[0001] Die Erfindung betrifft einen optischen Strahler mit einem in einer Krümmungsebene
gebogenen Leuchtrohr, dessen Enden jeweils mittels einer in einer Quetsch-Ebene flächig
ausgebildeten Quetschung, durch die hindurch mindestens ein elektrischer Anschluß
von außen in das Leuchtrohr geführt ist, verschlossen sind.
[0002] Ein derartiger optischer Strahler ist aus der Produktinformationsschrift "UV-C-Hochleistungsstrahler;
Entkeimung mit höchster Effizienz" der Heraeus Noblelight GmbH aus dem Jahre 1994
bekannt (Druckvermerk: 2C 7.94/N T&D). Der darin näher beschriebene UV-Hochleistungsstrahler
besteht aus einem U-förmig gebogenen Entladungsrohr, dessen Enden jeweils mittels
einer Quetschung gasdicht verschlossen sind und die in einem gemeinsamen keramischen
Sockel eingebettet sind und darin gehalten werden. Von außen durch die Quetschungen
hindurch sind jeweils die elektrischen Anschlüsse für innerhalb des Entladungsrohres
angeordnete Elektroden geführt. Die Krümmungsebene verläuft parallel zu einer Ebene,
die die Mittelachsen der beiden freien Schenkel des U-förmig gebogenen Strahlers schneidet.
[0003] Die Quetschungen weisen eine obere und eine untere Flachseite auf. Die Quetschung
erstreckt sich jeweils über einen größeren Flächenbereich und ist im wesentlichen
rechteckförmig ausgebildet. Die "Quetsch-Ebene" ist hier diejenige Ebene, die parallel
zu den beiden Flachseiten verläuft. Sie verläuft auch parallel zur Krümmungsebene.
[0004] Bei dem bekannten Hochleistungsstrahler besteht die Gefahr von Brüchen im Bereich
der Quetschungen, insbesondere dann, wenn der Strahler, beispielsweise aufgrund seines
eigenen Gewichtes, in Richtung senkrecht zur Krümmungsebene belastet wird.
[0005] Zur Lösung dieses Problems sind Ausführungsformen von optischen Strahlern bekannt,
bei denen eine metallische Hülse die Quetschungen umschließt und die gleichzeitig
das Leuchtrohr stützt. Ein derartiger Strahler ist beispielsweise aus der Produktinformationsschrift
"NARVA; Lichtprodukte" der Gesellschaft für lichttechnische Erzeugnisse mbH (Druckvermerk
06/1995) bekannt. Die metallische Hülse greift sowohl am Sockel als auch am rohrförmigen
Teil des Leuchtrohres an, so daß eine mechanische Belastung der Quetschung selbst
möglichst vermieden wird. Hierzu ist es aber erforderlich, daß die Hülse mit dem Quarzglasrohr
fest verbunden ist. Die Montage der Hülse ist relativ aufwendig und erfordert große
Sorgfalt.
[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen optischen Strahler anzugeben,
bei dem die Bruchgefahr im Bereich der Quetschungen vermindert ist und der einfach
und preisgünstig herstellbar ist.
[0007] Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten optischen Strahler erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Quetsch-Ebene mit der Krümmungsebene einen Winkel im Bereich
zwischen 10° und 90° einschließt.
[0008] Bei den optischen Strahlern im Sinne dieser Erfindung sind die Leuchtrohre in einer
Krümmungsebene gebogen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ringförmig, oval
oder U-förmig ausgebildete Leuchtrohre. Diese Leuchtrohre sind üblicherweise so montiert,
daß die Hauptabstrahlrichtung der von ihnen ausgehenden Strahlung senkrecht zur Krümmungsebene
verläuft.
[0009] Wie eingangs dargelegt, verläuft bei den bekannten Strahlern die Quetsch-Ebene der
Quetschungen parallel zur Krümmungsebene. Werden diese Strahler so montiert, daß die
Haupt-Abstrahlrichtung senkrecht zur Krümmungsebene verläuft, so wirkt aufgrund des
Eigengewichtes der Strahler auf die Quetschungen eine Kraft in Richtung senkrecht
auf die Quetsch-Ebene.
[0010] Demgegenüber wirkt die Kraft aufgrund des Eigengewichtes der Strahler bei gleichermaßen
montierten, erfindungsgemäßen Strahlern parallel oder in einem Winkel, der kleiner
ist als 90°, zur Quetsch-Ebene. Der Winkel, der von der Quetsch-Ebene und der Krümmungsebene
eingeschlossen wird, kann von einem 90°-Winkel abweichen. In dem Fall verläuft die
Quetsch-Ebene schräg zur Krümmungsebene. Der Wert des Winkels, den die beiden Ebenen
einschließen, hängt von der Haupt-Belastungsrichtung, das ist die Richtung der größten
zu erwartenden mechanischen Belastung des Leuchtrohres, ab. Es wird darunter der kleinste
Winkel verstanden, den die beiden Ebenen miteinander einschließen.
[0011] Denn aufgrund dieser Ausrichtung der Quetsch-Ebene in bezug auf die für den Strahler
zu erwartende Haupt-Belastungsrichtung ist das Flächenwiderstandsmoment der Quetschung
gegenüber den in Richtung senkrecht zur Krümmungsebene wirkenden Kräfte erhöht. Dies
gilt gleichermaßen für solche Kräfte, deren Wirkungsrichtung in Bezug auf die Krümmungsebene
einen stumpfen Winkel zwischen 45 ° und 90 ° beschreibt. Die Bruchgefahr bei den so
orientierten Quetschungen ist daher beträchtlich vermindert.
[0012] Üblicherweise ist der Bereich der Quetschung mit einer flachen Ober- und einer flachen
Unterseite ausgebildet; wobei die seitlichen Ränder der Quetschung mit einem senkrecht
abstehenden Steg versehen sind. Die konkrete Gestaltung der Oberfläche der Quetschung
spielt für den erfindungsgemäßen Strahler jedoch keine wesentliche Rolle. So können
beispielsweise die flachen Oberseiten der Quetschung auch konkav oder konvex gekrümmt
sein; oder sie können mit Wülsten oder Ausnehmungen versehen sein. Wesentlich ist,
daß die Quetsch-Ebene in dem genannten Winkelbereich zur Krümmungsebene des Strahlers
verläuft.
[0013] Als Quetsch-Ebene wird dabei diejenige Ebene im Raum verstanden, in der die Quetschung
überwiegend verläuft.
[0014] Dabei ist es nicht erforderlich, daß die Quetsch-Ebenen der beiden Quetschungen parallel
zueinander verlaufen, diese können miteinander einen Winkel einschließen, der jedoch
nicht größer als 120° sein sollte. Dieser Winkel zwischen den beiden Quetschebenen
der Quetschungen kann nach unten offen oder geschlossen sein.
[0015] Besonders bewährt hat es sich ein Strahler, bei dem der Winkel zwischen der Quetsch-Ebene
und der Krümmungsebene im Bereich zwischen 60° und 90° liegt. Aufgrund dieser Orientierung
der Quetschungen wird ein besonders hohes Flächenwiderstandsmoment erzeugt in Bezug
auf eine Haupt-Belastungsrichtung, die senkrecht zur Krümmungsebene verläuft. Ein
derartiger Strahler zeichnet sich daher durch eine besonders hohe Bruchfestigkeit
aus.
[0016] In einer besonders geeigneten Ausführungsform des Strahlers schließt die Quetsch-Ebene
mit der Krümmungsebene einen Winkel von 90° ein. Eine derartige Ausführungsform des
Strahlers ist besonders einfach herstellbar. Sie ist insbesondere für solche Strahler
geeignet, bei denen die Quetschungen überwiegend in Richtung senkrecht zur Krümmungsebene
mechanisch belastet werden. Dies ist regelmäßig bei solchen Strahlern der Fall, bei
denen die Haupabstrahlrichtung senkrecht zur Krümmungsebene und demnach parallel zu
Quetschebene verläuft, so daß die Quetschung hierbei ein besonders hohes Flächenwiderstandsmoment
erzeugt.
[0017] Besonders bewährt hat sich ein Strahler, bei dem die Quetschungen in einem gemeinsamen
Sockel gehalten sind. Ein gemeinsamer Sockel für beide gequetschten Enden erleichtert
die Montage des Leuchtrohres. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Quetsch-Ebenen
der jeweiligen Quetschungen parallel zueinander verlaufen.
[0018] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Leuchtrohr U-förmig ausgebildet.
Die beiden freien Schenkel des U verlaufen parallel zueinander und weisen die gleiche
Länge auf. Bei diesem Strahler verlaufen die Mittelachsen der beiden Schenkel parallel
zur Krümmungsebene im Sinne dieser Erfindung. U-förmige Strahler sind handelsüblich
und werden überwiegend so montiert, daß die Hauptabstrahlrichtung der Strahler senkrecht
zur Krümmungsebene verläuft. Bei derartigen U-förmigen Strahlern hat sich die erfindungsgemäße
Ausrichtung der Quetschebene, wie oben erläutert, besonders bewährt.
[0019] Besonders bewährt hinsichtlich einer hohen Bruchfestigkeit hat sich auch eine Ausführungsform
des Strahlers, bei das Leuchtrohr in einem Krümmungs-Bereich seiner Biegung, in Richtung
der Leuchtrohr-Längsachse gesehen, eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner ist
als die Querschnittsfläche von beiderseits an den Krümmungs-Bereich angrenzenden Bereichen
des Leuchtrohres.
[0020] Unter der Querschnittsfläche ist dabei jeweils die Fläche - in Richtung der Leuchtrohr-Längsachse
- zu verstehen, die durch die Außenabmessungen des Leuchtrohres im jeweiligen Bereich
bestimmt wird.
[0021] Im Krümmungs-Bereich weist das Leuchtrohr kleinere Außenabmessungen auf. Dadurch
wird die Flexibilität des Leuchtrohres in diesem Bereich erhöht. Die Gefahr von Brüchen,
insbesondere bei Biegebeanspruchungen, wie sie im Verlauf der Herstellung des Strahlers,
aber auch während des Betriebes auftreten, wird dadurch beträchtlich vermindert. Der
Krümmungs-Bereich umfaßt mindestens einen Teil der Biegung; er kann sich aber auch
darüber hinaus erstrecken.
[0022] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Patentzeichnung
näher erläutert. In der Patentzeichnung zeigen im einzelnen
- Figur 1:
- ein U-förmiges Entladungsrohr eines Hochleistungsstrahler nach dem Stand der Technik
anhand einer technischen Zeichnung (teilweise im Schnitt) in einer Draufsicht in Richtung
senkrecht zur Krümmungsebene,
- Figur 2:
- ein U-förmiges Entladungsrohr eines erfindungsgemäßen Hochleistungsstrahlers anhand
einer technischen Zeichnung in einer Draufsicht in Richtung senkrecht zur Krümmungsebene,
und
- Figur 3:
- eine Seitenansicht des in Figur 2 dargestellten Hochleistungsstrahlers in Richtung
parallel zur Krümmungsebene (teilweise im Schnitt).
[0023] Dem in
Figur 1 dargestellten Entladungsrohr ist insgesamt die Bezugsziffer 1 zugeordnet. Das Entladungsrohr
1, das aus Quarzglas besteht, ist U-förmig gebogen. Figur 1 zeigt eine Draufsicht
auf die Krümmungsebene, die somit parallel zur Blattebene verläuft. Das Entladungsrohr
1 weist einen Außendurchmesser von 15 mm auf. Die beiden freien Schenkel 2; 3 des
Entladungsrohres 1 sind an ihrem Ende jeweils mit einer Quetschung 4; 5 verschlossen.
In die Quetschungen 4; 5 sind jeweils Molybdän-Folien (in der Figur nicht dargestellt)
eingeschmolzen, die einerseits mit Drähten 6; 7 für den elektrischen Anschluß an eine
Spannungsquelle und andererseits mit Elektroden 8; 9 verbunden sind.
[0024] Die Quetschungen 4; 5 sind über einen größeren Flächenbereich ausgebildet. Die Quetsch-Ebene,
in der die Stirnseite des Entladungsrohres 1 verschmolzen ist, verläuft parallel zur
Krümmungsebene (Blattebene) und in der Mittelachse 10 des Entladungsrohres 1. Die
Quetschungen 4; 5 sind sowohl in bezug auf die Mittelachse 10 als auch in bezug auf
eine Spiegelebene parallel zur Krümmungsebene symmetrisch ausgebildet.
[0025] Beiderseits ihrer Längsseiten sind die Quetschungen 4; 5 mit Stegen 11 versehen,
die von dem gequetschten Bereich senkrecht nach oben und nach unten abstehen.
[0026] Die Länge der Quetschungen 4; 5 - in Richtung der Mittelachse 10 gesehen - beträgt
ca. 20 mm; ihre Breite - damit wird die Abmessung senkrecht zur Länge verstanden -
entspricht etwa dem Durchmesser des Entladungsrohres, hier also 15 mm. Die Stärke
der Quetschungen 4; 5 im zusammengequetschten Bereich beträgt ca. 2,5 mm.
[0027] Aus der Figur ist unmittelbar ersichtlich, daß bei einer Belastung des Entladungsrohres
1 in Richtung senkrecht auf die Krümmungsebene (Blattebene) die Quetschungen 4; 5
aufgrund ihrer geringen Dicke und des geringen Flächenwiderstandes in dieser Richtung,
eine geringe Bruchfestigkeit aufweisen.
[0028] Das Entladungsrohr 1 ist einstückig ausgebildet. Im Bereich der Krümmung, die in
der Figur 1 mit der Bezugsziffer 12 gekennzeichnet ist, weist es in etwa den gleichen
Außen- und Innendurchmesser auf, wie im Bereich der freien Schenkel 2; 3. Nach dem
Evakuieren und Befüllen mit einer geeigneten Gasfüllung über ein Pumpstutzen (in der
Figur nicht dargestellt), wird dieser unter Bildung eines Glaspfropfens 13 abgeschmolzen.
Der Glaspfropfen 13, der bei dem Strahler gemäß dem Stand der Technik (Figur 1) unmittelbar
an der Spitze der Krümmung ausgebildet ist, kann als Oberflächen-Inhomogenität leicht
bruchauslösend wirken.
[0029] Auch bei dem in
Figur 2 dargestellten erfindungsgemäßen UV-Hochleistungsstrahler besteht das Entladungsrohr
14 aus Quarzglas und es ist ebenfalls U-förmig gekrümmt. Auch bei dieser Darstellung
verläuft die Krümmungsebene parallel zur Blattebene.
[0030] Das Entladungsrohr 14 weist einen U-förmigen Krümmer 15 auf, der einen Winkel von
180° umschreibt und der mit den freien Schenkeln 16; 17 des Entladungsrohres 14 in
einem Übergangsbereich 24 angeschmolzen ist. Der Krümmer 15 hat einen Außendurchmesser
von 9 mm und eine Wandstärke von 1,5 mm; die freien Schenkel 16; 17 weisen einen Außendurchmesser
von 15 mm und eine Wandstärke von 1mm auf.
[0031] Die beiden freien Schenkel 16; 17 sind an ihrem Ende jeweils mit einer Quetschung
18;19 gasdicht verschlossen. Durch die Quetschungen 18; 19 sind ähnlich wie anhand
von Figur 1 dargestellt, die elektrischen Anschlüsse 21 für die Elektroden (aus Figur
3 ersichtlich) hindurchgeführt.
[0032] Die Quetschungen 18; 19 sind über einen größeren Flächenbereich ausgebildet. Jede
Quetsch-Ebene, in der die Stirnseiten des Entladungsrohres 14 jeweils verschmolzen
sind, verläuft senkrecht zur Krümmungsebene (Blattebene). Die Quetschungen 18; 19
sind sowohl in bezug auf die Symmetrieachse 25 des Entladungsrohres 14 als auch in
bezug auf die durch die Mittelachsen 26 jedes Schenkels 16; 17 symmetrisch ausgebildet.
[0033] Die Quetschungen 18; 19 sind in einem gemeinsamen Keramiksockel 20 einzementiert,
durch den wiederum elektrische Anschlüsse 21 für den Anschluß der Elektroden 9 an
die Spannungsquelle (nicht dargestellt) herausgeführt sind. Die Quetschungen 18; 19
sind analog den Quetschungen 4; 5 (wie sie anhand von Figur 1 erläutert worden sind)
mit einer flachen Ober- und Unterseite versehen, und an deren Längsseiten beiderseits
senkrecht von der Quetschebene abstehende Stege 22 verlaufen. Jede Längsseite der
Quetschung 18; 19 ist somit T-förmig ausgebildet. In der Darstellung gemäß Figur 2
sind lediglich diese Stege 22 als Draufsicht auf das "T" zu erkennen. Die Stege 22
verlaufen parallel zur Krümmungsebene (Blattebene). Senkrecht dazu erstreckt sich
die eigentliche Quetschung 18; 19 und die Quetsch-Ebene.
[0034] Dies ist aus der
Figur 3, die eine um 90° gedrehte Darstellung des UV-Hochleistungsstrahlers zeigt, deutlicher
ersichtlich. Die Abmessungen des gequetschten Bereiches 18 entsprechen denjenigen,
wie sie anhand von Figur 1 erläutert sind, also etwa 15 mm in der Breite, etwa 20
mm in der Länge und etwa 2,5 mm in der Stärke.
[0035] Bei einer in Richtung senkrecht zur Krümmungsebene verlaufenden Kraft, wie sie anhand
des Richtungspfeiles 23 symbolisiert ist, bietet die Orientierung der Quetschungen
18; 19, wie sie in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 3 gezeigt wird,
ein hohes Flächenwiderstandsmoment, so daß die Bruchgefahr bei dieser Orientierung
der Quetschungen 18; 19 vermindert ist.
[0036] Die Bruchfestigkeit des erfindungsgemäßen Strahlers wird weiter dadurch erhöht, daß
der Pumpstutzen (in der Figur nicht dargestellt) im seitlichen Bereich des Krümmers
15 angesetzt wird, so daß der sich beim Abschmelzen bildende Glaspfropfen 13 in einem
Bereich angeordnet ist, der üblicherweise einer geringeren mechanischen Belastung
ausgesetzt ist.
1. Optischer Strahler mit einem in einer Krümmungsebene gebogenen Leuchtrohr, dessen
Enden jeweils mittels einer in einer Quetsch-Ebene flächig ausgebildeten Quetschung,
durch die hindurch mindestens ein elektrischer Anschluß von außen in das Leuchtrohr
geführt ist, verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetsch-Ebene mit
der Krümmungsebene einen Winkel im Bereich zwischen 10° und 90° einschließt.
2. Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetsch-Ebene mit der Krümmungsebene
einen Winkel im Bereich zwischen 60° und 90° einschließt.
3. Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetsch-Ebene mit der Krümmungsebene
einen Winkel von 90° einschließt.
4. Strahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Quetschungen (18;
19) in einem gemeinsamen Sockel (20) gehalten sind.
5. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Leuchtrohr (14) U-förmig ausgebildet ist.
6. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Leuchtrohr (14) in einem Krümmungs-Bereich (15) seiner Biegung, in Richtung der Leuchtrohr-Längsachse
(26) gesehen, eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner ist als die Querschnittsfläche
von beiderseits an den Krümmungs-Bereich (15) angrenzenden Bereichen (16; 17) des
Leuchtrohres (14).