DE10026781C1 - Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladung - Google Patents

Abstract

Eine Entladungslampe für dieelektrisch Behinderte Entladung weist ein im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildetes Entladungsgerät auf, dessen Entladungsraum von wenigstens einer Elektrode durch ein Dielektrikum getrennt ist; auf der Außenoberfläche des Entladungsraums ist eine spiralförmige, als Band ausgebildete Elektrode angeordnet, die einen Strahlendurchtritt ermöglicht, während auf der nach innen zur Zylinder-Achse gerichteten äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes eine zweite Elektrode vorgesehen ist, die von der hohlzylindirisch ausgebildeten Oberfläche wenigstens teilweise umgeben ist. Die von der ersten Elektrode abgedeckte Fläche entspricht dabei maximal 10% der Außenoberfläche des Entladungsraums. DOLLAR A Der Entladungsraum umfasst auf seiner Innenseite einen als Strömungskanal ausgebildeten Hohlraum, der von der zweiten Elektrode umgeben ist. Der Strömungskanal ist zur Durchleitung eines flüssigen Kühlmediums - vorzugsweise entionisiertes Wasser - vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladung mit einem im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildeten Entladungsgefäß mit einer Außenoberfläche und einer zur Zylinder-Achse gerichteten Oberfläche, dessen Entladungsraum von wenigstens einer Elektrode durch ein Dielektrikum getrennt ist, wobei auf der Außenoberfläche des Entladungs­ gefäßes wenigstens eine Elektrode angeordnet ist, die einen Strahlendurchtritt ermöglicht.

Aus der EP 0 363 832 A1 ist ein UV-Hochleistungsstrahler bekannt, bei dem die Elektroden aus Drähten bestehen, welche in ein Glas als Dielektrikum eingebettet sind. Das Dielektrikum ist zwischen zwei UV-transparenten Platten distanziert angeordnet. Die Entladungsräume sind dabei mit einem unter Entladungsbedingungen Strahlung aussendenden Füllgas gefüllt, wobei sich Gleitentladungen an der Dielektrikumsoberfläche jeweils zwischen zwei benachbarten E­ lektrodendrähten ausbilden. Es handelt sich dabei um einen einfachen und wirtschaftlichen Aufbau von Hochleistungsstrahlern mit hoher UV-Ausbeute.

Aus der DE 198 44 721 A1 ist eine Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladung be­ kannt, welche ein mit einem Entladungsmedium gefüllten Gefäß enthält; die Entladungslampe weist eine streifenförmige Kathode, eine streifenförmige Anode sowie eine dielektrische Schicht zwischen zumindest der Anode und dem Entladungsmedium auf, wobei die Anode mäander­ förmig ausgestaltet ist, so dass der Abstand zwischen der Kathode und der Anode durch die Mäanderform moduliert ist.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass eine Mäanderform der Elektrode(n) gegenüber bereits aus der Literatur bekannten Elektrodenstrukturen mit nasenartigen, punktuellen Vorsprüngen kapazitiv wesentlich günstiger ist, weil zwischen den Elektrodenstreifen zu einem er­ heblichen Teil der Elektrodenlange deutlich größere Abstände vorliegen können als der tat­ sächlich für die Entladungen maßgebliche Abstand an den Stellen, an denen sich die Elektro­ den am nächsten kommen. Mit einer auf dieser Weise verringerten Kapazität der Elektroden­ konfiguration treten im Betrieb geringere Blindströme auf, so dass sich die für den Betrieb der Entladungslampe notwendigen Vorschaltgeräte kleiner auslegen lassen und damit Kosten, Bauvolumen und Gewicht eingespart werden. Weiterhin können bei kleineren zu betreibenden Ka­ pazitäten steilere Impulsflanken und damit insgesamt bessere Impulsformen realisiert werden.

Es handelt sich hierbei um eine - auch fertigungstechnisch gesehen - verhältnismäßig aufwen­ dige Elektrodenkonfiguration.

Weiterhin ist aus der US 5 666 026 eine Entladungslampe mit dielektrisch behinderter Entla­ dung bekannt, welche ein Entladungsgefäß mit einem zylindrischen Doppelrohr aufweist, wobei ein äußeres Rohr koaxial zu einem inneren Rohr angeordnet ist und eine äußere Elektrode sich auf der Außenoberfläche des äußeren Rohres befindet. Eine innere Elektrode ist auf der innen­ seitigen Oberfläche des inneren Rohres angeordnet, wobei ein Entladungsraum zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr vorgesehen ist, der mit einem Entladungsgas zur Bildung von Excimermolekülen durch dielektrisch behinderte Entladung gefüllt ist. Die innere Elektrode ist ein rohrförmiges Teil, welches in axialer Richtung über seine gesamte Länge einen Schlitz aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Entladungslampe wird die innere Elektrode in festem Kontakt mit der inneren Oberfläche des Rohres durch eine spiralförmig gewickelte Feder gehalten. Dabei ist die innere Elektrode mit einer Stromversorgung über die Feder verbunden.

Es handelt sich hierbei um eine verhältnismäßig komplexe Elektrodenstruktur.

Weiterhin ist aus der DE 195 43 342 A1 ein Verfahren zur Körperbestrahlung mit UV-Strahlen be­ kannt, wobei eine inkohärente Excimerstrahlung im Wellenlängenbereich von 300 bis 350 nm - vorzugsweise bei 300 nm - erzeugt wird; in einer Koaxialanordnung ist ein hohlzylindrisches transparentes Dielektrikum vorgesehen, das auf seiner Außenoberfläche eine strahlungsdurch­ lässige netzförmige Metallelektrode aufweist und im Inneren eine entlang der Zylinderachse verlaufende stabförmige Innenelektrode aus Wolfram enthält. Der von dem ringmantelförmigen Dielektrikum umschlossene Entladungsraum enthält eine Xenonhalogenidfüllung - vorzugswei­ se eine Xenonchloridfüllung - mit einem Kaltfülldruck im Bereich von 500 bis 1500 mbar; eine zwischen der inneren und äußeren Elektrode anliegende Wechselspannung kann durch Modu­ lation mittels Tastverhältnis dem jeweiligen Zweck der Körperbestrahlung, z. B. Bräunung, an­ gepasst werden.

Als problematisch erweist sich bei bisher üblichen Außenelektroden für dielektrisch behin­ derte Entladung eine gewisse Toleranz des Abstandes zwischen Dielektrikum und Elektrode, so dass es durch nicht korrekte Auflage der Elektrode zu einem Metallabtrag bzw. Sputtern auf der äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes als Dielektrikum kommen kann, wobei durch metallische Ablagerungen bzw. Metallabtrag eine Verschmutzung entsteht, durch die eine nach außen tretende Strahlung behindert wird.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Ablagerungen auf dem Entladungsgefäß durch Mikro­ entladungen an einer äußeren Elektrode zu verhindern, so dass keinerlei Metallabträge bzw. kathodische Sputtervorgänge stattfinden können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Entladungsgefäß auf wenigstens einem Teil sei­ ner Außenoberfläche eine spiralförmig ausgebildete erste Elektrode aufweist, wobei eine zweite Elektrode wenigstens teilweise innerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.

Vorteilhafterweise besteht das Entladungsgefäß aus Quarzglas, so dass auch kurzwellige UV-Strahlung - vorzugsweise Strahlung im Wellenlängenbereich von 172 nm - aus dem Entladungsraum austreten kann.

Die erste Elektrode ist vorzugsweise als Band ausgebildet, dessen Breite im Bereich von 2 bis 3 mm liegt, wobei der äußere Durchmesser des Entladungsgefäßes im Bereich von 15 bis 40 mm liegt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung deckt die erste Elektrode weniger als 10% der Außen­ oberfläche des Entladungsraums ab. Dabei liegt die spiralförmige Elektrode aufgrund ihrer Federeigenschaft direkt auf der äußeren Oberfläche des den Entladungsraum als Dielektri­ kum umgebenden äußeren Quarzrohres als Teil des Entladungsgefäßes auf. Vorteilhafter­ weise ist eine flächige Auflage zwischen metallischer Elektrode und Quarzglasoberfläche gewährleistet. Diese Ausführungsform begünstigt die Energieeinkopplung in das Plasma des Entladungsraumes und verringert Mikroentladungen in der die Elektrode umgebenden Atmo­ sphäre. Das den Entladungsraum nach innen begrenzende Quarzrohr als Teil des Entla­ dungsgefäßes ist vorzugsweise als Strömungskanal zur Durchleitung eines Kühlmediums vorgesehen. Die in diesem inneren Teil des Quarzrohrs eingefügte zweite Elektrode ist e­ benso wie die erste Elektrode mittels Federkraft an die innere Quarzrohr-Oberfläche ge­ presst.

Die erste Elektrode besteht vorzugsweise aus einem Edelstahlband. Die zweite Elektrode besteht vorzugsweise ebenfalls aus Edelstahl und ist als Spirale ausgebildet.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die verhältnismäßig geringe Schattenbildung durch die erste Elektrode.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung anhand der beigefügten Figur näher erläu­ tert.

Die Figur zeigt schematisch zum Teil im Längsschnitt, zum Teil in einer Seitenansicht eine Entladungslampe, deren Entladungsgefäß im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist.

Im linken Teil der Figur ist ein schematischer Längsschnitt entlang der Achse 1 des hohlzy­ lindrisch ausgebildeten Entladungsgefäßes 2 mit einem Entladungsraum 5 erkennbar. Der Hohlzylinder besteht vorzugsweise aus Quarzglas. Auf der Außen-Oberfläche 3 des als Hohlzylinder ausgebildeten Entladungsgefäßes 2 befindet sich eine mittels Federspannung direkt aufliegende bandförmige Spirale als erste Elektrode 4, deren Flächenbedeckung klei­ ner als 10% der gesamten Außen-Oberfläche ist; aufgrund der durch Federspannung her­ vorgerufenen, kraftschlüssigen und flächigen Auflage der ersten Elektrode 4 können keine Mikro-Entladungen aufgrund irgend eines Spaltes zwischen der äußeren Elektrode 4 und dem Dielektrikum des Entladungsgefäßes 2 entstehen. Das hohlzylindrisch ausgebildete Entladungsgefäß 2 ist im Bereich der Enden 8, 9 des Hohlzylinders abgeschlossen, so dass eine zuvor eingebrachte Gasfüllung nicht austreten kann; als Gasfüllung wird vorzugsweise ein Edelgas oder Edelgasgemisch, bzw. Halogen-Edelgasgemisch eingesetzt.

Der die Längsachse 1 umgebende Hohlraum 7 weist eine direkt auf der zur Achse 1 gerich­ teten äußeren Oberfläche 12 des Entladungsgefäßes 2 aufgebrachte zweite Elektrode 10 auf, wobei der Hohlraum 7 von einem Kühlmedium entlang der Achse 1 durchströmt wird. Die im Hohlraum befindliche zweite Elektrode 10 ist ebenfalls als Spirale ausgebildet; sie besteht vorzugsweise aus Edelstahl.

Als Kühlmedium wird vorzugsweise entionisiertes Wasser eingesetzt, welches eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante aufweist (Er ≈ 80).

Aufgrund der Innenkühlung des Hohlraums 7 ist eine hohe Energiezufuhr möglich, wobei die im Entladungsraum 5 erzeugte Strahlung durch die von der ersten Elektrode 4 abgedeckte äußere Oberfläche 3 des Entladungsgefäßes 5 austritt.

Zum Anschluss der ersten Elektrode 4 an eine Energieversorgung ist ein mit ihr elektrisch und mechanisch fest verbundener Anschlussleiter 14 vorgesehen. Die Kontaktierung der zweiten Elektrode 10 erfolgt in analoger Weise.

Die Energieversorgung erfolgt vorzugsweise durch Zufuhr gepulster oder kontinuierlicher Hochfrequenz.

Claims (10)

1. Entladungslampe für dielektrisch behinderte Entladung mit einem im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildeten Entladungsgefäß mit einer Außenoberfläche und einer zur Zylinder-Achse gerichteten äußeren Oberfläche, dessen Entladungsraum von wenigstens einer Elektrode durch ein Dielektrikum getrennt ist, wobei auf der Außenoberfläche des Entladungsgefäßes wenigstens eine Elektrode angeordnet ist, die einen Strahlendurch­ tritt ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) auf wenigstens einem Teil seiner Außenoberfläche (3) eine spiralförmig ausgebildete erste Elektrode (4) aufweist, wobei eine zweite Elektrode (10) wenigstens teilweise innerhalb des Entla­ dungsgefäßes (2) angeordnet ist.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) aus Quarzglas besteht.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (4) als Band ausgebildet ist.

4. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von der ersten Elektrode (4) abgedeckte Fläche maximal 10% der Außenoberfläche (3) des Entladungsgefäßes (2) abdeckt.

5. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (4) durch Kraftschluss direkt auf der Außenoberfläche des Entladungs­ gefäßes (2) aufliegt.

6. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (4) mittels Federkraft auf der Außenoberfläche (3) des Entladungsgefä­ ßes (2) angepresst wird.

7. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) wenigstens teilweise einen Hohlraum (7) als Strömungskanal um­ fasst, der von der zweiten Elektrode (10) umgeben ist.

8. Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (10) als Spirale ausgebildet ist, welche direkt an der zur Achse gerichteten äußeren Oberfläche (12) des Entladungsgefäßes anliegt.

9. Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der als Strö­ mungskanal ausgebildete Hohlraum (7) zur Durchleitung eines Kühlmediums vorgesehen ist.

10. Entladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium ent­ ionisiertes Wasser vorgesehen ist.