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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Alle
elektrodenlosen Gasentladungslampen des Standes der Technik haben
den Nachteil, daß sie in
großem
Umfang elektromagnetische Störemissionen
erzeugen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist der äußere Durchmesser
des Entladungsgefäßes kleiner
als das zweifache des Durchmessers der umschlossenen Erregerwicklung
auf dem Ferritkern.
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Die
Erfindung ist im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die Zeichnungen näher
erläutert.
In den Figuren zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer elektrodenlosen Gasentladungslampe
gemäß einer bevorzugten
Ausführung
der Erfindung;
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2a bis 2c eine
schematische perspektivische Darstellung des Entladungsgefäßes der Gasentladungslampe
sowie eine schematische Schnittdarstellung und eine schematische
Draufsicht auf das Entladungsgefäß;
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3 eine
schematische Draufsicht auf das Gasentladungsgefäß der 2a;
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4a und 4b schematische
Darstellungen einer ersten und einer zweiten Ausführung des
weichmagnetischen Kerns der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe;
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5 eine
schematische Darstellung eines Teils des in 4a gezeigten
Kerns, auf den Wicklungen aufgebracht sind; und
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6a und 6b schematische
Darstellungen der erfindungsgemäßen Gasentladungslampe
gemäß der ersten
und einer zweiten Ausführungsform.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
weiterer Vorteil ist die vollständige
Trennbarkeit zwischen dem Entladungsgefäß und dem Kern sowie die einfache
Herstellbarkeit des Entladungsgefäßes.
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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 .
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- 10
- Kern
- 10'
- U-Teil
des Kernes
- 10''
- I-Teil
des Kernes
- 12
- Schenkel
- 14
- Erregerwicklung
- 16
- Entladungsgefäß
- 18
- reflektierende
Beschichtung
- 20
- Kern