DE102005050306B3 - Elektrodenlose Gasentladungslampe - Google Patents

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    • H01J65/048Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using an excitation coil

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrodenlose Hochfrequenz-Gasentladungslampe nach dem Induktionsprinzip, die infolge ihrer Konstruktion eine besonders geringe elektromagnetische Störemission bei gleichzeitig erhöhter Lichtausbeute aufweist. Diese vorteilhaften Eigenschaften verdankt die erfindungsgemäße Gasentladungslampe einerseits dem hohen Kopplungsgrad zwischen Entladungsstrom und Erregerstrom andererseits den weitgehend homogenen Feldverhältnissen im Entladungsgefäß die konstruktionsbedingt dadurch erzielt werden, dass das Entladungsgefäß die Form eines hohlzylindrischen Ringes aufweist, der direkt über der Erregerwicklung, die sich über der ganzen Länge des Entladungsgefäßes erstreckt, auf einem vollständig geschlossenen hochpermeablen Ferritkern sitzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrodenlose Gasentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das mit einem gasförmigen Medium unter stark vermindertem Druck (< 10–3 ... 10–6 bar) gefüllt ist, und mit einer Induktionsspule, die einen geschlossenen Kern aus magnetischem Werkstoff aufweist, auf den eine Erregerwicklung aufgebracht ist, die von einem Hochfrequenzoszillator gespeist wird. Der geschlossene Kern erstreckt sich teilweise durch einen rohrförmigen Kanal in dem Entladungsgefäß. Eine derartige Lampe ist aus der DE 30 08 535 C2 bekannt.
  • In elektrodenlosen Gasentladungslampen, die nach dem Induktionsprinzip arbeiten, wird in einem Entladungsgefäß oder Lampenkolben durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld eine elektrische Entladung bzw. ein Plasma erzeugt und aufrechterhalten. Die Umwandlung der elektrischen Energie in Licht wird durch Anregung von Atomen in der Plasmaentladung durch Stoßionisation im elektrischen Feld erreicht. Anders als bei den weit verbreiteten Leuchtstofflampen, welche zumeist heiße Elektroden (HCFL) oder seltener kalte Elektroden (CCFL) verwenden, benötigen elektrodenlose Gasentladungslampen keinerlei Elektroden. Das elektrische Erregerfeld, das die Entladung auslöst und speist, wird durch ein oszillierendes Hochfrequenz-Magnetfeld erzeugt. Die Abwesenheit von Elektroden im Entladungsgefäß erlaubt bekanntermaßen eine fünf- bis zehnfache Verlängerung der Lebensdauer der Gasentladungslampen. Bekannte Alterungsmechanismen von Gasentladungslampen aufgrund von Verdampfung oder elektrischer Abtragung (Sputter – Prozesse) der Elektrodenbeschichtung treten bei elektrodenlosen Lampen nicht auf. Naturgemäß entstehen auch keine Elektrodenverluste, so daß der Wirkungsgrad elektrodenloser Gasentladungslampen höher ist als bei den HCFL und CCFL. Da sich innerhalb der Entladungsgefäße keine Elektroden befinden, und somit keine Elektrodenchemie zu berücksichtigen ist, ist die Auswahl an möglichen aktiven Medien zur Erzeugung des Entladungsplasmas innerhalb des Entladungsgefäßes stark vergrößert. Während heute als aktive Medien üblicherweise Mischungen aus Metalldampf, insbesondere Quecksilber-Dampf, und Edelgas verwendet werden, kommen für elektrodenlose Lampen auch nicht toxische, quecksilberfreie aktive Medien in Betracht.
  • Im Stand der Technik sind grundsätzlich zwei verschiedene Arten von elektrodenlosen Gasentladungslampen, welche auf der Grundlage magnetischer Induktion arbeiten, bekannt. Bereits Marktreife erlangt haben die elektrodenlosen Gasentladungslampen von Philips und Matsushita, die stabförmige Kerne verwenden, die sich in die Lampenkolben hinein erstrecken, sowie solche von Osram und Hongyuan, welche ringförmige Entladungsröhren verwenden, auf die toroidförmige Ferritkerne aufgebracht sind. Der Vollständigkeit halber sollte erwähnt werden, daß auch elektrodenlose Gasentladungslampen bekannt sind, die ohne Magnetkerne arbeiten, wobei eine Spule unmittelbar um den Glaskolben gewickelt ist.
  • Die DE 30 08 535 C2 von Philips beschreibt eine elektrodenlose Gasentladungslampe mit einem Lampensockel und mit einem mit Metalldampf und Edelgas gefüllten Lampenkolben, in der ein mehrteiliger ringförmiger Kern aus magnetischem Werkstoff, gespeist durch einen im Lampensockel angeordneten Hochfrequenzoszillator, so angeordnet ist, daß er sich teilweise durch einen rohrförmigen Kanal im Lampenkolben erstreckt. Der Magnetkern besteht aus zwei voneinander lösbaren Teilen, von denen sich einer im rohrförmigen Kanal des Lampenkolbens und der andere außerhalb des Lampenkolbens in dem Sockel befindet. Der Magnetkern außerhalb des Lampenkolbens trägt eine Induktionsspule, die von dem Hochfrequenzoszillator gespeist wird. Um den Teil des Ringkerns, der in dem rohrförmigen Kanal innerhalb des Lampenkolbens liegt, sind weitere Windungen eines Kupferfolienbandes zur Erleichterung der Zündung der Lampe gewickelt.
  • Die DE 100 58 852 A1 beschreibt eine elektrodenlose Niederdruck-Gasentladungslampe mit einem kugelförmigen, ringförmigen, birnenförmigen oder ellipsoiden Glaskörper als Gasentladungsgefäß. Die Einkopplung der elektrischen Energie in das Entladungsgefäß erfolgt induktiv mit einem ringförmigen geschlossenen Ferritkern, der teilweise innerhalb des Entladungsgefäßes liegt und mit einer Primärwicklung versehen ist, die im Frequenzbereich von 100 kHz bis 500 kHz gespeist wird. Das Einbringen eines Teils des ringförmigen Ferritkerns in das Entladungsgefäß erfolgt mittels eines vakuumdichten Durchgangs, der in dem Glaskörper eingebracht ist. Der Teil des Ferritkerns mit der Primärwicklung ist in einem Lampensockel außerhalb des Glaskolbens angeordnet.
  • Die DE 28 09 957 beschreibt eine Leuchtstofflampe mit einem im wesentlichen kugelförmigen Kolben, der ein gasförmiges Medium enthält und einen Kanal aufweist. Ein ringförmiger Magnetkern erstreckt sich teilweise durch diesen Kanal und trägt eine Wicklung zum Induzieren eines elektrischen Feldes in dem gasförmigen Medium.
  • Unter der Bezeichnung Osram Endura® ist eine elektrodenlose Gasentladungslampe des Unternehmens Osram GmbH auf dem Markt, die einen ring-rohrförmigen Entladungskolben aufweist, auf den auf gegenüberliegenden Seiten zwei toroidförmige Kerne aufgebracht sind, welche Erregerwicklungen tragen. Die Gasentladungslampe arbeitet nach Art eines Transformators, wobei die Erregerwicklungen die Primärwicklungen des Transformators bilden und die Gasentladungsröhre die Sekundärwicklung des Transformators bildet, in die Leistung induktiv eingekoppelt wird. Eine weitere elektrodenlose Gasentladungslampe ist in der EP 1 303 170 A1 beschrieben. Die Gasentladungslampe umfaßt einen gasgefüllten Mantel, der einen Magnetkern umgibt, wobei eine Spule um den Magnetkern gewickelt ist, um innerhalb des Mantels ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Eine ähnliche Anordnung ist in der EP 1 235 255 A1 offenbart.
  • Alle elektrodenlosen Gasentladungslampen des Standes der Technik haben den Nachteil, daß sie in großem Umfang elektromagnetische Störemissionen erzeugen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrodenlose Gasentladungslampe anzugeben, deren Eigenschaften hinsichtlich elektromagnetischer Störemission (EMI/EMV) besser sind als bei den Gasentladungslampen des Standes der Technik. Diese Aufgabe wird durch eine elektrodenlose Gasentladungslampe mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist die elektrodenlose Gasentladungslampe wie ein klassischer Transformator aufgebaut. Sie verwendet einen geschlossenen Kern aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie etwa Ferrit, beispielsweise einen UU-Kern oder einen UI-Kern. Der geschlossene Kern kann auch als ringförmig bezeichnet werden, wobei seine Form nicht rotationssymmetrisch sein muß, sondern vorzugsweise einem geschlossenen, recht- oder mehreckigen Ring entspricht. Der Kern umfaßt wenigstens einen im wesentlichen geradlinigen Schenkel, insbesondere zwei parallele geradlinige Schenkel, wobei einer oder beide Schenkel eine Erregerwicklung tragen, die die Primärspule des Transformators bildet und im Entladungsgefäß die Gasentladung induziert. Das Entladungsgefäß hat die Form eines hohlzylindrischen Ringes, der den bewickelten Schenkel mit geringem Abstand umgibt. Im Entladungsgefäß entstehen infolge des oszillierenden Magnetflusses im Kern in sich geschlossene elektrische Feldlinien, längs derer freie Ladungsträger beschleunigt werden und durch Stoßvorgänge Atome des aktiven Mediums anregen. Der oszillierende Magnetfluß wird durch die hochfrequente Wechselspannung an der Primärwicklung bzw. durch den resultierenden Stromfluß erzeugt. Die Wahl des aktiven Mediums wird durch die Forderung nach Lichtausbeute und Spektralverteilung bestimmt. Die Höhe des Gasdruckes wird aufgrund des Optimums der Lichtausbeute bzw. aufgrund von Zündkriterien festgelegt. Die Zündbarkeit erfordert geringe Gasdrücke im Millibar-Bereich bzw. darunter. Aufgrund der räumlich engen Zuordnung zwischen dem in dem Entladungsgefäß erzeugten Plasmastrom und dem induzierenden Strom in der Erregerwicklung werden externe Magnetfelder weitgehend ausgelöscht oder anders ausgedrückt: durch die gute Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule (Plasma) werden Störstrahlungsemissionen weitgehend vermieden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Geometrien von Kern, Erregerwicklung und Entladungsgefäß können gleichförmige Feldstärken und Stromdichten im gesamten Entladungsbereich erzielt werden. Dadurch sind über der gesamten Länge der Lampe die Verhältnisse für die Lichtemission und den Wirkungsgrad optimal.
  • Die Erfindung offenbart somit eine elektrodenlose Hochfrequenz-Gasentladungslampe nach dem Induktionsprinzip, die infolge ihrer Konstruktion eine besonders geringe elektromagnetische Störemission bei gleichzeitig erhöhter Lichtausbeute aufweist. Diese vorteilhaften Eigenschaften verdankt die erfindungsgemäße Gasentladungslampe einerseits dem hohen Kopplungsgrad zwischen Entladungsstrom und Erregerstrom andererseits den weitgehend homogenen Feldverhältnissen im Entladungsgefäß, die konstruktionsbedingt dadurch erzielt werden, dass das Entladungsgefäß die Form eines hohlzylindrischen Ringes aufweist, der direkt über der Erregerwicklung, die sich über der ganzen Länge des Entladungsgefäßes erstreckt, auf einem vollständig geschlossenen hochpermeablen Ferritkern sitzt.
  • Die erfindungsgemäße Gasentladungslampe hat ferner die Vorteile, daß das Entladungsgefäß und der Transformatorkern vollständig voneinander trennbar sind und das Entladungsgefäß im Vergleich zu Glaskolben des Standes der Technik leichter herstellbar ist.
  • Bei der DE 30 08 535 C2 treten aufgrund der speziellen Entladungsgeometrie unterschiedliche Stromdichten in verschiedenen Regionen des Glaskolbens auf, während erfindungsgemäß aufgrund der Geometrie des Entladungsgefäßes die Feldstärkeverhältnisse viel homogener sind und an allen Stellen gleiche, optimale Stromdichten erzielt werden, so daß eine höhere Lichtausbeute möglich ist. Insbesondere bezüglich Streuinduktivität und damit elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) ist das erfindungsgemäße Design ebenfalls überlegen.
  • Bei der DE 100 58 852 A1 fließt der Entladungsstrom in einer vergleichsweise großen Schleife, entsprechend der Form des Entladungsgefäßes, durch den Kern. Diese große Schleife erzeugt eine erhebliche Streuinduktivität und wirkt als Sendeantenne für den Hochfrequenzstrom. Diese Probleme werden bei der Erfindung nahezu vollständig vermieden. Auch die Herstellbarkeit des Entladungsgefäßes gemäß der Erfindung sowie der Zusammenbau der Gasentladungslampe gemäß der Erfindung ist einfacher als in vielen Ausführungen des Standes der Technik.
  • In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der geschlossene Kern nach Art eines UU- oder UI-Kernes ausgebildet, der zwei parallele, geradlinige Schenkel sowie zwei Verbindungsschenkel aufweist. Auf jeden der beiden geradlinigen Schenkel ist eine Erregerwicklung aufgebracht, die mit einem zugehörigen Entladungsgefäß nach Art eines Transformators elektromagnetisch gekoppelt ist, wobei die Erregerwicklung einer Primärwicklung entspricht und das Entladungsgefäß einer Sekundärwicklung mit einer einzigen Windung entspricht. Während es auch möglich ist, auf nur einen Schenkel eine Erregerwicklung und ein zugehöriges Entladungsgefäß aufzubringen, wäre in dieser Ausführung das Verhältnis von Volumen des Kernmaterials zu Volumen des Entladungsgefäßes wesentlich ungünstiger. Auch die elektromagnetische Verträglichkeit ist bei einer Anordnung mit zwei parallelen, bewickelten Kernschenkeln und zugeordneten Entladungsgefäßen günstiger.
  • Die Erregerwicklung ist vorzugsweise einlagig und gleichmäßig über die Länge des darübergestülpten Entladungsgefäßes verteilt. Die Dicke des Wickeldrahtes ist vorzugsweise kleiner oder gleich vier Mal, insbesondere kleiner oder gleich drei Mal die Skin-Eindringtiefe des Hochfrequenzstromes, der durch die Erregerwicklung fließt, um Verluste aufgrund des Skineffektes zu vermeiden.
  • Die Gasentladungslampe wird vorzugsweise mit einer Frequenz betrieben, die in der Nähe, insbesondere geringfügig unter jener Frequenz liegt, die dem Leistungsfaktormaximum des verwendeten Kernmaterials entspricht. Bezüglich der Schaltverluste bei heute bekannten Transistoren kann erwartet werden, daß ein guter Gesamtwirkungsgrad erreicht wird, wenn die Betriebsfrequenz zwischen 200 kHz und 400 kHz liegt.
  • In der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Entladungsgefäß auf der Innenseite seiner äußeren zylindrischen Wand mit einer fluoreszierenden Beschichtung versehen, welche die kurzwelligen vom Plasma innerhalb des Entladungsgefäßes emittierten Photonen in sichtbares Licht umwandelt. Ferner kann das Entladungsgefäß auf der Außenseite seiner inneren zylindrischen Wand mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sein, um die Lichtausbeute zu verbessern. Dabei ist darauf zu achten, daß die reflektierende Beschichtung nicht als Kurzschlussring wirken kann.
  • In anderen Ausführungsformen kann auf die fluoreszierende Beschichtung am Entladungsgefäß auch verzichtet werden, wenn entweder keine Frequenzverschiebung der Strahlung der angeregten Atome gewünscht oder notwendig ist, z.B. in einer UV-Lampe oder bei Verwendung eines aktiven Mediums, das im sichtbaren Spektralbereich emittiert oder wenn die Fluoreszenzschicht auf einen äußeren Schutzglaskolben aufgebracht ist, der die erfindungsgemäße Vorrichtung umhüllt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der äußere Durchmesser des Entladungsgefäßes kleiner als das zweifache des Durchmessers der umschlossenen Erregerwicklung auf dem Ferritkern.
  • Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer elektrodenlosen Gasentladungslampe gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung;
  • 2a bis 2c eine schematische perspektivische Darstellung des Entladungsgefäßes der Gasentladungslampe sowie eine schematische Schnittdarstellung und eine schematische Draufsicht auf das Entladungsgefäß;
  • 3 eine schematische Draufsicht auf das Gasentladungsgefäß der 2a;
  • 4a und 4b schematische Darstellungen einer ersten und einer zweiten Ausführung des weichmagnetischen Kerns der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Teils des in 4a gezeigten Kerns, auf den Wicklungen aufgebracht sind; und
  • 6a und 6b schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe gemäß der ersten und einer zweiten Ausführungsform.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der elektrodenlosen Gasentladungslampe gemäß der Erfindung. Die Gasentladungslampe umfaßt einen geschlossenen Kern 10, mit vorzugsweise rundem Querschnitt zumindest in dem Bereich, in dem die Wicklungen aufgebracht sind, der beispielsweise nach Art eines UU- oder UI-Kernes ausgebildet sein kann. In der Ausführung der 1 ist ein UI-Kern 10 dargestellt, der einen U-Teil 10' und einen I-Teil 10'' umfaßt. Der Kern 10 weist zwei parallele, geradlinige Schenkel 12 auf, auf die Erregerwicklungen 14 aufgebracht sind. Ein Fachmann wird verstehen, daß die exakte Formgebungen von Teilen des Kerns 10 auch anders als in 1 erfolgen kann.
  • Die parallelen, geradlinigen Schenkel 12 des Kernes 10 sind jeweils durch ein Entladungsgefäß 16 geführt, das die Form eines hohlzylindrischen Rings hat. Das Entladungsgefäß 16 wird vorzugsweise aus Glas hergestellt. Es ist mit einem gasförmigen Medium gefüllt, in welchem aufgrund eines darin induzierten elektrischen Wechselfeldes eine elektrische Entladung (Gasentladung) stattfindet, die UV-Strahlung oder sichtbares Licht emittiert. Dieses Medium umfaßt beispielsweise Metalldampf und Edelgas, etwa Quecksilberdampf und eine Edelgasmischung aus Argon und Krypton unter einem Druck von beispielsweise 2 mbar. Die spezielle Zusammensetzung und der tatsächliche Gasdruck des aktiven Mediums innerhalb des Entladungsgefäßes sind nicht Gegenstand der Erfindung. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht Gasentladungen in praktisch jedem Medium, vorausgesetzt der Gasdruck ist gering (Millibarbereich, bzw. darunter). Kriterien für optimale aktive Medien sind Lichtausbeute, Spektralverteilung und evtl. geringe Toxizität (Lampenbruch, Entsorgung).
  • Während in 1 zahlreiche Komponenten der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe, wie die Anschlüsse der Erregerwicklungen 14, ein Hochfrequenzoszillator, Halterungen etc., nicht gezeigt sind, wird ein Fachmann verstehen, diese fehlenden Komponenten zu ergänzen.
  • Wie erwähnt, funktioniert die erfindungsgemäße elektrodenlose Gasentladungslampe wie ein Transformator. Damit dieser Licht abgibt, wird der Kern 10 mit der Erregerwicklung 14 als Primärwicklung vorgesehen. Anstelle einer Sekundärwicklung wird das Entladungsgefäß 16 in unmittelbarer Nähe der Erregerwicklung 14, um diese herum angeordnet. Der Abstand zwischen der Erregerwicklung 14 und der Innenwand des Entladungsgefäßes 16 ist vorzugsweise so gering wie möglich zu halten. Ferner erstreckt sich das Entladungsgefäß 16 vorzugsweise über die gesamte bewickelbare Länge des zughörigen Schenkels 12, wie in 1 gezeigt. Die Erregerwicklung 14 induziert in dem Kern 10 ein magnetisches Wechselfeld, so daß in dem Entladungsgefäß 16 durch elektromagnetische Induktion ein Plasma erzeugt und aufrechterhalten wird. In der Gasentladung werden durch Elektronenstöße Atome in höhere Energieniveaus angeregt. Bei der Rückkehr in niedrigere Energieniveaus bzw. in den Grundzustand wird ultraviolette Strahlung bzw. sichtbares Licht emittiert.
  • Aufgrund der speziellen geometrischen Form des Entladungsgefäßes und der Anordnung desselben direkt über der Erregerwicklung auf einem geschlossenen hochpermeablen Ferritkern wird eine ausgezeichnete Kopplung zwischen der Erregerwicklung (Primärwicklung) und dem Plasma innerhalb des Entladungsgefäßes (Sekundärwicklung) erreicht, so daß minimale Streuinduktivität und Störstrahlungsemission (EMI) entstehen. Im gesamten Entladungsbereich können gleichförmige Feldstärken und Stromdichten erreicht werden, so daß für die Lichtemission optimale, gleichmäßige Verhältnisse über dem gesamten Umfang und der gesamten Länge des Entladungsgefäßes 16 entstehen. Die Lichtemission ist in 1 durch Pfeile schematisch angedeutet.
  • 2a, 2b und 2c zeigen in schematischer Darstellung eine perspektivische Ansicht sowie eine Schnittansicht und eine Draufsicht des Entladungsgefäßes 16. Die axiale Länge des Hohlzylinderringes entspricht vorzugsweise der bewickelten Länge eines zugehörigen Kernschenkels 12. Der Innendurchmesser ist so bemessen, daß das Entladungsgefäß 16 den bewickelten Kernschenkel 12 mit geringem radialen Abstand umgibt.
  • Wie in der Draufsicht auf das Entladungsgefäß 16 der 3 schematisch angedeutet, kann die Außenfläche der inneren Zylinderwand mit einer reflektierenden Beschichtung 18 versehen sein, um die Lichtemission zu erhöhen. Wenn diese Beschichtung 18 elektrisch leitend ist, muß sie in Umfangsrichtung unterbrochen sein, um Kurzschlüsse innerhalb des zirkularen elektrischen Feldes in dem Entladungsgefäß 16 zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Beschichtung 18 nicht elektrisch leitend.
  • 4a und 4b illustrieren, wie der geschlossene Kern 10 aus einem U-Teil 10' und einem I-Teil 10'' oder aus zwei U-Teilen 10' aufgebaut werden kann. Selbstverständlich ist es möglich, den Kern 10 aus mehr oder weniger Einzelteilen als in den Figuren dargestellt zusammenzubauen. Der Kern 10 besteht aus einem weichmagnetischen Material, vorzugsweise einem Ferritmaterial mit geringen Verlusten bei hohen Arbeitsfrequenzen. Die einzelnen Teile des Kerns 10 können nach dem Aufbringen der Wicklungen und dem Zusammenbau mit dem Gasentladungsgefäß beispielsweise durch Kleben permanent oder durch Schraubklemmen lösbar verbunden werden. Die Wicklungen 14 sind auf einer Isolationsschicht bzw. auf einem einfachen Wickelkörper auf die Kerne aufgebracht.
  • 5 zeigt schematisch einen bewickelten U-Teil 10' des Kerns 10, wobei jeder Schenkel 12 eine Erregerwicklung 14 trägt. Die Erregerwicklung 14 ist vorzugsweise einlagig auf den zugehörigen Schenkel 12 aufgebaut, wobei der Wickeldraht nicht dicker als drei bis vier Mal die Skin-Eindringtiefe des Hochfrequenzstroms sein sollte, um Verluste aufgrund des Skin-Effekts zu vermeiden. Wenn ein größerer Drahtquerschnitt benötigt wird, sollte die Wicklung in mehrere parallel geschaltete Wicklungsabschnitte aufgeteilt werden, die einzeln dem obigen Kriterium genügen.
  • Um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen, sollte die Betriebsfrequenz der Lampe in der Nähe von, jedoch geringfügig unter dem Leistungsfaktormaximum des verwendeten Kernmaterials liegen. Unter Berücksichtigung der Schaltverluste und heute verfügbarer Transistoren kann ein sehr guter Gesamtwirkungsgrad erwartet werden, wenn die Betriebsfrequenz zwischen 200 kHz und 400 kHz liegt.
  • Das Plasma im Entladungsgefäß bildet, wie erwähnt, quasi die Sekundärwicklung eines Transformators mit einer einzelnen kurzgeschlossenen Windung, die mit der Primärwicklung (Erregerwicklung 14) einen hohen Kopplungsgrad aufweist. Wegen der Plasmaimpedanz handelt es sich aber nicht um einen Kurzschluß im klassischen Sinn; sondern es wird die induzierte Energie im Wirkwiderstand des Plasmas umgesetzt. Diese Anordnung gewährleistet einen sehr guten Umwandlungswirkungsgrad und ausgezeichnete EMI-Eigenschaften (EMV). Vorzugsweise wird erfindungsgemäß ein geschlossener Kern 10 mit zwei parallelen, langgestreckten Schenkeln 12 vorgesehen, auf die in symmetrischer Weise Wicklungen 14 aufgebracht sind, um Induktionsspulen zu bilden. Jeder Induktionsspule ist ein Entladungsgefäß 16 zugeordnet; s. 6a. Wie in 6b gezeigt, ist es jedoch auch möglich, eine Gasentladungslampe mit nur einem bewickelten Schenkel und einem Gasentladungsgefäß 16 herzu stellen. Es ist jedoch offensichtlich, daß das Verhältnis von Kernvolumen zu Volumen des Entladungsgefäßes ungünstiger ist als bei der Ausführung der 6a. In der Ausführung der 6a gibt es daher geringere Kernverluste. Auch die EMV ist besser als bei der Ausführung mit nur einem Entladungsgefäß.
  • Die erfindungsgemäße elektrodenlose Gasentladungslampe hat im Vergleich zum Stand der Technik folgende Vorteile:
    Aufgrund der engen magnetischen Kopplung zwischen Erregerwicklung 14 (Primärwicklung) und dem im Entladungsgefäß erzeugten Plasma (Sekundärwicklung) ergibt sich eine minimale Streuinduktivität und Störstrahlungsemission. Aufgrund der speziellen Geometrie des Kerns und des Entladungsgefäßes können im gesamten Entladungsbereich gleichförmigere Feldstärken und Stromdichten erreicht werden. Dadurch ergibt sich über dem gesamten Umfang und der gesamten Länge des Gasentladungsgefäßes eine optimale Lichtemission und ein höherer Wirkungsgrad.
  • Ein weiterer Vorteil ist die vollständige Trennbarkeit zwischen dem Entladungsgefäß und dem Kern sowie die einfache Herstellbarkeit des Entladungsgefäßes.
  • Beispiele für die Zusammensetzung des aktiven Mediums innerhalb des Entladungsgefäßes, die fluoreszierende Beschichtung und die reflektierende Beschichtung sowie Beispiele für weitere Schutzschichten und dergleichen finden sich in der DE 100 58 852 A1 .
  • 10
    Kern
    10'
    U-Teil des Kernes
    10''
    I-Teil des Kernes
    12
    Schenkel
    14
    Erregerwicklung
    16
    Entladungsgefäß
    18
    reflektierende Beschichtung
    20
    Kern

Claims (9)

  1. Elektrodenlose Hochfrequenz-Niederdruck-Gasentladungslampe nach dem Induktionsprinzip zur Umwandlung elektrischer Energie in ultraviolettes oder sichtbares Licht mit einem weichmagnetischen Kern (10), auf den eine Erregerwicklung (14) aufgebracht ist, und mit einem Entladungsgefäß (16), dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) eine geschlossene Form hat und das Entladungsgefäß (16) eine hohlzylindrische Form aufweist und einen geradlinigen Schenkel (12) des geschlossenen Kernes (10) umgibt, wobei die Erregerwicklung (14) sich wenigstens teilweise zwischen Entladungsgefäß und Kern befindet.
  2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Kern (10) nach Art eines UU- oder eines UI-Kernes ausgebildet ist und zwei parallele geradlinige Schenkel (12) sowie zwei Verbindungs-Schenkel aufweist, wobei auf die beiden geradlinigen Schenkel (12) Erregerwicklungen (14) aufgebracht sind und jeweils ein Entladungsgefäß (16) einen der beiden geradlinigen Schenkel (12) umgibt.
  3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (14) einlagig auf den/jeden geradlinigen Schenkel (12) aufgebracht ist und mit dem Entladungsgefäß (16) nach Art eines Transformators gekoppelt ist, wobei die Erregerwicklung (14) einer Primärwicklung entspricht und das Entladungsgefäß (16) einer Sekundärwicklung mit einer Windung entspricht.
  4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Wicklungsdrahtes kleiner oder gleich viermal die Skin-Eindringtiefe des Hochfrequenzstromes ist, der durch die Erregerwicklung (14) fließt.
  5. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Erregerwicklung (14) im wesentlichen über die gesamte Länge des Entladungsgefäßes erstreckt.
  6. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz der Erregerspule im Bereich von 200 kHz bis 400 kHz liegt.
  7. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (16) auf der Außenseite seiner inneren zylindrischen Wand mit einer reflektierenden Beschichtung (18) versehen ist.
  8. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (16) auf der Innenseite seiner äußeren zylindrischen Wand mit einer fluoreszierenden Beschichtung versehen ist.
  9. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzglaskolben über die Lampe gestülpt ist, der eine fluoreszierende Beschichtung aufweist.
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