DE69901785T2

DE69901785T2 - Röhre, vorrichtung und verfahren zur emission elektromagnetischer strahlung

Info

Publication number: DE69901785T2
Application number: DE69901785T
Authority: DE
Inventors: Christian Lumpp
Original assignee: Lumpp & Consultants Rumilly
Current assignee: Lumpp Christian Rumilly Fr
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2019-01-16
Also published as: FR2773640B1; CN1288585A; AU741688B2; EP1046187B8; EP1046187A1; IL136786A0; US6583535B1; CA2317629A1; FR2773640A1; AU2058799A; DE69901785D1; ATE219290T1; EP1046187B1; WO1999036939A1; KR20010033901A; JP2002510122A; ES2181385T3

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetische Strahlungen aussendendes Rohr bzw. eine elektromagnetische Strahlungen aussendende Röhre aus einem transparenten, nicht fluoreszierenden Material, insbesondere auf Glas- oder Quarzbasis, mit gerader Bauweise, das eine von einem zum anderen Ende um eine Achse gehende, längliche Bohrung aufweist, die einen Aufnahmeraum begrenzt, der geeignet ist, einen Plasmafaden oder ein Plasmabündel zu enthalten, der/das Strahlung abgibt.
Sie betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren, die/das eine solche Röhre anwendet.
Die Erfindung findet besonders nennenswerte, wenn auch nicht ausschließlich Anwendung im Bereich der photochemischen Behandlung von Materialien durch UV-Strahlung mit Senderöhren, die ein ionisiertes Gas enthalten, dessen Druck abhängig von der Konzentration des Plasmas im Inneren der Röhre ist, beispielsweise verwendet im Bereich der Sterilisation in der Papier-, Textil-, holz- und kunststoffverarbeitenden Industrie, der Nahrungsmittel- und Automobilindustrie sowie im Druckereibereich, insbesondere zur Polymerisation von Tinten oder Lacken auf Filmen, die beispielsweise aus Bahnen als Träger aus Papier, Karton, ja sogar Träger aus Metall bestehen, wie beispielsweise Aluminium-, Kupfer- oder Stahlband und Träger aus Synthesematerial wie Kunststoffe, PVC, Polyethylen oder anderen, ebenso Träger aus Natur-, Schicht- oder synthetisch hergestelltem Holz und sogar Elektronikschaltungen oder jeglicher anderer Träger.
Eine weitere Anwendung ist die im UV-Strahlungsbereich.
Die Erfindung ist nicht auf die zu behandelnden Produktarten begrenzt. Sie kann beispielsweise zum Trocknen von Kartenprodukten, zum Trocknen bestimmter Lacke und Klebstoffe, zum Trocknen fadenförmiger, um eine Achse angeordneter Produkte oder auch zur Sterilisation flüssiger schichten- oder säulenförmiger Produkts um eine Achse herum.

Stand der Technik

Es sind bereits Glasröhren zum Aussenden von ultravioletter oder infrarot- Strahlung bekannt, die eine zylindrische Bohrung umfassen:
Diese Röhren, die im Allgemeinen mit konkaven Reflektoren mit parabolischen oder elliptischen Querschnitten zusammen verwendet werden, haben Nachteile. Sie benötigen sehr viel Platz und in ihrer Wirksamkeit nicht optimal.
Die meisten Vorrichtungen des Stands der Technik beschreiben nämlich hauptsächlich getrennte Emitter-Reflektoren, bei denen die Verteilung der von einem Bündel oder Faden ausgesandten Strahlung nach zwei Ausführungsformen erfolgt, und zwar in Form von Primärstrahlungen, die von der Quelle in einem Streustrom ausgehen, und Sekundärstrahlungen, die ausgehend von der Quelle auf einer Fläche reflektiert werden, die einen Querschnitt gemäß einer mathematischen Kurve hat, um auf der bestrahlten Ebene in einem Streu- oder Parallelstrom anzukommen.
In allen Fällen und durch strukturelle Mängel des Systems haben die Primärstrahlungen also nicht die gleiche, optimale Bahn und somit nicht die gleiche Wirksamkeit wie Sekundärstrahlungen.
Das Dokument US-A-3885181 beschreibt eine Hochdrucknatriumlampe, die dazu bestimmt ist, Lichtstreifen im Bereich des Sichtbaren auszusenden. Sie umfasst eine röhrenförmige Entladungshülle aus einem mit Aluminiumoxid angereicherten, polykristallinen Material. Sie hat einen nicht kreisförmigen Querschnitt für eins asymmetrische polare Verteilung des von der Lampe ausgestrahlten Lichts. Die Emitterquelle ist von einer Lichtfläche aus diffus und ihr Plasmaquerschnitt ist von der inneren Geometrie der Hülle vorgegeben. Die Strahlungsquelle ist nicht punktuell, und die Lampe hat keinen Reflektor und keine einteilige Einheit aus Sender und Reflektor. Eine solche Lampe wird bei der Straßenbeleuchtung eingesetzt oder für Funkfeuer eingesetzt.
Das Dokument US-A-2254962 bezieht sich auf eine optische Vorrichtung, die aus einer zylindrischen Linse mit einer zentralen Brechungsfläche und einem Reflektor mit zusätzlichen elliptischen Reflexions- und Brechungsflächen mit dem gleichen virtuellen Brennpunkt besteht. Die Lichtquelle ist anders und befindet sich in einer halboffenen Ausnehmung und ist vom Reflektor getrennt, der nicht die ganze Strahlung wiedergeben kann. Die Wände der Ausnehmung sind so angeordnet, dass in der Linse beim Passieren der lichtbrechenden, von den Kanten, die die Ausnehmung begrenzen, gebildeten Ebenen Streuflüsse erhalten werden. Eine solche Vorrichtung bildet keine Vorrichtung aus länglichem einteiligen Sender und Reflektor, die geeignet wäre, die gesamte Strahlung auf 360º aufzunehmen.

Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Röhre zum Aussenden von Strahlungen, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu liefern, die eine solche Röhre einsetzen und den Anforderungen der Praxis besser als diejenigen des Stands der Technik entsprechen.
Ein erster Gegenstand der Erfindung besteht in der Herstellung einer kompakten Röhre mit geringen Abmessungen, die geeignet ist, Primär- und Sekundärstrahlungen homogen und komplementär und in der gleichen Richtung zum bestrahlten Objekt wiederzugeben, um die nutzbare fotochemische, fotothermische und/oder fotoluminöse Strahlungsenergie zu optimieren.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung besteht in der Aufnahme der gesamten von einer Röhre zum Aussenden magnetischer Strahlung ausgesandten Raumstrahlung, um die Fokussierung und den energetischen Wirkungsgrad zu erhöhen.
Die Erfindung geht von der Idee aus, der Bohrung einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt zu geben, von dem zumindest zwei gegenüberliegende Seiten einen rechteckigen Querschnitt die Form konvexer Krümmungen haben, um beim Passieren der von diesen Seiten gebildeten, lichtbrechenden Ebenen parallele Ströme zu erhalten.
Unter konvex ist in diesem Fall eine konvexe Innenkrümmung zu verstehen, deren Scheitel zur Achse der Bohrung gerichtet ist.
Unter im Wesentlichen quadratisch oder rechteckig ist eine quadratische oder rechteckige Figur mit vier Seiten zu verstehen, welche Seiten kreisbogenförmig mit großen Krümmungsradien, d. h. beispielsweise R < 10 mm, sind.
Hierzu ist der Brennpunkt des Plasmabündels oder des Strahlungsfadens so angeordnet, dass er sich im Mittelpunkt der geometrischen Optik der genannten lichtbrechenden Flächen befindet.
Auf diese Weise verändern die lichtbrechenden, konvexen Flächen der Bohrung den konvergierenden Strahlungsstrom von dem geometrischen Mittelpunkt der konvexen Krümmungen aus, um einen parallelen oder im Wesentlichen parallelen Strom in dem festen, durchsichtigen Milieu herzustellen, der dann in Richtung auf die zu bestrahlende Ebene parallel oder auch konvergierend in Verbindung mit der lichtbrechenden Austrittsfläche der Röhre und/oder einer die ausgesandte Strahlung reflektierenden Fläche wird, die sich beidseits an den Seiten befindet, beispielsweise symmetrisch bezüglich der Axialebene der Bohrung.
Die Röhre der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt hat, von dem mindestens zwei entgegengesetzte Seiten konvex gekrümmt sind, welche Seiten lichtbrechende Flächen bilden, die so vorgesehen sind, dass sis die Richtung der von dem Faden oder der Achse des emittierenden Bündels ausgesandte Strahlung verändert, um sie in dem transparenten, festen Milieu des Glases parallel oder im Wesentlichen parallel werden zu lassen.
Durch Herstellung einer parallelen Strahlung in dem transparenten Milieu erleichtert man die weitere Behandlung der Strahlern erheblich. Man reduziert ebenfalls die Volumenzunahme der Strahlung, indem insbesondere, im Fall der Fokussierung, eine hervorragende Leistungsdichte und im Fall der Bestrahlung in parallelen Strömen eine Begrenzung der Streustrahlung ermöglicht wird.
In einem vorteilhaften Fall sind die Seiten der Bohrung jeweils symmetrisch bezüglich der Symmetrieebenen des Quadrats oder Rechtecks, wobei die Richtung der Strahlen im Wesentlichen parallel zu derjenigen einer Symmetrieebene des Quadrats oder Rechtecks der Bohrung sind.
In genauer beschriebenen Ausführungsformen macht die vorliegende Erfindung Gebrauch von einer geraden Senderöhre, deren geometrischer Sendemittelpunkt mit dem Brennpunkt eines entsprechenden Reflektors zusamenfällt, der ebenfalls gerade ist und einen zumindest teilweise flachen oder im Wesentlichen flachen Querschnitt zur Behandlung ebener Flächen oder einen zumindest teilweise umgekehrt parabolischen Querschnitt zum Fokussieren der Strahlung hat, wobei die Erzeugende am Scheitel der Krümmung des Reflektors parallel zu der mit der Fokallinie zusammenfallenden Achse ist, wobei die Endkanten der geraden oder umgekehrt parabolischen Abschnitte unter der Achse der Bohrung angeordnet sind, und zwar auf der anderen Seite derselben bezogen auf die Erzeugende am Scheitel.
Unter umgekehrt parabolisch wird die Reflexionskrümmung verstanden, die den parallelen Strom in einen konvergierenden, auf eine Linie fokussierten Strom umwandelt.
Genauer gesagt, sind die UV- und/oder sichtbare und/oder Infrarotstrahlung aussendenden Röhren der Erfindung, die hier genauer beschrieben werden, Röhren mit Elektroden mit sehr hohen Temperaturen (über 1000ºC), die Glühelektroden genannt werden und einen Plasmabogen mit kontinuierlicher oder unterbrochener Photonemission erzeugen.
Der von den beiden Elektroden erzeugte Lichtbogen, die sich jeweils auf jeder Seite der transparenten, nicht fluoreszierenden Röhre befinden, erzeugt einen Lichtzylinder mit konstantem Querschnitt, der im Allgemeinen von einem oder mehreren Metalliodid/en oder auch aus Xenon oder einem Quecksilber- Xenon-Gemisch oder anderen Gasen oder seltenen Erden gebildet wird.
Der Lichtzylinder hat eine Gesamtlänge, die aus dem Abstand zwischen den beiden Elektroden gebildet wird, beispielsweise einige Millimeter bei Emittern mit kurzem Bogen und allgemeiner von 30 bis 2500 mm und sogar bis zu mehreren Metern, beispielsweise zehn oder fünfzehn Metern, und weist ferner einen Querschnitt der Lichtzone mit hoher Plasmakonzentration auf, der kleiner als der Innenquerschnitt der transparenten Röhre ist, die sie umschließt.
Eine Spannung zwischen Elektroden von 20 bis 150 V/cm, beispielsweise 30 oder 100 V/cm bringt nämlich einen erheblich verkleinerten im Wesentlichen zylindrischen Bündelquerschnitt mit sich, der ein Strahlenbüschel bildet; das so aussieht, wie wenn es komplett von den Wänden der Bohrung gelöst wäre und einen Raum eines relativen Vakuums erzeugt, das einen verringerten Druck erzeugt, der im Wesentlichen gleich dem athmosphärischen Druck im Bereich der Innenwand der zylindrischen Röhre oder der einteiligen Emitter-Reflektor-Röhre ist.
Die Plasmakonzentration begünstigt ferner ein elektronisches und Plasmagasvakuum nahe den Innenwänden, das die Wärmeübertragung nach außen bremst und kühlere Wände der Hülle zur Folge hat.
Das oder die Metalliodid/e können aus reinen Metallen oder Legierungen, nämlich und beispielsweise reinem Quecksilber, reinem Eisen, reinem Gallium, einem Eisen-Kobalt-Gemisch, einem Gallium-Blei-Gemisch, einem Quecksilber-Gallium-Gemisch, etc. bestehen.
Das oder die verwendete/n Gase können reine Gase (beispielsweise Xenon) oder Gasgemische sein (beispielsweise aus Quecksilber und Xenon), die bekanntermaßen Frequenzen von nicht 50 Hz ausgesetzt werden, entweder Wechselstrom, Impulsstrom oder nicht, mit konstanter Polarität und unterschiedlicher Stärke.
Die Liste der Gemische aus Metallen, seltenen Erden und/oder Gasen, die vorstehend erwähnt wurden, ist natürlich nicht erschöpfend. Ihre jeweiligen Verhältnisse, wie die der Frequenzwahl, der Pendelung oder Modulation, werden je nach den spezifischen Wellenlängen der Strahlungen bestimmt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird ferner auf die eins und/oder andere der folgenden Anordnungen zurückgegriffen:
- die Seiten der Bohrung sind so angeordnet, dass sie lichtbrechende Flächen bilden, um in Verbindung mit der lichtbrechenden Ausgangs- bzw. Austrittsfläche der Röhre oder einer mit der lichtbrechenden Ausgangsfläche der Röhre zusammenhängenden reflektierenden Fläche die Strahlung in einem parallelen oder konvergierenden Strom in Richtung auf eine zu bestrahlende Fläche oder Linie zu leiten;
- die vier Seiten der Bohrung haben konvexe Formen, beispielsweise sind die gegenüberliegenden Seiten paarweise identisch;
- die konvexe Form der Innenwände der Bohrung ist ein Kreisabschnitt, dessen Krümmungsradius mittels einer herkömmlichen Berechnung des Krümmungsradius bikonvexer, dicker Linsen bestimmt wird. Beispielsweise befindet sich der Radius des Kreises R1 mit einem Wert von 10 mm bei einem Abstand der gegenüberliegenden konvexen Flächen von 12,6 mm zueinander zur Fokussierung der Strahlung auf den virtuellen Brennpunkt F' in einem Abstand von 50 mm von der Außenfläche der unteren Wand;
- die Röhre umfasst eine Oberseite genannte obere Außenwand mit einer Außenfläche, die so vorgesehen ist, dass sie die zur Achse der Bohrung gesandte Strahlung zurückwirft, wobei diese Außenwand mit einem reflektierenden Material überzogen ist, um in Form einer so genannten umgekehrten Strahlung zu arbeiten.
Die Außenfläche ist bezogen auf die axiale Längsebene der Bohrung symmetrisch, vertikal oder quer zu der zu bestrahlenden Ebene und beispielsweise kreisbogenförmig oder flach;
- die Röhre hat eine reflektierende Fläche, die fest mit der Röhre verbunden ist;
- sie umfasst eine die ausgesandte Strahlung reflektierende Fläche, die sich auf einer Seite des Rohrs befindet und zwei seitliche Längsflügel aufweist, die bezüglich einer Axialebene der Bohrung symmetrisch sind, wobei der reflektierende, lichtbrechende oder metallische Flächenabschnitt dieser Seitenflügel auf einer Fläche mit geradem oder umgekehrt parabolischem oder auch im Wesentlichen geradem oder im Wesentlichen umgekehrt parabolischem Querschnitt liegt;
- die reflektierende Fläche wird zumindest teilweise von den Innenflächen der Flügel durch Lichtbrechung gebildet;
- die reflektierende Fläche wird zumindest teilweise von einem reflektierenden Material gebildet;
- die Röhre umfasst eine untere Außenseite, die die Verbindung zwischen den Flügeln herstellt und sich auf der zur Erzeugenden am Scheitel der Röhre bezüglich der Bohrung entgegengesetzten Seite befindet. Die Seite ist in dar Mitte konvex und an den Enden im Wesentlichen gerade, entsprechend einer bezüglich der Axialebene, die die Erzeugende am Scheitel enthält, symmetrischen Krümmung, sodass die ausgesandte Strahlung zu einer Fokussierungslinie geleitet wird, die sich auf der Bestrahlungsebene befindet.
Wenn die reflektierende Fläche zumindest teilweise von zwei bezüglich der vertikalen Axialebene der Bohrung symmetrischen Ebenen gebildet wird, wird die Erzeugende durch die Schnittgerade der ebenen Seiten ersetzt, die in einem "chinesischen Hut" liegen, dessen Oberkante diese Schnittgerade ist;
- die Röhre ist bezüglich einer zur Bestrahlungsebene parallelen Axialabene der Bohrung symmetrisch;
- die Bestrahlungsebene ist im Allgemeinen eine zur axialen Symmetrie- Längsebene der Röhre senkrechte Fläche;
- die Außenwand oder Oberseite der Röhre ist auf der Seite der Erzeugenden am Scheitel des Rohrs zwischen den Außenseiten der Seitenflügel teilweise zylindrisch;
- die Oberseite der Röhre ist schräg abgeschnitten und bildet so eine ebene Außenseite zwischen den Außenseiten der Seitenflügel;
- die Röhre hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und umfasst zwei angesetzte Flügel aus Glas, die bezüglich der Axialebene der senkrecht zur Bestrahlungsebene verlaufenden Bohrung symmetrisch sind oder nicht.
In diesem Fall sind Röhre und Flügel miteinander verbunden durch beispielsweise einfachen Kontaktschluss oder Kleben mit einem Synthese- oder Keramikkleber oder Schweißen durch Quarzschmelze oder auch machanische Befestigung aneinander;
- die Bohrung wird von vier radial verteilten Glasvierteln gebildet, die an ihren Enden zusammenstoßen und sich in einen umfänglichen Glaszylinder oder eine zylindrische Bohrung in der Röhre einfügen;
- die Röhre umfasst eine zweite, zylindrische Röhre in der Bohrung, die geeignet ist, das Plasmabündel und/oder einen Emitterfaden zu enthalten;
- der Zwischenraum zwischen der Außen- und Innenröhre, die an die Außenröhre stößt oder nicht, kann günstigerweise für das Strömen eines gasförmigen oder flüssigen Kühlfluids verwendet werden;
- die zweite, zylindrische Röhre kann in Kontakt mit der Erzeugenden am Scheitel der konvexen Innenflächen sein;
- die zweite, zylindrische Röhre kann auch nicht in Berührung mit den konvexen Innenflächen insofern stehen, als der durch den inneren Zwischenraum der Hülle, der in einem flüssigen Milieu steht, erzeugte hydrostatische Auftrieb gleich oder im Wesentlichen gleich dem Gewicht der Hülle ist, wobei die zweite, zylindrische Röhre, die an ihren beiden Enden getragen wird, sich dann selbst auf ihrer ganzen Länge zentriert;
- die Bohrung hat eine Oberseite mit konkavem Querschnitt.
Mit anderen Worten ist die Oberseite des Querschnitts der Bohrung konkav, d. h. sie weist einen Krümmungsradius auf, dessen Mittelpunkt auf der Seite der Bohrung gelegen oder der Scheitel in zu dieser entgegengesetzter Richtung ist:
- die Bohrung so vorgesehen ist, dass sie ein ionisiertes Gas enthält, das normalerweise unter mittlerem oder hohem Druck steht, wobei die ausgesandte Strahlung eine ultraviolette und/oder sichtbare und/oder Infrarotstrahlung ist.
Unter mittlerem oder hohem Druck werden absolute Gasdrücke von über 2 kg/cm2, beispielsweise 3 kg/cm2 für einen mittleren Druck und über 5 kg/cm² für einen hohen Druck, verstanden, der beispielsweise 15 kg/cm2 betragen kann.
- die Röhre umfasst Elektrodenkammern mit einem Innenquerschnitt, der gleich dem oder größer als der Innenquerschnitt des Strahlung emittierenden Teils der Röhre ist;
- die Röhre umfasst einen Infrarotstrahlung emittierenden Faden.
Ein dritter Gegenstand der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Ausstrahlen und Reflektieren elektromagnetischer Strahlung herzustellen, die ein oder mehrere gerade wie vorstehend beschriebene Röhren umfasst.
Die Vorrichtung umfasst auf der Fokussierungsebene der ausgesandten Strahlung vorteilhafterweise eine Zunge mit parallelen oder im Wesentlichen parallelen Seitenflächen in Trichterform, die eine lichtbrechende Eintrittsfläche für die Strahlung umfasst, die geeignet ist, die empfangene konvergierende Strahlung in einen parallelen Strahlungsstrom umzuwandeln.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung von der Röhre getrennte reflektierende Flächen, die von reflektierenden Platten gebildet werden, die vorteilhafterweise eben sein können.
Ein vierter Gegenstand der Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Anwendung von Strahlung auf ein schichtenförmig oder auf einer ebenen oder gekrümmten Fläche angeordnetes Produkt. Es besteht darin, das Produkt mit einem Element (Plasmabündel oder Glühfaden) zu bestrahlen, das Strahlung aussendet und einen sehr kleinen zylindrischen oder im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt hat, d. h. mit einem Durchmesser unter der Größenordnung von 10 mm, beispielsweise der Größenordnung von 4 mm, 2 mm oder bis zu einem Millimeter, ja sogar 0,5 mm (unter Größenordnung soll hier ± 1 mm und/oder 10 bis 15% verstanden werden), auf die Bohrung einer Glasröhre zentriert, gerade und um eine Achse herum angeordnet ist, wobei die Bohrung einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt hat, von dem zumindest zwei gegenüberliegende Seiten konvex gekrümmt sind, welche Seiten lichtbrechende Oberflächen bilden, die so vorgesehen sind, dass sie die Richtung der von der Bohrungsachse ausgesandten Strahlung so verändert, dass sie in dem festen Milieu des Glases parallel oder im Wesentlichen parallel werden, bevor sie von reflektierenden metallischen oder lichtbrechenden Oberflächen zu dsm Produkt umgelenkt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Bohrung vier konvexe Seiten, wobei die gegenüberliegenden Seiten jeweils paarweise identisch sind.
Vorteilhafterweise ist das ausstrahlende Element ein röhrenförmiges Plasmabündel, das ultraviolette und/oder sichtbare und/oder Infrarot- Photonstrahlung aussendet.
Das röhrenförmige Ultraviolettstrahlungs-Plasmabündel hat vorzugsweise einen Querschnitt mit einer maximalen radialen Abmessung von unter oder gleich der Größenordnung von 4 mm.
Das Emitterelement kann von einem Glühfaden gebildet werden, der Infrarotstrahlung aussendet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden mit einer einzigen Röhre zwei Bestrahlungsebenen bestrahlt, die sich symmetrisch beidseits der Emitterröhre befinden.
Zusammenfassende Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird besser verständlich durch Lektüre der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen, die beispielhaft und nicht erschöpfend gegeben sind.
Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
Die Fig. 1 und 2 Querschnittansichten zweier Varianten einer ersten Ausführungsform einer einteiligen Emitter-Reflektor-Röhre nach der Erfindung sind, die eine Oberseite umfasst, die die reflektierende Fläche bildet und zwei seitliche Abschnitte umfasst, die einen umgekehrt parabolischen oder im Wesentlichen umgekehrt parabolischen Querschnitt aufweist.
Die Fig. 3 und 4 Querschnittansichten zweier weiterer Varianten der einteiligen Röhre nach der Erfindung sind, mit einem oberen flachen Abschnitt des schräg abgeschnittenen Rohrs, der mit einem reflektierenden Material überzogen ist.
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer einteiligen Röhre der umgekehrt zueinander bezüglich der Axialebene der zu den Bestrahlungsebenen parallelen Bohrung angeordneten Art und mit zwei virtuellen symmetrischen oder nicht symmetrischen, bestrahlten und gemäß einem Winkel von 180º angeordneten Brennpunkten zeigt.
Die Fig. 6 und 6A Querschnittansichten zweier weiterer Ausführungsformen der Röhre der Erfindung zeigen, die beidseits der Bohrung mit ebenen Flächen versehen ist.
Die Fig. 7, 8 und 9 Querschnittansichten weiterer im Wesentlichen zylindrischer Ausführungsformen einer Röhre der Erfindung sind, mit und ohne zusätzlich symmetrisch oder nicht symmetrisch vorgesehenen Flügeln.
Fig. 10 eine Querschnittansicht einer Vorrichtung mit der Röhre der Fig. 1 und einer im Brennpunkt angeordneten Gleichrichtungszunge mit parallelem Strom sowie vergrößerte Teilansichten zeigt, die zwei Positionierungen der Zunge abhängig vom Brennpunkt zeigen.
Die Fig. 11 und 12 Querschnittansichten einer Variante einer weiteren Ausführungsform der Röhre der Erfindung der Figur sind, die eine zweite, zylindrische Strahlung aussendende Röhre in der Bohrung einer entweder einteiligen oder aus vier Elementen wie zu einem Stück zusammengesetzten Röhre zeigen, wobei die zweite Röhre durch Kontakt mit den Erzeugenden der vier konvexen Krümmungen oder ohne Kontakt zentriert werden kann.
Die Fig. 13 und 14 Schnittansichten einer weiteren Ausführungsform der Röhre der Erfindung mit Bohrung mit einer konkaven Oberseite sind.
Die Fig. 15 und 15A eine weitere Ausführungsform einer Röhre der Erfindung mit einer von vier Vierteln gebildeten Bohrung zeigen, dis in Form länglicher, bikonvexer, in einer zylindrischen Röhre eingeschlossener Linsen ausgebildet sind.
Fig. 16 eine Schnittansicht einer weiteren Röhrenvariante der Erfindung der Art zeigt, wie sie in den Fig. 1 und 2 abgebildet ist, wobei die Bohrung von zusammengefügten bikonvexen Linsen gebildet wird.
Die Fig. 17 bis 20 schematische Schnittansichten mehrerer Ausführungsformen einer Vorrichtung der Erfindung mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Röhre und von der Röhre getrennten seitlichen reflektierenden Wänden sind, die eben oder abschnittsweise einen umgekehrt parabolischen Querschnitt haben.
In der Folge der Beschreibung werden für identische oder gleichartige Elemente vorzugsweise die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Eingehende Beschreibung diverser bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine gerade Röhre 1 aus Glas, beispielsweise extrudiertem Quarz, im Querschnitt.
Die Röhre 1 ist von einem zum anderen Ende von einer Bohrung 2 durchzogen, die beispielsweise durch Extrudieren hergestellt wurde.
Die Bohrung erstreckt sich um eine Achse 3 herum, ist im Wesentlichen quadratisch, wobei die vier paarweise identischen Seiten 4 konvex gekrümmt sind (C2, C4), im vorliegenden Fall als Kreisabschnitt mit Radien R2 und R4, deren Mittelpunkt sich außerhalb der Bohrung befindet, wobei R4 > R2, beispielsweise R4 = 1,2 R2.
Die Seiten 4 bilden lichtbrechende Flächen, die die Richtung der von der Achse 3 oder im Wesentlichen von der Achse 3, beispielsweise von dem Plasmabündel oder dem Infrarotfaden mit einer Achse, die mit der Achse 3 zusammenfällt und in Fig. 6 der Zeichnungen dargestellt ist, ausgesandten Strahlungen 5 so verändern, dass sie in dem fasten, transparenten Milieu 7 des Glases parallel oder im Wesentlichen parallel werden (Strahlungen 5').
Bei der Ausführungsform eines UV-Strahlungsemitters ist die Röhre an jedem Ende durch (nicht dargestellte) Elektroden tragende Stopfen verschlossen und enthält ein ionisiertes Gas, beispielsweise ein Iodid, oder Quecksilber, Xenon, Krypton, das geeignet ist, UV-, Infrarot- oder Strahlungen 5 auszusenden, die im Wesentlichen im Spektrum sichtbaren Lichts sind, wenn die Röhre unter Spannung steht und in an sich bekannter Weise einen Plasmabogen zwischen den Elektroden erzeugt.
Die Röhre 1 umfasst eine Oberseite genannte obere Außenwand 8 mit einer Außenfläche 9 mit einem zumindest teilweise umgekehrt parabolischen Querschnitt der Gleichung Y = x2/4f, wobei f der Fokalabstand der Parabel zwischen dem Brennpunkt 21, der mit dem bestrahlten Punkt F' zusammenfällt und auf der axialen Symmetrieebene 12 der Bohrung gelegen ist, und dem Scheitel P der Parabel ist, der die Verlängerung der Seitenwand lotrecht zur oder der Schnittpunkt mit der horizontalen Fokalachse von F' ist und der den Fokalabstand PF' so herstellt, dass PF' = f.
Nach der Ausführungsform der Erfindung der Fig. 1 ist die Fläche 9 des teilweise zylindrischen C3 mittleren Abschnitts 11, die symmetrisch bezogen auf die Ebene 12 ist, mit einem Film 13 aus einem Material überzogen (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt), beispielsweise durch Kathodenzerstäubung im Vakuum oder ein beliebiges anderes dem Fachmann bekanntes Mittel, das die Haftung am Quarz gewährleistet, das die ausgesandte UV-Strahlung reflektiert, beispielsweise bestehend aus einer Metallschicht aus Aluminium mit einer Dicke der Größenordnung eines Mikron für UV-Strahlen einer Wellenlänge von 100 bis 500 nm, beispielsweise 360 nm. Das gleiche Reflexionsmaterial kann auch für Strahlungsemissionen im Spektrum des sichtbaren Lichts oder des Infrarotlichts eingesetzt werden. Bei diesen Wellenlängen kann man die reflektierende Schicht aus Aluminium vorteilhafterweise durch eins Reflexionsschicht aus Gold, Silber oder Emaille ersetzen.
Die Röhre 1 ist am anderen Ende des Abschnitts 11 bezogen auf die Bohrung 2 durch eine massive Wand 14 verschlossen, die sich zwischen den Enden 15 der massiven Seitenflügel 16 erstreckt, die von den symmetrischen Abschnitten der umgekehrten Parabel bezogen auf die Axialebene 12 gebildet werden.
Die Wand 14 hat eine strahlungsdurchlässige Außenseite 17, durch welche die direkt ausgesandten Strahlen 5' oder von der umgekehrten Parabel reflektierten Strahlen 5" fallen.
Es sei hier noch einmal daran erinnert,
- dass die Strahlungsenergie (vollständig oder fast vollständig), die von dem Emissions-Brennpunkt 10 aus strahlt, die Summe zweier Strahlungsenergien ist, die die primäre Strahlungsenergie umfasst, die direkt in einen geschlossenen prismatischen Raum 18 strahlt, mit einem Winkel am Scheitel α' von beispielsweise 7º, dessen Grenzen im Wesentlichen die Enden 19 der seitlichen Spitzen 20 der Bohrung 2 sind, die spitze Winkel von beispielsweise unter 40º bilden, beispielsweise mit einem Wert von 35 bis 10º, und die sekundäre Strahlungsenergie, die im Wesentlichen parallel auf die Reflexionskrümmung des Reflektors strahlt, um dort reflektiert zu werden und zur Außenfläche 17 zurückzukommen, an denen die Enden der Flügel zusammenstoßen, zu dem auf der bestrahlten Ebene 21 befindlichen Produkt, die quer zur Axialebene 12 liegt,
- dass der energetische Wirkungsgrad eines divergierenden Bündels von der Distanz abhängt, die es von seinem Emissionspunkt zu seinem Empfangspunkt durchläuft;
indem sie diese Distanz vom Emissionspunkt zur Reflexionsebene einerseits und von der Reflexionsebene zum bestrahlten Produkt andererseits verkürzt, optimiert die Erfindung den Wirkungsgrad,
- dass eine bessere Durchdringung des zu bestrahlenden Produkts von einer hohen Strahlungsleistungsdichte abhängt.
Die in eins beliebige Richtung gestrahlte Intensität ist gleich dem Produkt der in Richtung der Normalen zur bestrahlten Fläche gestrahlten Intensität durch den Cosinus des Winkels, den diese Richtung mit der Normalen auf der bestrahlten Ebene bildet (Lambertsches Gesetz).
Die Außenseite 17 der Fig. 1 und 2 ist in der Mitte konvex gemäß einer Krümmung C1, die einen Abschnitt des Zylinders mit dem Radius R1 bildet, und im Wesentlichen gerade C6 zu den Enden, ausgehend von oder im. Wesentlichen ausgehend von dem Punkt der Krümmung C1, der sich in der Verlängerung des Radius befindet, der durch das Ende 19 der seitlichen Punkte 20 der Bohrung führt, das sich auf der Seite der zu bestrahlenden Ebene befindet.
Bei den hier näher beschriebenen Ausführungsformen ist die Emitter- Reflektor-Vorrichtung eine einteilige Einheit aus extrudiertem Quarzglas mit einer hohen Transparenzquelität im Durchtassbereich von 180 bis 2000 nm und mit einem sehr niedrigen Fluoreszenzgrad, bei der Sender und sein Reflektor eng miteinander verbunden sind, eins und unzertrennbar sind.
Der andere Teil, der dem bestrahlten Produkt gegenüberliegt, ist transparent und so vorgesehen, dass er die Gesamtheit der zum Produkt ausgesandten Strahlung so lenkt, dass die Gesamtheit oder praktisch die Gesamtheit der Primär- und Sekundärstrahlung mit parallelen oder im Wesentlichen parallelen Strömen quer zum bestrahlten Produkt, gemäß dem Lambertschen Gesetz, oder in Richtung der Axialebene 12 zum Brennpunkt F' der umgekehrten Parabel im fokussierten Fall gelenkt wird.
Die geometrische Form der lichtbrechenden Oberflächen der Seiten der Bohrung, die von ihrer Struktur her im Rahmen der hier näher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung angewandt und hergestellt werden, sind mit Bezug zum geometrischen Brennpunkt der Vorrichtung mit einer Röhre der Erfindung entwickelt, einem Brennpunkt, der im Allgemeinen mit der Achse der Bohrung zusammenfällt, die somit nachfolgend Fokalachse genannt wird.
Auf diese Weise gibt jeder Lichtpunkt aus dieser Fokalachse radial Strahlung ab, wie weiter unten noch in den Figuren zu sehen.
Dagegen wird noch zu sehen sein, dass ein beliebiger Lichtpunkt des Bündels, der sich außerhalb der Fokalachse befindet, nur teilweise dieser Art von Radialbestrahlung entspricht, die dem Aufbau lichtbrechender Flächen entspricht. Nur die Strahlungen aus dieser Ebene, die durch die Fokalachse gehen, entsprechen diesem Aufbau.
Indem man das Plasmabündel, das Photonstrahlung abgibt oder einen Infrarot-Emitterfaden aufweist, und mit der Form der Erfindung, stark konzentriert, konzentriert man praktisch oder im Wesentlichen praktisch den ganzen Emitter-Lichtstrom auf die Fokalachse, womit bezüglich dem Stand der Technik erheblich bessere Ergebnisse erzielt werden, beispielsweise ist die Lichtdichte zehnfach so hoch bezogen auf den Stand der Technik.
Im Fall der Fig. 1 sind die Strahlen, die das transparente, feste Milieu 5' durchqueren, im Wesentlichen parallel und werden auf einer Krümmung mit lichtbrechender Reflexion C5 reflektiert, in der der Einfallswinkel α&sub1;/die Reflexion der Strahlen = 2 · 42º, unter der Annahme, dass die Wellenlänge λ = 360 nm, was einen Lichtbrechungs-Grenzeinfallswinkel αL bestimmt.
Es ist zu sehen, dass die Primärstrahlen 5 und die Sekundärstrahlen 5', die die lichtbrechenden Krümmungen C1 gegenüber der Unterseite der quadratischen Bohrung und C6 durchqueren, gebrochen (und somit abgelenkt) werden, um in Gänze auf den virtuellen Brennpunkt F' auf der Ebene 21 fokussiert zu werden.
Fig. 2 zeigt eine Röhre 1, die eine Bohrung 2 und einen Querschnitt aufweist, die den mit Bezug zu Fig. 1 beschriebenen vergleichbar ist. Nur der Einfallswinkel/die Reflexion der Strahlen 5, ß1 < 2 · 42º ist hier anders, wodurch es erforderlich ist, die Außenfläche 9 mit einer reflektierenden Schicht 13 zu versehen, die beispielsweise durch Metallisierung dar ganzen durch C3 und C5 gestrichelt dargestellten Reflexionskrümmung.
Ebenso ist erwähnenswert, dass die lichtbrechende Krümmung C6 der Außenseite 17 der unteren Wand 14 im Gegensatz zu derjenigen der Fig. 1 hier an jedem Punkt lotrecht zu den Sekundärstrahlen 5' ist (somit wird die Strahlung nicht abgelenkt) und mit der durch die Krümmung C1 führenden Primärstrahlung den virtuellen Brennpunkt F' zu erreichen.
Fig. 3 zeigt eine Variante der Fig. 2, bei der die Oberseite 8' der Röhre durch eine ebene Fläche C3 abgeschnitten ist, die mit einem reflektierenden Film 13' überzogen ist, der gestrichelt dargestellt ist.
Die Strahlungen 5 durchqueren das transparente, feste Milieu 7 in einem streng parallelen Strom und treffen auf eine lichtbrechende Reflexionskrümmung C5 in Form einer umgekehrten Parabel, bei der die Einfallswinkel/die Brechung der Strahlen 5 so sind, dass α3 > α2 > α1 = 2 · 42º.
Man sieht hier, dass die ebene, metallische Reflexionskrümmung C3 dem umgekehrten Lichtbild entspricht. Es sei daran erinnert, dass der hier mit 42º genommene Grenzbrechungswinkel αL abhängig von der benutzten Wellenlänge ist.
So wird die von dem beschriebenen Winkel α5 kommende sekundäre Strahlungsenergie zur primären Strahlungsenergie hinzufügt, die den Winkel der erneuten Aussendung der Strahlung zum Brennpunkt F' beschreibt, in dem die Strahlen alle zur Ebene 21 gelenkt werden, die sich vor dem Sender- Reflektor befindet.
Hier wird somit die ganze Strahlungsenergie, die normalerweise auf 360º verteilt ist, auf den Winkel α6 zurückgeführt.
Fig. 4 ist Fig. 3 vergleichbar, doch ist β ≠ α und β1 < β2 < β3 < 2 · 42º, was eine metallische Reflexionsschicht 13" auf der ganzen Außenfläche 9 der oberen Wand 8', die mit C'3 und C'5 gekennzeichnet ist, erfordert, wobei R' # R und somit die Krümmungen C' der Figur anders als die Krümmungen C der Fig. 3 sind.
Fig. 5 zeigt eine einteilige Emitter-Reflektor-Röhre 22 mit zwei entgegengesetzt zueinander angeordneten, bestrahlten virtuellen Brennpunkten F' und F2", die entsprechend einem Winkel von 180º angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte Strahlung 5' niemals noch einmal durch den Plasmabrennpunkt führt.
Die Röhre umfasst zwei bezüglich den lotrechten Achsen 24 und 25 symmetrische Flügel 23 und weist beidseits eine Außenseite 26 der Art auf, wie sie mit Bezug zu den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, sowie zwei reflektierende Flächen 27 und 28 in Form symmetrischer, umgekehrter Parabelabschnitte, die miteinander einen stumpfen Winkel 29 bilden.
In der gleichen Weise wie vorstehend könnte es auch vier (nicht dargestellte) bestrahlte, entgegengesetzt im 90º-Winkel angeordnete virtuelle Brennpunkte geben, nämlich F', F", F''' und F"".
In Fig. 6 ist eine gerade Röhre 30 dargestellt, mit einer Bohrung, wie sie mit Bezug zu Fig. 1 dargestellt wurde, und gemäß der hier näher beschriebenen Ausführungsform.
Die Strahlung 5' durchquert hier das transparente, teste Milieu 32 in einem streng parallelen Strom. Die Röhre 30 umfasst eine Oberseite 33, die zwei lichtbrechende, ebene Flächen 34 umfasst, die bezüglich der zur bestrahlten Ebene 36 lotrechten Axialebene 35 symmetrisch sind und im Winkel von 45º bezüglich der Axialebene 35 geneigt sind, bei dar α1 gleich 90º (also > 2 · 42º) ist.
Die Oberseite der Röhre umfasst ferner einen rechtwinkligen, ebenen Mittelteil 37, der mit einer reflektierenden Schicht 38 mit umgekehrtem Bild versehen ist, wobei die Unterseite 39 eben, rechtwinklig und parallel zu der Fläche 37 und der zu bestrahlenden Ebene 36 ist.
Diese Art der Ausführung des einteiligen Emitter-Reflektors mit einer Neigung von 45º ermöglicht eine Bestrahlung mit Primär- und Sekundärstrahlung, die gänzlich oder im Wesentlichen gänzlich quer zur Bestrahlungsebene 36 wieder hergestellt wird.
Man erhält auf diese Weise einen einteiligen Emitter-Reflektor der Art "Bügeleisen", der beispielsweise insbesondere im Falle der Sterilisation eine Behandlung der festen oder flüssigen 36 Ebenen ermöglicht, die direkt mit dem Strahlungselement in Kontakt kommen können oder auch nicht, was eine völlige Neuheit darstellt.
Die Krümmung C3 des Mittelbereichs 37 ist identisch mit derjenigen der Fig. 3, die mit einem reflektierenden Material überzogen ist. Durch Änderung 5 der konvexen lichtbrechenden Krümmungen der Bohrung können die Ströme 5', die das transparente, feste Material durchqueren, geringfügig divergierend wiedergegeben werden, sodass α1 < 2 · 42º wird. In diesem Fall ist eine Toleranz der Divergenz von um die 5º akzeptabel.
Die Außenseiten, die den Krümmungen C3 und C5 der vorigen Figuren an den Seiten 34 entsprechen, werden dann komplett mit einer beispielsweise metallischen Reflexionsschicht bedeckt vorgesehen, wie die in den Fig. 2 und 4 dargestellten.
Fig. 6A geht von dem gleichen Aufbauschema und Benutzungsprinzip der entgegengesetzten Anordnung aus wie in Fig. 5. Die Röhre 40 umfasst zwei identische Bereiche 41, die bezüglich der Axialebene 42 symmetrisch sind, die auf den geometrischen Mittelpunkt 43 der Bohrung 44 mit vier konvexen Seiten der in Fig. 1 beschriebenen Art zentriert ist.
Mit dem gleichen Ziel wie vorstehend könnten es auch vier ebene, im 90º- Winkel angeordnete Strahlungsflächen sein: Eine solche Vorrichtung umfasst vier rechtwinklige Ausgangsebenen, die paarweise parallel sind und das quer auftreffende Bestrahlen der Bestrahlungsebenen 47 mit den Strahlen 46 ermöglichen.
Fig. 7 beschreibt eine durch Extrudieren entstandene Röhre 50 mit einer Bohrung 51 mit vier konvexen Seiten 52 als Zylinderabschnitte mit Radien R2 und R4, wobei R2 ≤ R4 oder R4 ≤ R2, wie mit Bezug zu den vorangegangenen Figuren beschrieben.
Der äußere lichtbrechende Kreis ist an seinem Umfang bei 53 eingekerbt, sodass er (vgl. Figuren H und 9) rechte und linke Flügelelemente mit einer Krümmung mit umgekehrt parabolischer Form 54 oder eben mit 45º aufnimmt, mit einer lichtbrechenden oder metallischen Reflexionsfläche, oder nach dem gleichen Prinzip entgegengesetzt angeordnete Flügel 55 wie vorstehend beschrieben. Dar Radius R3 kann eine unendlich große Abmessung haben, deren axialer Ursprung entfernt liegt und auf der Vertikalachse liegt, sodass die Krümmung C3, die ursprünglich von einem Zylinderabschnitt gebildet wurde, dann ein Ebenenabschnitt wird, der das umgekehrte Lichtbild kennzeichnet,
Fig. 9 zeigt eine zusammengesetzte Röhre 50, die an allen Punkten die gleichen Merkmaie und Vorteile der einteiligen Röhre der Fig. 1 aufweist und durch Verbinden der Röhre 50 der Fig. 7 mit Flügeln 61 gebildet wird, die denen vergleichbar sind, die mit Bezug zu Fig. 1 beschrieben wurden, die Enden 62 aufweisen, die geeignet sind, mit den Einkerbungen 53 der Röhre 50 in Kontakt zu kommen, mit diesen zusammenzuwirken und an ihnen einzurasten, sowie eine Innenseite 63, die im Kontakt und mit komplementärer Form zu der äußeren, teilzylinderförmigen Seite 64 der Röhre 50 zusammenwirkt.
Der Vorteil einer solcher Konstruktion liegt in der Ausführung eines "virtuell" einteiligen Emitter-Reflektors ausgehend von einem gemeinsamen Rumpf, gekennzeichnet durch eine Röhre, deren Form derjenigen der Fig. 7 entspricht, mit der man fallweise das Element 54 verbindet, das den divergierenden oder konvergierenden Strömen entspricht, oder das Element 55, das der entgegengesetzten Anordnung der Fig. 5 und 6 entspricht.
Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung 70, die eine Röhre 1 aufweist, die identisch mit der mit Bezug zu Fig. 1 beschriebenen ist, sowie ein Zungenelement oder eine Zunge 71, die transparent ist, mit parallelen Seitenflächen 72.
Eine solche Vorrichtung hat folgende Vorteile:
- hohe Leistungsdichte der fokussierten Strahlungen, die durch Fokussierung der Strahlung 73 eines Systems mit umgekehrter Parabel erreicht wird,
- fokussierte Strahlungen, die durch das Zungenelement 71, das Strahlenkollector genannt wird oder C. R., senkrecht ausgerichtet sind, entsprechend der Lehre des Lambertschen Gesetzes.
Die transparente Zunge 71 einer Dicke Lcr hat an ihrer Oberseite 75 eine konkave Form mit einem Krümmungsradius R'3, die in einem Abstand dF1 bezüglich dem virtuellen Brennpunkt F' angeordnet ist, sodass die Strahlen 76, die auf diese konkave, lichtbrechende Fläche auftreffen, in einen parallelen Strahlungsstrom geradegerichtet werden, der in der Zeichnung durch die Breite Luv dargestellt ist.
Die Zunge oder der Strahlenkollektor 71 kann eine Länge D aufweisen;
die
- zwischen einigen Millimetern
- und mehreren Metern liegen kann, und zwar gerade oder gekrümmt, was den Lichtstrom in die Dicke leitet, nach dem gleichen Verfahren und der gleichen Wiedergabequalität der Lichtleistung wie bei Lichtleitfasern.
Die Zunge 71 hat an ihrer Unterseite 77 einen entsprechend drei Formen bearbeiteten Rand:
- entweder gerade abgeschnitten, zum Durchqueren der lichtbrechenden Ebene ohne Ablenkung.
- oder konkav bearbeitet, um einen divergenten Strom zu ergeben,
- oder konvex bearbeitet, um einen konvergenten Strom zu ergeben.
Im Übrigen gibt es nur einen einzigen Abstand dF1 im Zusammenhang mit der konkaven Form mit identischem Radius R3, der eine gebrochene Strahlung in dem transparenten, festen Milieu des Strahlungskollektors gemäß einem streng parallelen Strom erlaubt.
Jede Änderung von dF1 hat eine Divergenz oder Konvergenz des Stroms zur Folge, der zwischen den inneren lichtbrechenden Wänden kanalisiert bleibt, die den Seitenflächen 72 der transparenten Zunge 71 entsprechen, solange der erste Grenzstrahl, der auf diese Wände einfällt, den Wert von 42º bei λ = 360 nm nicht überschreitet.
Die mechanische Änderung von dPi bringt tatsächlich eine Leistungsdichteveränderung und a fortiori eine Leistungsänderung mit sich. Auf diese Weise erhält man einen Leistungsregler mit konstanter Wellenlänge.
Die mechanische Verbindung zwischen dem einteiligen Emitter-Reflektor und dem Strahlungskollektor kann beispielsweise durch zwei Bleche 78 oder den Index T geschaffen werden, die in Fig. 10 mit strichpunktierter Linie dargestellt sind.
Die Fig. 11 und 12 zeigen eine Röhre 80 mit einer Form, die derjenigen der mit Bezug zu Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform entspricht. In der Röhre mit der herkömmlichen, als ein einziges Element gezeichneten einteiligen Form bei Fig. 11 und der in mehreren Elementen der Fig. 12 ist eine zylindrische Röhre 81 vorgesehen, die UV- und/oder sichtbares und/ oder Infrarotlicht aussendet, bei der der Außendurchmesser der zylindrischen Quarzhülle folgender ist:
- entweder ist er gleich dem minimalen Abstand zwischen den konvexen Krümmungen 82 der Bohrung 83 (vgl. Fig. 11), die er tangiert,
- oder er ist geringer als eben dieser Abstand (vgl. Fig. 12), in welchem Fall die Mittei zur Befestigung und Zentrierung der Röhre 81 in der Bohrung in an sich bekannter (nicht dargestellter Weise) oder wie vorstehend beschrieben vorgesehen sind, im Hinblick auf das Beispiel einer Kühlflüssigkeit, die in dem Freiraum 83 zwischen der Außenröhre 80 und der Innenröhre 81 zirkuliert, bei dem das Gewicht der Hülle der Innenröhre pro Längeneinheit gleich oder im Wesentlichen gleich dem hydrostatischen Auftrieb wäre.
Die Fig. 13 und 14 zeigen Röhren 84 und 85 der gleichen äußeren Form wie die der in den Fig. 11 und 12 dargestellten, angepasst an eine andere Bohrungsform 86, die eine obere, konkave Seite 87 mit zylindrischer Form umfasst, jedoch umgekehrt zu der der drei anderen identischen konvexen Seiten 88 und 89.
Die Krümmungsradien der konkaven Oberseite 87 und konvexen Unterseite 88 sind beispielsweise identisch, wobei die Seiten 89 identisch sind.
Bei der Ausführungsform der Fig. 14 berühren die Enden 90 der Bohrung die Flächen der Ober- und Unterseiten, wodurch keine toten Winkel 91 (vgl. Fig. 13) entstehen, die in den Figuren gestrichelt dargestellt sind.
Die Röhren 84 und 85 umfassen ferner eine transparente zylindrische Innenröhre aus Glas 92, die eine Zentrierung des Emitterbündels 93 auf den geometrischen Mittelpunkt des Zylinders 94 (in den Figuren strichpunktiert dargestellt) ermöglicht.
Natürlich und in gleicher Weise gestalten sich diese Konfigurationen mit Innenröhre mit der Bohrung eines UV- oder Infrarotemitters mit herkömmlicher zylindrischer Form entsprechend dem gleichen Prinzip für die Formen der Fig. 3, 4, 5, 6 und 6A.
In den Fig. 15 und 15A ist eine Röhre 95, 95' dargestellt, die von vier bikonvexen Linsen 96, 96' gebildet wird, die in einer Quarzröhre 97 angeordnet sind, deren äußere Form zylindrisch oder im Wesentlichen zylindrisch nach den Fig. 7 und 8 ist.
Jede Linse 96 weist eine Außenfläche auf, deren Form komplementär zu der zylindrischen Innenfläche der Röhre 97 und mit Kontakt angeordnet ist, um mit ihrem konvexen Innenbereich 98 die erfindungsgemäße Bohrung 99 zu bilden. Eine Linse 96' kann kleiner sein (vgl. Fig. 15A) und einen lichtbrechenden Raum 100 zwischen ihrer konvexen Außenfläche 101 und der Innenfläche der Röhre 97 sein.
Die Röhre 95' der Fig. 15A umfasst auch eine zylindrische Innenröhre 102, die das auf ihre Achse zentrierte Plasma enthält; wie vorstehend beschrieben.
Fig. 16 zeigt eine Röhre 105, die nach dem gleichen Prinzip der Herstellung der Röhre aufgebaut ist, mit einem Emitter-Reflektor mit Flügeln, einteilig und mit oder ohne Innenröhre 102.
Genauer gesagt, umfasst die Röhre eine zylindrische Bohrung 110, die mit den vier wie vorstehend beschriebenen bikonvexen Elementen 96 ausgestattet ist, um die sternförmige Bohrung 99 mit vier Armen zu bilden.
Die Fig. 17 bis 19 zeigen einen einteiligen Emitter 120 oder 120' mit symmetrischer sternförmiger Bohrung 121 mit vier konvexen Wänden.
Die Röhren 120 haben eine Form mit kreisförmigem Querschnitt und die darüber liegende Röhre 120' mit einem starken Krümmungsradius, passend zu reflektierenden, ebenen Wänden 122 im Winkel von 45º. Die Krümmung C3 wird eine Ebene, wenn der Radius R3 ins Endlose führt.
Die Strahlung durchquert das transparente, feste Milieu mit einem Strom mit divergierender Form, dessen Öffnungswinkelwert kompatibel ist mit der Lichtbrechungskrümmung des äußeren Zylinders, sodass die gebrochenen Strahlen 123 einen parallelen Strom bilden, der aus der Röhre 120 austritt.
Eine solche Anordnung ist nämlich dasselbe, wie wenn man konvexe Wände der Bohrung vorsieht, die so angeordnet sind, dass sie den Strom der Strahlungen in der Masse des Glases parallel machen und er zu der zu bestrahlenden Ebene hin von den Wänden der Röhre selbst reflektiert wird, wie vorstehend beschrieben.
Auf diese. Weise ergibt der Emitter-Reflektor mit zwei symmetrischen und ebenen, im Winkel von 45º geneigten Reflexionsflächen 122 bei geringen Herstellungskosten die gleiche Lichtstrahlungswirkung wie der beste Parabolreflektor.
Weiterhin ist ein ebenes, horizontales Blech 124 oder eine Metallisierung C3 auf der oberen Außenfläche (vgl. Fig. 19) vorgesehen (Fig. 17), die die Wirkung des umgekehrten Lichtbilds ermöglicht.
Dagegen hat die Röhre 120 der Fig. 18 eine Oberseite 125, die mit einem Metallisierungsfilm C3 mit gekrümmter Form versehen ist, der eine Rückkehr der reflektierten Strahlung zu einem anderen Punkt als dem Emissionsmittelpunkt 126 hin ermöglicht.
In den Fig. 17 bis 19 werden die strahlungsfreien Bereiche genutzt, um Öffnungen zwischen den Reflektoren 122 vorzusehen, durch die ohne Strahlungsverlust ein Luftstrom zwischen Emitter und Reflektor geführt werden kann.
Fig. 20 zeigt eine Röhre 130, die derjenigen der Fig. 19 vergleichbar ist und zwei Bleche 131 umfasst, die sich der Länge nach entlang der Röhre erstrecken, und zwar symmetrisch zur Axialebene 132 in Form umgekehrter Parabeln, wobei die Krümmungsradien derart sind, dass sich die gesamte Primär- und Sekundärstrahlung im virtuellen bestrahlten Brennpunkt F' befindet.
Auf diese Weise verändern die konvexen Krümmungen der Bohrung den Strahlungsfluss, der von dem Brennpunkt aus divergiert, der sich in der in dem Plasma-Gasmilieu befindet, durch einen parallelen oder im Wesentlichen parallelen Strom in dem transparenten, festen Quarzmilieu.
Die Wirkung, die allgemeiner aus dem Reflektor mit elliptischer oder parabolischer Krümmung resultiert, wird von Reflexionskrümmungen aus erhalten, deren mathematische Form als Reflektor somit neu ist.
Ausgehend von einer Emission mit parallelem (und nicht mehr divergierendem) Strom wird eine Form mit umgekehrter Parabel einer lichtbrechenden oder metallischen Fläche hergestellt, welche die Sekundärstrahlung mit konvergierendem Strom reflektiert, was die übliche Ellipse ersetzt.
Auf diese Weise kommt die gesamte Primär- und Sekundärstrahlung in homogener Form am bestrahlten Brennpunkt an und wird im Falle der Fig. 1, 2, 3 und 4 fokussiert.
Ebenso wird ausgehend von einer Emission mit parallelem (und nicht mehr divergierendem) Strom eine im Winkel von 45º geneigte Ebenenform einer lichtbrechenden oder metallischen Fläche hergestellt, welche die Sekundärstrahlung mit parallelem Strom reflektiert, was die übliche Parabel ersetzt. Auf diese Weise kommt die gesamte Primär- und Sekundärstrahlung im Falle der Fig. 6 und 6A in homogener, paralleler und senkrechter Form am bestrahlten Brennpunkt an.
Insgesamt erhält man in dem transparenten, festen Milieu:
- für die Ströme, die den Primärstrahlungen entsprechen, im Wesentlichen parallele Strahlen,
- und für Ströme, die den Sekundärstrahlungen entsprechen, parellele Strahlen.
Dies wird erreicht, indem auf die Krümmungsradien der einander gegenüber liegenden hohen und tiefen C2 konvexen, lichtbrechenden Krümmungen Einfluss genommen wird, die sich von den rechten und linken gegenüber liegenden C4 unterscheiden.
Auf diese Weise (vgl. Fig. 1) ermöglicht die geeignete Korrektur der an C1 und C6 durchquerten lichtbrechenden Flächen den Erhalt des in den Fig. 1 bis 5 gezeigten, in Punkt F' fokussierten konvergierenden Stroms oder des parallelen Stroms senkrecht zur Ebene entsprechend den Fig. 6 und 6A.
Schließlich soll noch erwähnt werden, dass es auf bestimmten Zeichnungen Schattenzonen gibt, die durch die Ablenkung der gebrochenen Strahlen entstehen, deren Vorhandensein man bei der Erfindung vorteilhafterweise nutzen kann, entsprechend der hier besonders beschriebenen Ausführungsform:
- entweder um vier elektrische Leiter zu positionieren, die geeignet sind, je nach Bedarf ein Magnetfeld oder eine kapazitative Wirkung um das Plasma herum herzustellen, die dessen Konzentration auf den geometrischen Brennpunkt noch stärker begünstigt und zu einer beschleunigten Zündung des Bogens der Lampe beiträgt,
- oder um als Befestigungspunkt für mechanische Halterungen im Falle von Emittern großer Länge zu dienen,
- oder zur Realisierung einer besseren lufttechnischen Längsverteilung mit beispielsweise einem neutralen Gas oder Kühlluft,
- oder zur Herstellung durch Extrudieren von einerseits zwei oberen (Abschirmungsseite) und unteren (Primärstrahlungsseite) Quarzteilen und andererseits einem einzigen Quarzteil (links und rechts), wie man mit Bezug zu den Fig. 12 und 14 gesehen hat.
Ebenso ist die Herstellung einer Quarzröhre der Erfindung ausgehend von einer Röhre denkbar, in die bikonvexe Linsen geschoben werden, und die anschließend so ausgeführt wird, wie es in den Fig. 15 bis 16 gezeigt ist.
Die Befestigungen der Emitterröhreneinheit, nämlich Streben in Form konvexer Linsen und Außenhülle, sind ihrerseits leicht herzustellen.
An jedes Ende des Strahlungsemitters können hinter der Elektrode nämlich die einzelnen Quarzteile vorgesehen werden, entweder durch Warmpressen oder Schweißen oder durch Herstellung einer Versiegelung aus einer hitzebeständigen Keramikpaste oder, noch einfacher, durch mechanisches Befestigen.
Natürlich und wie aus dem Vorgesagten hervorgeht, beschränkt sich die Erfindung nicht auf die hier besonders beschriebenen Ausführungsformen, sondern umfasst alle Varianten, bei denen der Querschnitt der Lichtscheibe noch kleiner ist.
Vorteilhafterweise hat die längenbezogene Spannung einen Wert über oder gleich 50 Volt/cm, vorteilhafterweise über oder gleich 100 Volt/cm.
In noch vorteilhafterer Weise verknüpft man eine Länge des Plasmabündels von über 1,50 m mit einer längenbezogenen Spannung von über 20 Volt/cm.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Radius des Querschnitts des Plasmabündels bezogen auf den Durchmesser d des an den Scheiteln der Bohrung beschriebenen Kreises so, dass
1/100d ≤ r ≤ 1/2d, beispielsweise 1/50d ≤ r ≤ 1/4d oder r ≤ 1/8d, r ≤ 1/10d und/oder r ≥ 1/20d.
Die Erfindung betrifft auch Geräte, die insbesondere die Wasserentkeimung ermöglichen, entweder bei dem Reflektor mit umgekehrter Parabel um eine Achse oder schichtweise bei dem Reflektor mit einer Ebene von 45º, sowie das Trocknen von Farben und Lacken, die auf faden- oder kreisförmigen Produkten um eine Achse herum polymerisiert werden sollen, wie beim Markieren von Elektrodrähten, Kabeln. Gummischläuchen, PVC-Rohren, etc.
So kann ein UV-Emitter-Reflektor der Erfindung an eine Sterilisations- oder Polymerisationskammer montiert werden, beispielsweise entgegengesetzt um einen transparenten Zylinder herum, der als Sterilisations- oder Polymerisationskammer dient, oder auch ebenso und beispielsweise entgegengesetzt beidseits einer flüssigen Schicht, die zwischen den beiden transparenten Wänden enthalten ist, die von den ebenen Flächen des ebenen Emitter-Reflektors gebildet werden, wodurch dann eine Sterilisationskammer entsteht.

Claims

1. Elektromagnetische Strahlungen aussendendes Rohr aus einem transparenten, nicht fluoreszierenden Material, insbesondere auf Glas- oder Quarzbasis, mit gerader Bauweise, das eine von einem zum anderen Ende um eine Achse gehende, längliche Bohrung (2, 44, 51) aufweist, die einen Aufnahmeraum begrenzt, der geeignet ist, einen Plasmafaden oder ein Plasmabündel zu enthalten, der/das Strahlung abgibt, wobei die Bohrung (2, 44, 51) einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei entgegengesetzte Seiten (4) der Bohrung die Form konvexer Krümmungen haben; welche Seiten lichtbrechende Flächen bilden, die so vorgesehen sind, dass sie die Richtung der von dem Faden oder der Achse (3) des emittierenden Bündels ausgesandte Strahlung (5) verändert, um sie in dem transparenten, festen Milieu (7) des Glasas parallel oder im Wesentlichen parallel werden zu lassen.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Seiten so angeordnet sind, dass sie lichtbrechende Flächen bilden, um in Verbindung mit der lichtbrechenden Ausgangsfläche des Rohrs (1, 40, 80, 120) oder einer mit der lichtbrechenden Ausgangsfläche des Rohrs verbundenen reflektierenden Fläche die Strahlung in einem parallelen oder konvergierenden Strom in Richtung auf eine zu bestrahlende Fläche oder Linie zu leiten.

3. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Seiten (4) der Bohrung (2) konvexe Formen haben.

4. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Form der Innenwände der Bohrung ein Kreisabschnitt ist.

5. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Oberseite genannte obere Außenwand (8, 9) mit einer Außenfläche umfasst, die so vorgesehen ist, dass sie die zur Achse der Bohrung gesandte Strahlung zurückwirft, wobei diese Außenwand mit einem reflektierenden Material (13) überzogen ist.

6. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine mit dem Rohr fest verbundene reflektierende Fläche umfasst.

7. Rohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer die ausgesandte Strahlung reflektierenden Fläche versehen ist, die sich auf einer Seite des Rohrs befindet und zwei seitliche Längsflügel (16) aufweist, die bezüglich einer Axialebene (12) der Bohrung (2) symmetrisch sind, wobei der reflektierende Flächenabschnitt dieser Seitenflügel auf einer Fläche mit geradem oder umgekehrt parabolischem oder auch im Wesentlichen geradem oder im Wesentlichen umgekehrt parabolischem Querschnitt liegt.

8. Rohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Fläche zumindest teilweise von den Innenseiten der Flügel durch Strahlenbrechung gebildet wird.

9. Rohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Fläche zumindest teilweise von einem reflektierenden Material gebildet wird.

10. Rohr nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr eine Unterseite genannte Außenseite (17) aufweist, welche die Enden der Flügel miteinander verbindet und auf der zur Erzeugenden an der Spitze des Rohres entgegengesetzten Seite an der bezüglich der in der Mitte konvexen und an den Enden im Wesentlichen geraden Bohrung angeordnet ist, entsprechend einer Krümmung, die bezüglich der Axialebene, die die Erzeugende an der Spitze enthält, symmetrisch ist, welche untere Seite so vorgesehen ist, dass sie die zur Axialebene (12) der Bohrung (2) gesandten Strahlen in Richtung auf eine auf der Bestrahlungsebene gelegene Fokussierungslinie lenkt.

11. Rohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es bezüglich einer zur Bestrahlungsebene parallelen Axialebene der Bohrung symmetrisch ist.

12. Rohr nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Rohrs auf der Seite der Erzeugenden an der Spitze des Rohrs zwischen den Außenseiten der Seitenflügel (16) teilweise zylindrisch ist.

13. Rohr nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (8') des Rohrs schräg abgeschnitten ist und so eine ebene Außenseite zwischen den Außenseiten der Seitenflügel bildet.

14. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine im Wesentlichen zylindrische Form hat.

15. Rohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei angesetzte Flügel (23) aus Glas umfasst, die symmetrisch oder nicht symmetrisch zu der senkrecht zur Bestrahlungsebene gelegenen Axialebene der Bohrung sind.

16. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung von vier gleichmäßig verteilten Vierteln aus Glas gebildet wird, die an ihren Enden aneinander stoßen und sich in einen umfänglichen Glaszylinder oder eine zylindrische Bohrung in dem Rohr einfügen.

17. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein zweites zylindrisches Rohr (81) in der Bohrung umfasst, das geeignet ist, das Plasmabündel und/oder einen emittierenden Faden zu enthalten.

18. Rohr nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Zwischenraum (83) zwischen dem Innenrohr (81) und dem Außenrohr umfasst, um das Strömen eines gasförmigen oder flüssigen Kühlfluids zu erlauben.

19. Rohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung eins Oberseite mit konkavem Querschnitt umfasst.

20. Rohr nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es Elektrodenkammern mit einem Innenquerschnitt umfasst, der größer als der oder gleich dem Innenquerschnitt des emittierenden Strahlungsbereichs des Rohrs ist.

21. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (2, 4, 51, 121) so vorgesehen ist, dass sie ein ionisiertes Gas enthält, das auf variablen Frequenzen erregt wird, wobei die ausgesandte Strahlung eine ultraviolette Strahlung und/oder sichtbar und/oder Infrarotstrahlung ist.

22. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Infrarotstrahlung emittierenden Faden umfasst.

23. Vorrichtung zum Ausstrahlen/Reflektieren elektromagnetischer Strahlung, die ein gerades Glasrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 22 umfasst.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Fokussierungsebene der ausgesandten Strahlung eine Zunge (71) mit parallelen oder im Wesentlichen parallelen trichterförmigen Seitenflächen umfasst, die eine lichtbrechende Strahlungseintrittsfläche umfasst, die geeignet ist, die empfangenen konvergenten Strahlen in einen parallelen Strom von Strahlen umzuwandeln.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass Sie vom Rohr getrennte reflektierende Flächen aufweist, die von reflektierenden Platten gebildet werden.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten eben sind.

27. Verfahren zur Beaufschlagung eines in Schichten oder auf einer ebenen oder gekrümmten Fläche angeordneten Produkts, dadurch gekennzeich net, dass das Produkt mit einem elektromagnetische Strahlung emittierenden Rohr nach Anspruch 2 bestrahlt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmabündel ein röhrenförmiges Bündel ist, das ultraviolette und/oder sichtbare und/oder Infrarotstrahlung emittiert.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Plasmabündel einen Querschnitt mit maximaler Radialabmessung von unter oder gleich 4 mm aufweist.

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass dar Faden ein Glühfaden ist, der Infrarotstrahlung emittiert.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mit ein und demselben Rohr mindestens zwei Bestrahlungsebenen bestrahlt werden, die symmetrisch beidseits des emittierenden Rohrs angeordnet sind.