führen könnte.
Die Zuführung des Hochfrequenzsignals in Fig. 2 erfolgt auf dieselbe Art und Weise wie in Fig. 1. Der Glaskolben 10 in Fig. 2 ist jedoch abweichend von Fig. 1 ausgebildet. Der Glaskolben 10 ist hier in einen ersten Glaskolbenabschnitt 21, einen zweiten Glaskolbenabschnitt 22, einen dritten Glaskolbenabschnitt 23 sowie einen vierten Glaskolbenabschnitt 24 unterteilt. Der erste Glaskolbenabschnitt 21, der sich im Kontaktbereich 14 bzw. dem Bereich der Hochfrequenzeinkopplung befindet, besteht aus einem hochwertigen Glas mit einem niedrigen Verlustfaktor tanö von beispielsweise lxlO"4 bis l,5xl0"4. Mit zunehmender Entfernung von dem Wellenleiter 11 werden Gläser mit größeren Verlustfaktoren verwendet. Beispielsweise im zweiten Glaskolbenabschnitt kann ein Verlustfaktor tanö von l,5xl0"4 bis 2xl0"4 ausgebildet sein. Im dritten Glaskolbenabschnitt kann der Verlustfaktor tanö 2xl0"4 bis 3xl0"4 betragen. Im vierten Glaskolbenabschnitt kann der Verlustfaktor tanö 3xl0"4 bis
5xl0"4 betragen.
Das Hochfrequenzsignal strahlt nicht nur auf das Glas des Glaskolbens, sondern auch gleichzeitig in die Brennkammer 16 ein, in der dann die erhitzten bzw.
verdampften Gase ionisiert werden und dadurch die Lichtemission eingeleitet wird.
Die Unterteilung des Glaskolbens in Bereiche mit verschiedenen Verlustfaktoren kann, wie in Fig. 2, diskret, in zuvor festgelegte Bereiche erfolgen, alternativ jedoch auch stufenlos ausgeführt sein. Durch eine stufenlose Ausführung lässt sich die Wandtemperatur besonders genau einstellen, wodurch ggf. eine gleichmäßige Temperatur der Wand erreicht werden kann. Jedoch auch bei der diskreten Ausführung kann eine vergleichsweise gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht werden. Somit kann verhindert werden, dass ein Bereich der Hochfrequenzlampe eine zu geringe Temperatur aufweist und die Lampe nicht in Betrieb genommen werden kann. Zum Anderen kann verhindert werden, dass der Glaskolben lokal zu heiß wird und sich zu starke
Temperaturgradienten ausbilden, die zur Zerstörung des Glases führen können.
Dadurch können ggf. auftretende Probleme durch eine lokale Erhöhung der Temperatur in der Nähe der Hochfrequenzeinkopplung reduziert oder vermieden werden. Bei einem homogen ausgebildeten Glaskolben ist grundsätzlich keine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erwarten. Die Temperatur ist abhängig von der Entfernung zum Bereich der Einkopplung. Der„Cold Spot" (kältester Punkt des Glaskolbens) kann dabei maßgebend für den Betrieb einer
Hochfrequenzlampe sein und ist beispielsweise bei der Verwendung eines kugelförmig ausgebildeten Glaskolbens 10 gegenüber der Einkopplung (bei einseitiger Ankopplung) zu erwarten. Bei zweiseitiger Ankopplung (die im
Folgenden näher beschrieben wird) ist der„Cold Spot" am Glaskolben in der Mitte zwischen den Einkopplungen zu erwarten.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Hochfrequenzlampe ausschnittsweise gezeigt, bei der neben dem Glaskolben 10 und dem ersten Wellenleiter 11 ein zweiter Wellenleiter 31 mit entsprechend dem ersten Wellenleiter 11
ausgebildetem Außenleiter 32 und Innenleiter 33 vorgesehen. Bezüglich der Ausbildung des zweiten Wellenleiters 31 sowie des ersten Wellenleiters 11 (gemäß Fig. 3) wird auf die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 verwiesen. Die Wellenleiter 11, 31 können (auch bei den übrigen Ausführungsformen) mit differenzieller Technik angesteuert werden, um im Zentrum der Brennkammer 16 ein lokales Maximum der Feldstärke zu erzeugen und gleichzeitig den Glaskolben beidseitig aufzuheizen.
Der Glaskolben 10 ist auch im Ausgangsbeispiel gemäß Fig. 3 inhomogen ausgebildet und umfasst einen ersten Glaskolbenabschnitt 41, einen zweiten Glaskolbenabschnitt 42, einen dritten Glaskolbenabschnitt 43, einen vierten Glaskolbenabschnitt 44 und einen fünften Glaskolbenabschnitt 45, wobei vorzugsweise der erste Glaskolbenabschnitt 41 und der fünfte
Glaskolbenabschnitt 45 aus einem gleichen Material bestehen und noch weiter vorzugsweise der zweite Glaskolbenabschnitt 42 und der vierte
Glaskolbenabschnitt 44 ebenfalls aus einem gleichen Material bestehen. Der erste Glaskolbenabschnitt 41 befindet sich im Kontaktbereich 14 des ersten Wellenleiters 11. Der fünfte Glaskolbenabschnitt befindet sich im Kontaktbereich 14 des zweiten Wellenleiters 31. Der erste Glaskolbenabschnitt 41 sowie der fünfte Glaskolbenabschnitt 45 sind aus einem Material, das einen vergleichsweise geringen Verlustfaktor tanö aufweist. Der zweite Glaskolbenabschnitt 42 und der vierte Glaskolbenabschnitt 44, die unmittelbar an die jeweiligen Kontaktbereiche 14 angrenzen, sind aus einem Material gefertigt, das einen höheren Verlustfaktor tanö aufweist. Der dritte Kontaktbereich 43, der zwischen dem zweiten
Kontaktbereich 42 und dem vierten Kontaktbereich 44 liegt, weist einen noch höheren Verlustfaktor tanö auf.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Hochfrequenzlampe, wobei der erste
Glaskolben 10 innerhalb eines zweiten Glaskolbens 50 vorgesehen ist. Ein
Zwischenraum 51 zwischen zweitem Glaskolben 50 und erstem Glaskolben 10 ist vorzugsweise evakuiert bzw. evakuierbar. Dadurch kann der Heizprozess zusätzlich unterstützt werden, was einen wirtschaftlichen Betrieb der
Hochfrequenzlampe ermöglicht. Der zweite Glaskolben 50 wird durch eine
Halterung, insbesondere ein äußeres Gehäuse 52 gehalten. Der zweite Glaskolben 50 kann satiniert oder klar sein. Das Hochfrequenzsignal kann analog den Fig. 1 und 2 über den Wellenleiter 11 bzw. dessen Außenleiter 12 und Innenleiter 13 zu dem ersten Glaskolben 10 zugeführt werden. Der erste Glaskolben 10 gemäß Fig. 4 besteht aus einem ersten Glaskolbenabschnitt 53, einem zweiten
Glaskolbenabschnitt 54 und einem dritten Glaskolbenabschnitt 55, wobei deren Verlustfaktor in der genannten Reihenfolge ansteigen. Der dritte
Glaskolbenabschnitt 55 ist gegenüber dem ersten Glaskolbenabschnitt 53 angeordnet, der wiederum in dem Kontaktbereich 14 angeordnet ist. Der zweite Glaskolbenabschnitt 54 ist zwischen dem ersten Glaskolbenabschnitt 53 und dem dritten Glaskolbenabschnitt 55 angeordnet. Der evakuierte Zwischenraum 51 gewährleistet eine thermische Isolation des ersten Glaskolbens 10. Die
Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist auch auf eine zweiseitige Ansteuerung, wie in Fig. 3 gezeigt, erweiterbar.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 entspricht im Wesentlichen der
Ausführungsform gemäß Fig. 1, wobei jedoch der Glaskolben 10 in einem
Außenbereich 56, der außerhalb des Kontaktbereiches 14 liegt, mit einer
(dünnen) Metallschicht 57 bedampft ist. Die (dünne) Metallschicht 57 kann vorzugsweise mit dem Außenleiter 12 des Wellenleiters 11 elektrisch verbunden sein, wobei der Außenleiter 12 weiter vorzugsweise mit Masse verbunden ist (was auch bei den anderen Ausführungsformen der Fall sein kann. Die (dünne und optisch durchsichtige) Metallschicht 57 ermöglicht es, dass sich in einer gewissen Entfernung vom Kontaktbereich 14 eine erhöhte Feldstärke einstellt und somit das Glas vergleichsweise gleichmäßig aufgeheizt wird . Außerdem ermöglicht diese (dünne) Metallschicht 57 eine Abschirmung der Lampe. Eine Abstrahlung des Hochfrequenzsignals wird dadurch gedämpft.
Die Verluste und somit auch die Erwärmung des Glaskolbens sind abhängig vom Verlustfaktor tanö des Glases und von der Frequenz. Durch die Verwendung der dritten Harmonischen besteht eine weitere Möglichkeit die Temperaturerhöhung des Glaskolbens zu beeinflussen. Ein vorgesehener Hochfrequenzverstärker könnte auf einen entsprechenden Betrieb optimiert werden, so dass während einer Startphase der Hochfrequenzlampe eine zusätzliche Erwärmung des
Glaskolbens 10 stattfinden kann, aufgrund der dann höheren Verluste bei der höheren Frequenz.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung der dritten Harmonischen ist eine leichtere Ionisierung der Gase. Mit zunehmender Frequenz muss weniger Energie aufgewendet werden, um die Metallseite zu ionisieren, was wiederum eine Reduktion der benötigten Energie bedeutet.
Gegenüber den in der Einleitung erwähnten Hochfrequenz-Antennenlampen findet bei den hier beschriebenen Hochfrequenzlampen weniger (fast keine)
Hochfrequenzabstrahlung statt und die Lampe ist zulassungsfähig. Weiterhin kann der Wirkungsgrad verbessert werden. Die Hochfrequenzlast (des gefüllten
Glaskolbens) ist vergleichsweise hochohmig, wodurch bei Anpassung sehr große elektrische Feldstärken bei kleinen Leistungen gegeben sind .
Die Aufheizung des Glaskolbens der Hochfrequenzlampe wird durch ein- bzw. zweiseitige Einstrahlung einer Mikrowelle realisiert. Die Temperaturgradienten auf der Wand des Glaskolbens können minimiert werden, so dass die Temperatur der gesamten Wand des Glaskolbens vergleichsweise homogen verteilt ist.
Die Hochfrequenzlampe kann zum Aufbau von mikrowellengetriebenen
(hochfrequenzgetriebenen) Entladungslampen genutzt werden, die insbesondere dazu geeignet sind, die Eigenschaften im Hinblick auf Wirkungsgrad,
Emissionsspektrum, Kosten, Langlebigkeit und Nachhaltigkeit zu verbessern.
Die Hochfrequenzlampe eignet sich aufgrund Ihres Viel-Linienspektrums besonders gut zum Einsatz in Privathaushalten als Lichtquelle.
Die mikrowellengetriebene Hochfrequenzlampe lässt sich mittels
Hochfrequenzelektronikbauelementen, die aufgrund des
Telekommunikationsmarktes vergleichsweise preisgünstig verfügbar sind, und üblicher Gasentladungslampentechnologie sehr preiswert fabrizierten, zumal die Hochspannungsanforderungen deutlich geringer sind im Vergleich zu klassischen Starterschaltungen.
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
10 Glaskolben
11 Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung (Wellenleiter)
12 Außenleiter
13 Innenleiter
14 Kontaktbereich
15 Verbindungsstelle
16 Brennkammer
17 Einkopplungsstelle
21 erster Glaskolbenabschnitt
22 zweiter Glaskolbenabschnitt
23 dritter Glaskolbenabschnitt
24 vierter Glaskolbenabschnitt
31 zweiter Wellenleiter
32 Außenleiter
33 Innenleiter erster Glaskolbenabschnitt zweiter Glaskolbenabschnitt dritter Glaskolbenabschnitt vierter Glaskolbenabschnitt fünfter Glaskolbenabschnitt zweiter Glaskolben
Zwischenraum
Gehäuse
erster Glaskolbenabschnitt zweiter Glaskolbenabschnitt dritter Glaskolbenabschnitt Außenbereich
Metallschicht

Claims

Ansprüche
1. Hochfrequenzlampe, umfassend
mindestens einen Glaskolben (10) und mindestens eine Hochfrequenzsignal- Zuführungseinrichtung (11) zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals einer vorbestimmten Frequenz von vorzugsweise 10 MHz bis 100 GHz zu mindestens einem Kontaktbereich (14) mindestens eines Glaskolbens (10), wobei der Glaskolben (10) eine durch das Hochfrequenzsignal im gasförmigen Zustand ionisierbare Substanz enthält und zumindest abschnittsweise aus einem Glas besteht, das im Mittel einen Verlustfaktor tanö von mindestens 2xl0"4, vorzugsweise mindestens 5xl0"4, weiter vorzugsweise mindestens 20xl0"4, noch weiter vorzugsweise mindestens 50xl0"4, gemessen bei einer
Referenztemperatur von 20° C und einem Referenzsignal von 1 MHz, aufweist, wobei ein transparentes Gehäuse, insbesondere ein zweiter, äußerer Glaskolben (50) vorgesehen ist, in dem der erste Glaskolben (10) angeordnet ist.
2. Hochfrequenzlampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der mittlere, vorbestimmte Verlustfaktor tanö kleiner als lOOxlO"4, vorzugsweise kleiner als 80xl0"4, noch weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 50xl0"4 ist.
3. Hochfrequenzlampe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verlustfaktor tanö und/oder die Dicke des Glases des Glaskolbens (10) zumindest abschnittsweise konstant ist oder mit zunehmender Entfernung von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung (11), insbesondere zumindest abschnittsweise stetig, vorzugsweise linear und/oder in diskreten Schritten, zunimmt.
4. Hochfrequenzlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verlustfaktor tanö und/oder die Dicke des Glases des Glaskolbens (10) an einem Punkt, der von der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung (11) am weitesten entfernt ist, mindestens 1,5 mal, vorzugsweise mindestens 2 mal, noch weiter vorzugsweise mindestens 3 mal so groß ist wie an einem Punkt, der der Hochfrequenzsignal-Zuführungseinrichtung am nächsten ist, insbesondere innerhalb des Kontaktbereiches (14) liegt.
5. Hochfrequenzlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei, insbesondere zwei, Hochfrequenzsignal- Zuführungseinrichtungen (11, 31) vorgesehen sind, die zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals von vorzugsweise 10 MHz bis 100 GHz zu je mindestens einem Kontaktbereich (14) des Glaskolbens (10) ausgebildet sind und
vorzugsweise sich gegenüberliegend angeordnet sind derart, dass der
Glaskolben (10) im Wesentlichen mittig zwischen den Hochfrequenzsignal- Zuführungseinrichtungen (11, 31) liegt.
6. Hochfrequenzlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Zwischenraum (51) zwischen dem transparenten Gehäuse und dem ersten Glaskolben (10) evakuierbar bzw. evakuiert ist.
7. Hochfrequenzlampe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Glas des Glaskolbens (10) mindestens abschnittsweise, insbesondere innerhalb eines außerhalb des Kontaktbereichs (14) liegenden Außenbereiches
(56) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere dünnen Metallschicht,
(57) beschichtet, insbesondere bedampft ist.
8. Hochfrequenzlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
einen Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung des Hochfrequenzsignals der vorbestimmten Frequenz, wobei die Frequenz ggf. monofrequent oder moduliert und/oder gepulst ist.
9. Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein Glaskolben (10) derart bereitgestellt wird, sowie ein
Hochfrequenzsignal mit mindestens einer vorbestimmten Frequenz und Leistung derart generiert und dem Glaskolben (10) zugeführt wird, dass sich der Glaskolben (10) auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, bei der eine im gasförmigen Zustand durch das Hochfrequenzsignal ionisierbare Substanz von einer Innenwand des Glaskolbens (10) verdampft wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Hochfrequenzsignal ein monofrequentes oder moduliertes und ggf. gepulstes Hochfrequenzsignal generiert und zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die vorbestimmte Temperatur mindestens 40° C, vorzugsweise mindestens 120° C, noch weiter vorzugsweise mindestens 150° C, noch weiter vorzugsweise mindestens 200° C beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Glaskolben (10) derart bereitgestellt wird sowie das Hochfrequenzsignal mit mindestens einer vorbestimmten Frequenz und Leistung derart generiert und zugeführt wird, dass die vorbestimmte Temperatur im Wesentlichen zeitlich und/oder örtlich konstant ist, insbesondere eine zeitliche und/oder örtliche Varianz eines vorbestimmten örtlichen und/oder zeitlichen Mittelwertes der vorbestimmten Temperatur kleiner ist als 30 %, 20 %, vorzugsweise 10 %, weiter vorzugsweise 5 %.
13. Verwendung von Glas mit einem Verlustfaktor tanö von größer als 2xl0"4,
vorzugsweise 5xl0"4, noch weiter vorzugsweise 20xl0"4, noch weiter
vorzugsweise 50xl0"4 zur Herstellung eines Glaskolbens (10) einer
Hochfrequenzlampe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 12.
14. Verwendung eines Hochfrequenzsignals zum Aufheizen eines Lampenkolbens (10), insbesondere einer Hochfrequenzlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 12, insbesondere auf mindestens 40° C, vorzugsweise mindestens 120° C, noch weiter vorzugsweise mindestens 150° C.
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