DE102014100298A1

DE102014100298A1 - Blitzlampe und Verfahren zum Unterdrücken einer Selbstzündung

Info

Publication number: DE102014100298A1
Application number: DE201410100298
Authority: DE
Inventors: Enno Mirring; Harald Gross
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2015-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blitzlampe und ein Verfahren zum Unterdrücken einer Selbstzündung einer Blitzlampe, umfassend ein langgestrecktes Entladungsrohr, das außen von einem zum Entladungsrohr beabstandeten Mantelrohr umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Mantelrohr und dem Entladungsrohr von Kühlmedium gefüllt ist, wobei in dem Entladungsrohr eine Elektrode und eine Gegenelektrode angeordnet sind, wobei außerhalb des Entladungsrohres eine Zündelektrode angeordnet ist, und wobei beim Anlegen einer Betriebsspannung an der Elektrode eine durch elektrische Feldüberhöhung im Bereich der Elektrode verursachte Selbstzündung der Blitzlampe auftritt. Zum Unterdrücken dieser unerwünschten Selbstzündung ist erfindungsgemäß eine Abschirmung vorgesehen, die außerhalb des Entladungsrohres angeordnet ist und auf einem Abschirmpotential liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzlampe, aufweisend ein langgestrecktes Entladungsrohr, das außen von einem zum Entladungsrohr beabstandeten Mantelrohr umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Mantelrohr und dem Entladungsrohr von einem Kühlmedium gefüllt ist, wobei in dem Entladungsrohr eine auf einem Hochspannungspotential liegende Elektrode und eine Gegenelektrode angeordnet sind, welche jeweils mit einer Anschlussleitung verbunden sind, und wobei außerhalb des Entladungsrohres eine Zündelektrode angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Unterdrücken einer Selbstzündung einer Blitzlampe, bestehend aus einem langgestreckten Entladungsrohr mit einer Elektrode und einer Gegenelektrode, wobei das Entladungsrohr in ein Mantelrohr eingebracht und von einem Kühlmedium gekühlt wird, wobei außerhalb des Entladungsrohres eine Zündelektrode angebracht wird, und wobei an die Elektrode eine Hochspannung in Bezug auf Erdpotential angelegt wird.
Derartige Blitzlampen bestehen üblicherweise aus einem gasgefüllten Entladungsrohr mit zwei im Entladungsrohr angeordneten Elektroden, so dass es beim Anlegen einer Ladespannung zwischen zwei Elektroden zu einer Gasentladung mit Aussendung von elektromagnetischer Strahlung kommt. Solche Blitzlampen werden typischerweise in einer Substratbehandlungsanlage zum Belichten oder Aufheizen von Substraten eingesetzt.
Zur Belichtung von großflächigen Substraten werden lange, axiale Blitzlampen verwendet, die typischerweise mit hohen Betriebsspannungen bzw. Ladespannungen betrieben werden. Die Betriebsspannung der Blitzlampe steigt in erster Näherung linear mit deren Länge an. Bei Blitzlampen mit einer Lichtbogenlänge von ca. 4000 mm kann die Betriebsspannung beispielsweise 10 kV–50 kV betragen.
Für solche Blitzlampen ist es erforderlich einen Kühlmantel einzusetzen, um eine lange Lebensdauer der Blitzlampen zu gewährleisten. Der Kühlmantel kann beispielsweise als wasser- oder gasdurchströmtes Glasrohr ausgeführt sein, in dem das Entladungsrohr angeordnet ist. Bei hohen, zeitlich gemittelten Leistungen der Blitzlampen wird typischerweise ein Wassermantel eingesetzt, sodass Wasser zum Kühlen des Entladungsrohres durch den Kühlmantel gepumpt werden kann. Dies gilt insbesondere für den Einsatz von Blitzlampen im Vakuum, da die Wärme im Vakuum nur durch Abstrahlung abgeführt werden kann.
Zum Zünden einer langen Blitzlampe wird in der Praxis auf der Außenseite der Blitzlampe eine Zündelektrode angebracht, die mit einer Zündspannung beaufschlagt wird. Nach der Zündung wird die Gasentladung mit der Betriebsspannung aufrechterhalten.
Bei wassergekühlten Blitzlampen mit einer Lichtbogenlänge von z.B. 4000 mm und einem Innendurchmesser von 22 mm ab einer bestimmten Ladespannung, die typischerweise oberhalb von 20 kV liegt, kommt es zu einer Selbstzündung der Blitzlampe, bei der die Zündung nicht mittels der Zündspannung sondern beispielsweise durch ein unerwünschtes, parasitäres elektrisches Feld zwischen der auf Hochspannung liegenden Elektrode der Blitzlampe und der auf Erdpotential liegenden Umgebung wie z.B. eine Vakuumkammer oder ein Lichtreflektor erfolgt. Dieses Verhalten wird bei Kühlung mit Luft oder Stickstoff erst oberhalb von 35 kV beobachtet bzw. bei idealer Geometrie, d.h. alle elektrisch leitenden Fläche sind in großem Abstand zu den hochspannungsbehafteten Elektroden, erst oberhalb von 45 kV. Ursache für den großen Unterschied zwischen Wasser und Luft hinsichtlich der Selbstzündungsspannung ist die Permittivität von ca. 81 gegenüber ca. 1 in Kombination mit der Polarisation des Wassers, d.h. Ausrichtung der Wassermoleküle in elektrischen Feldern. Im Falle des Wassers erzeugt die Permittivität einen sehr hohen elektrischen Potentialgradienten an der Grenzfläche zwischen Wasser und der Glaswandung der Blitzlampe und führt zu Selbstzündungsspannungen unterhalb 20 kV.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gekühlte lange Blitzlampe anzugeben, bei der die Selbstzündungsspannung erhöht werden kann und damit eine unerwünschte Selbstzündung vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Blitzlampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von einer Blitzlampe aus, die ein langgestrecktes Entladungsrohr mit einer Elektrode und einer Gegenelektrode umfasst, welche im Entladungsrohr an sich gegenüberliegenden Enden des Entladungsrohres angeordnet sind, wobei die Elektrode auf einem Hochspannungspotential in Bezug auf Erdpotential liegt, wobei das Entladungsrohr außen von einem zum Entladungsrohr beabstandeten Mantelrohr zur Aufnahme von Kühlmedium zwischen dem Mantelrohr und dem Entladungsrohr umgeben ist, und wobei außerhalb des Entladungsrohres eine Zündelektrode angeordnet ist. Dabei weist die Blitzlampe typischerweise eine Lichtbogenlänge von mindesten 1000 mm auf.
Die Elektrode und die Gegenelektrode sind jeweils mit einer Anschlussleitung elektrisch verbunden. Zum Betreiben der Blitzlampe wird beispielsweise die Elektrode (Kathode) über die Anschlussleitung mit einer Spannungsquelle verbunden. Somit liegt die Kathode auf einer negativen Hochspannung und die Gegenelektrode (Anode) liegt dann auf Erdpotential. Alternativ wird die Elektrode (Anode) mit einer positiven Hochspannung beaufschlagt und die Gegenelektrode (Kathode) liegt auf Erdpotential.
Die Blitzlampe wird typischerweise zur Belichtung von Substraten in einer Behandlungskammer, insbesondere in einer Vakuumkammer, eingesetzt und kann beispielsweise mit einem Reflektor gestaltet sein. Die die Blitzlampe umgebenden Bauteile, beispielsweise Kammerwand oder Reflektor, liegen typischerweise auf Erdpotential.
Das Mantelrohr kann mit kreisrunden, rechteckigen, ovalen oder anderen Querschnitten hergestellt werden. Zur Kühlung des Entladungsrohres wird beispielsweise der Zwischenraum zwischen dem Mantelrohr und dem Entladungsrohr vom Kühlwasser gefüllt. Dabei strömt das Kühlwasser durch den Zwischenraum.
Zur Kühlung des Entladungsrohres wird üblicherweise de-ionisiertes Wasser mit einem pH-Wert von 7 verwendet. Somit liegt ein Gleichgewicht von 10^–7 mol/l OH^–-Ionen und ebenso viel von H⁺-Ionen vor. Beispielsweise beim Anlegen einer negativen Betriebsspannung bzw. negativen Ladespannung an die Kathode und Massepotential an die Anode kommt es aufgrund der Permittivität sowie Polarisation des Wassers im elektrischen Feld zwischen der Kathode und der auf Massepotential liegenden Umgebung der Blitzlampe, beispielsweise Kammerwand oder Reflektor, zu einem hohen elektrischen Potentialgradienten auf der Außenseite des Entladungsrohres, insbesondere der Außenseite des Entladungsrohres im Bereich der Kathode. Dadurch wird im Bereich der Kathode eine elektrische Feldüberhöhung erzeugt, die dann zur Selbstzündung der Blitzlampe führen kann. Gleichzeitig findet eine Ausrichtung der Wassermoleküle im äußeren elektrischen Feld statt, welche diesen Effekt, bzw. die Feldüberhöhung noch verstärken kann.
Ein ähnliches Verhalten ergibt sich auf der Anodenseite, wenn diese mit einer positiven Betriebsspannung beaufschlagt wird und die Kathode auf Massepotential liegt.
Bei einer sogenannten Symmetrierung der Betriebsspannung, d.h. an der Kathode wird eine betragsmäßig gleich hohe Spannung angelegt wie an der Anode, z.B. –15 kV an der Kathode bzw. +15 kV an der Anode, wird der Potentialgradient zwischen der auf Masse liegenden Vakuumkammer und der auf Betriebsspannungen liegenden Elektrode reduziert. Technisch ist dies allerdings sehr schwer umzusetzen, insbesondere bei Spannungen im Kilovolt-Bereich bei gleichzeitig Strömen im Kiloampere-Bereich. Zudem führen höhere Betriebsspannungen als etwa +/–15 kV wieder zu einer Selbstzündung der Blitzlampe.
Zum Unterdrücken dieser unerwünschten Selbstzündung ist erfindungsgemäß mindestens eine Abschirmung vorgesehen, die außerhalb des Entladungsrohres angeordnet ist und auf einem Abschirmpotential liegt. Dabei kann das Abschirmpotential das elektrische Feld zwischen der Elektrode und der Abschirmung reduzieren oder verhindern.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein elektrisch leitendes Abschirmelement als Abschirmung vorgesehen, das außerhalb des Entladungsrohres mindestens im Bereich der Elektrode angeordnet ist, d.h. das Abschirmelement befindet sich in einem Elektrodenumfangsraum, der sich von dem Entladungsrohr radial nach außen und in der Breite der Elektrode in axialer Richtung erstreckt. Dabei liegt das Abschirmelement auf dem Abschirmpotential, bevorzugt auf dem gleichen Potential wie die Elektrode. Somit entsteht kein elektrisches Feld oder nur ein sehr geringes Feld zwischen der Elektrode und dem Abschirmelement, sodass es nicht zu einem hohen Potentialgradienten an dem Entladungsrohr im Bereich der Elektrode kommen kann und damit auch keine Selbstzündung mehr erfolgt. Die Elektrode ist damit von dem Massepotential abgeschirmt. Das Abschirmelement darf sich dabei nicht über die gesamte Länge der Blitzlampe erstrecken, da sich sonst auf der Gegenelektrodenseite hohe Potentialgradienten bilden würden.
Es ist vorteilhaft, dass das Abschirmelement die Außenseite des Entladungsrohres umgibt. Beispielsweise kann das Abschirmelement als Draht ausgeführt sein, der auf dem negativen Potential liegt und der die Außenseite des Entladungsrohres mindestens im Bereich der Kathode umgibt. So wird beispielsweise der Draht im Bereich der Kathode um das Entladungsrohr gewickelt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Abschirmelement zugleich als Zündelektrode ausgebildet und als Zündelektrode an eine Zündspannungsquelle anschließbar. Somit fungiert das Abschirmelement bei der Zündung als Zündelektrode zum Anlegen der Zündspannung.
Um eine sichere Zündung der Blitzlampe zu gewährleisten muss sich in diesem Fall das Abschirmelement über einen möglichst großen Bereich zwischen Anode und Kathode erstrecken.
Um eine Selbstzündung beispielsweise an der Kathode zu vermeiden ist das Abschirmelement mit einer Spannung bzw. einer Abschirmspannung zu beaufschlagen, die zwischen der Betriebsspannung und Masse liegt. Beträgt die Betriebsspannung beispielsweise –30 kV, so muss die Abschirmspannung mindestens –10 kV, aber nicht höher als –20 kV betragen.
Um die Wirkung des Abschirmelements zu verstärken, d.h. das vom Abschirmelement ausgehende elektrische Feld zu verstärken, ist an dem Entladungsrohr im Bereich der Elektrode ein weitmaschiges Gitter vorgesehen, das mit dem Abschirmelement verbunden ist. Die Maschenweite hängt typischerweise vom Durchgriff des Massepotentials der Behandlungskammer ab, also der Potentialverteilung und den Abständen ab. Dabei kann beispielsweise ein Gitter mit einer Maschenweite von ca. 10 mm oder kleiner eingesetzt werden.
Zum Anlegen des Abschirmpotentials an das Abschirmelement kann die Anordnung in verschiedenen Arten gestaltet werden. Das Abschirmelement kann über einen hochohmigen Widerstand an eine unabhängige, regelbare Spannungsquelle angeschlossen sein. Alternativ kann das Abschirmelement elektrisch über einen hochohmigen Widerstandteiler mit der Elektrode verbunden sein, sodass sich die an das Abschirmelement angelegte Spannung zwischen Masse und Elektrode einstellen kann. Das Abschirmelement kann beispielsweise auf dem gleichen Potential wie die Elektrode, bzw. auf der Betriebsspannung liegen. Das Abschirmelement kann beispielsweise direkt mit der Elektrode elektrisch verbunden sein.
Zur Verwendung als Zündelektrode wird das Abschirmelement nur während der Zündung auf Zündspannung gelegt. Dabei ist das Abschirmelement über einen Koppelkondensator permanent an der Zündspannungsquelle angeschlossen.
Das Abschirmelement kann also auf der Zündspannung oder auf der Betriebsspannung liegen. Sobald der Zündspannungsquelle aktiv ist, d.h. die Blitzlampe bei der Zündung, wird die Zündspannung über den Koppelkondensator an das Abschirmelement zugeführt und damit dominiert die Zündspannung auf dem Abschirmelement.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenseite des Mantelrohres mindestens im Bereich der Elektrode vom Abschirmelement umgeben, das auf dem Abschirmpotential, bevorzugt der Betriebsspannung der Elektrode, liegt. Beispielsweise wird ein Draht um die Außenseite des Mantelrohres im Bereich der Kathode gewickelt und mit der gleichen Spannung wie die Kathode beaufschlagt.
Es ist vorteilhaft, dass das Abschirmelement von einer elektrischen Isolationsschicht umgeben ist. Beispielsweise kann ein isolierter Draht als Abschirmelement eingesetzt werden, sodass das Abschirmelement auf dem Abschirmpotential liegt und von der Umgebung, beispielsweise Kammerwand, elektrisch isoliert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein die Blitzlampe umgebender Lichtreflektor eingesetzt und als Abschirmelement verwendet, das auf dem Abschirmpotential liegt. Der Lichtreflektor kann dabei auch als Zündelektrode fungieren.
Alternativ wird ein Abschirmelement auf der Innenseite des Mantelrohres mindestens im Bereich der Elektrode angebracht.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein induktionsarmer, hochohmiger Schichtwiderstand verwendet, der in der Nähe der Blitzlampe angeordnet und als Abschirmelement ausgebildet ist. Dabei erzeugt der Schichtwiderstand entlang der Blitzlampe eine Potentialverteilung, welche von Randfeldern abgesehen der Potentialverteilung zwischen der Kathode und der Anode entspricht. Der Schichtwiderstand kann beispielsweise auf der gesamten Oberfläche des Mantelrohres aufgebracht werden.
Alternativ können ein oder mehrere Schichtwiderstände verwendet werden, die konzentrisch um das Mantelrohr angeordnet sind. Mit Hilfe von Kondensatoren kann der Schichtwiderstand beispielsweise mit einer Zündspannungsquelle, bzw. einer Hochspannungszündungsspule verbunden werden. Der Schichtwiderstand wirkt zugleich als Zündelektrode zur Zündung der Blitzlampe.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Schichtwiderstand in das Mantelrohr integriert werden. Dabei wird zur Zündung der Blitzlampe eine Zündelektrode eingesetzt, die auf der Außenseite des Mantelrohres zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist.
In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann de-ionisiertes Kühlwasser mit minimaler Zugabe von Ionen, z.B. Natriumhydrogencarbonat, verwendet werden, sodass die elektrische Leitfähigkeit bzw. der Leitwert des Kühlwassers erhöht wird. Der Leitwert des Kühlwassers ist bevorzugt größer als 0.1 µS/cm, besonders bevorzugt größer als 0.5 µS/cm. Der Zwischenraum zwischen dem Mantelrohr und dem Entladungsrohr wird dabei von dem elektrisch leitfähigen Kühlwasser gefüllt, das im Bereich der Elektrode, d.h. in der Umgebung der Elektrode, auf dem Abschirmpotential liegt. Dadurch bildet sich analog zum Schichtwiderstand ein Potentialgradient im Kühlwasser aus, der die Blitzlampe vollkommen umgibt und eine abschirmende Wirkung gegenüber äußeren Feldern hat.
Die Elektrode ist über die Anschlussleitung mit einer Spannungsquelle verbunden. Diese Anschlussleitung kann beispielsweise in direktem Kontakt mit dem Kühlwasser stehen. Somit kann das Kühlwasser im Bereich der Elektrode über die Anschlussleitung auf das Abschirmpotential gesetzt werden.
Alternativ ist die Anschlussleitung über eine Zuleitung mit dem elektrisch leitfähigen Kühlwasser elektrisch verbunden. Diese Zuleitung kann als Wasserelektrode bezeichnet werden. Dabei wird das Kühlwasser über die Wasserelektrode auf das Abschirmpotential gesetzt.
Die Wasserelektrode kann beispielsweise mit der Anschlussleitung über einen elektrischen Widerstand zur Strombegrenzung im Fehlerfall, also bei einem Leitwert deutlich über 10 µS/cm, verbunden werden. Das Abschirmpotential im Bereich der Elektrode ist dann je nach Wahl des Widerstandswertes kleiner als das Hochspannungspotential der Elektrode.
Die Wasserelektrode kann beispielsweise über einen Koppelkondensator an die Zündspannungsquelle angeschlossen sein. Somit liegt die Wasserelektrode während des Zündvorgangs auf Zündspannung.
Zur Zündung der vom elektrisch leitfähigen Kühlwasser gekühlten Blitzlampe kann beispielsweise eine Zündelektrode auf der Außenseite des Mantelrohres aufgebracht werden.
Alternativ kann zur Zündung der Blitzlampe eine elektrisch gegen die Hochspannung der Elektrode isolierte Zündelektrode, bzw. Zünddraht in das leitfähige Kühlwasser eingebracht werden und somit eine Zündung der Blitzlampe bei jeglichem Umgebungsdruck ermöglichen.
In der Praxis ermöglichen Leitwerte von ca. 1.0 µS/cm eine sichere Unterdrückung der Selbstzündung bei Betriebsspannungen von –50kV und einem geringen Stromfluss zwischen der Zündelektrode und der Kathode. Bei Leitwerten unter 0.1 µS/cm kommt es hingegen zu Selbstzündungen der Blitzlampe.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1, 2A, 2B, 3, 4 und 5 schematische Darstellungen einer Blitzlampe mit einer Abschirmung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In 1 ist eine Blitzlampe 1 dargestellt, die aus einem gasgefüllten Entladungsrohr 2 mit einer Kathode 3 und einer Anode 4 besteht. Das Entladungsrohr 2 ist von einem Mantelrohr 5 zur Aufnahme von Kühlwasser umgeben. Das Kühlwasser strömt durch das Mantelrohr 5 von der Kathode 3 zu der Anode 4. Die Flussrichtung des Kühlwassers hat dabei keinen wesentlichen Effekt auf die Funktionsweise der Erfindung.
Die Kathode 3 ist mit einer Anschlussleitung 31 verbunden sowie die Anode 4 mit einer Anschlussleitung 41. Die Kathode 3 ist über die Anschlussleitung 31 mit einer hier nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden. Somit liegt die Kathode 3 im Betriebszustand auf einer negativen Betriebspannung bzw. negativen Ladespannung und die Anode 4 liegt dann auf Massepotential.
Typischerweise wird de-ionisiertes Wasser mit einem pH-Wert von 7 zur Kühlung der Blitzlampe eingesetzt um einen Stromfluss im Kühlwasser zu verhindern.
In der Praxis können alternativ die Anschlussleitungen 31, 41 der Blitzlampe 1 elektrisch vom Kühlwasser isoliert sein, beispielsweise in atmosphärischer Umgebung, ohne die Selbstzündungsspannung zu beeinflussen.
Außerhalb des Entladungsrohres 2 ist eine Zündelektrode 6, beispielsweise ein Zünddraht 6, zum Anlegen einer Zündspannung angebracht. Der Zünddraht 6 ist über einen Koppelkondensator 7, der beispielsweise eine Kapazität von 100 nF aufweist, an die Sekundärseite eines Zündtransformators 8 angeschlossen. Die Primärseite des Transformators 8 ist mit einem Zündspannungsgenerator 9 verbunden. Der Zünddraht 6 ist weiterhin über einen Widerstand 10, der beispielsweise einen Wert von 100 MΩ aufweist, mit einer Spannungsquelle 11 verbunden. Alternativ kann der Zünddraht 6 über den Widerstand 10 und einen nicht dargestellten Spannungsteiler aus hochohmigen Widerständen mit der Kathode 3 elektrisch verbunden werden. Somit liegt der Zünddraht 6 während der Zündung auf der Zündspannung, ansonsten auf einer negativen Spannung, die zwischen der Spannung an der Kathode 3 und Masse liegt.
Sobald der Zündspannungsgenerator 9 aktiv geschaltet ist, wird die Zündspannung über den Koppelkondensator 7 an den Zünddraht 6 zugeführt und somit dominiert die Zündspannung während der Zündung auf dem Zünddraht 6. Die Zündspannung wird nur zum Auslösen eines Blitzes benötigt.
Die Kathode 3 wird mit einem hier nicht dargestellten Hauptkondensator verbunden, der mit der benötigten Ladespannung aufgeladen werden kann. Während der Aufladung des Hauptkondensators, d.h. der Zündspannungsgenerator 9 ist nicht aktiv, wird eine negative Spannung, beispielsweise halb so hoch wie die Ladespannung der Kathode 3, von der Spannungsquelle 11 über den Widerstand 10 an den Zünddraht 6 zugeführt. Damit liegt der Zünddraht 6 auf halb so hohem Potential wie die Kathode 3. Der Zünddraht 6 kann langgestreckt sein und umgibt die Kathode 3 sowie nahezu das ganze Entladungsrohr 2. Der Zünddraht 6 dient dann als Abschirmelement 6, da ein reduziertes elektrisches Feld zwischen dem Zünddraht 6 und der Kathode 3 liegt. Die Selbstzündungsspannung ist damit erhöht.
In 2A ist eine Blitzlampe 1 mit einer Zündelektrode 61 und einem Abschirmelement 62 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zum Unterdrücken einer unerwünschten elektrischen Felderhöhung im Bereich der Kathode 3 wird das Abschirmelement 62 eingesetzt, beispielsweise ein isolierter Draht 62, der auf das Mantelrohr 5 im Bereich der Kathode 3 gewickelt und mit der gleichen Spannung wie die Kathode 3 beaufschlagt wird. In diesem Fall kann das Abschirmelement 62 auf die gleiche Spannung wie Kathode 3 gebracht werden, um die Selbstzündungsspannung zu erhöhen. Die Zündelektrode 61 wird gleichzeitig um mindestens eine Strecke in Richtung Anode 4 zurückgezogen, sodass keine Überlappung der Zündelektrode 61 und Abschirmelement 62 vorhanden ist.
In 2B ist eine Blitzlampe 1 mit einer Zündelektrode 61 und einem Abschirmelement 65 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zu 2A ist das Abschirmelement 65 auf der Innenseite des Mantelrohres 5 angebracht.
In 3 ist eine Blitzlampe 1 mit einem induktionsarmen, hochohmigen Schichtwiderstand 63 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Schichtwiderstand 63 ist mit der Anschlussleitung 31 und der Anschlussleitung 41 verbunden und somit erzeugt eine Potentialverteilung entlang der Blitzlampe 1, die der Potentialverteilung zwischen Kathode 3 und Anode 4 entspricht. Das mit dem Schichtwiderstand 63 erzeugte Feld schirmt äußere Felder ab und verhindert somit eine Selbstzündung der Blitzlampe. Mit Hilfe von Koppelkondensatoren 7 kann der Schichtwiderstand 63 mit einer Zündspannungsquelle 12 verbunden werden. Der Schichtwiderstand 63 dient dann auch als Zündelektrode zur Zündung der Blitzlampe.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Schichtwiderstand in das Mantelrohr integriert werden, beispielsweise direkt auf der Innenseite des Mantelrohres angebracht werden. Dabei wird ein Zünddraht eingesetzt, der auf der Außenseite des Mantelrohres zwischen Kathode und Anode angeordnet ist. Der Zünddraht und der Schichtwiderstand bilden ein Kondensator, welche das Mantelrohr bzw. Quarzglasrohr als Dielektrikum beinhaltet.
Dabei werden keine Koppelkondensatoren benötigen.
In 4 ist eine Blitzlampe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Anstelle eines Schichtwiderstands, bzw. eines Abschirmelements wird hier de-ionisiertes Kühlwasser mit Zugabe von Ionen und somit elektrisch leitfähiges Wasser 13 als Abschirmung verwendet, sodass beispielsweise ein Strom von 0,1 mA zwischen Kathode 3 und Anode 4 über das leitfähige Kühlwasser 13 fließen kann. Dadurch bildet sich ein Potentialgradient ähnlich wie der vom Schichtwiderstand aus, der eine abschirmende Wirkung gegenüber äußeren Feldern hat. Zur Zündung der Blitzlampe 1 wird ein Zünddraht 64 verwendet, der auf der Außenseite des Mantelrohres 5 angebracht und mit einer Zündspannungsquelle 12 verbunden wird. Im Fall, dass die Anschlussleitungen 31, 41 elektrisch vom Kühlwasser isoliert sind, werden die Anschlussleitungen 31, 41 mittels zusätzlicher Zuleitungen 32, 42 mit dem leitfähigen Kühlwasser 13 elektrisch verbunden.
5 zeigt eine Blitzlampe ähnlich wie die Blitzlampe in 4. Allerdings wird in das Mantelrohr 5 eine Zurückgezogene Zündelektrode 66 integriert, die gegen die Hochspannung der Kathode 3 elektrisch isoliert ist. Dadurch wird die gewünschte Zündung unabhängig von den Umgebungsbedingungen, d.h. der Außenbereich des Mantelrohres 5 kann jeglichen atmosphärischen Druck, auch im Minimum der Paschen-Kurve annehmen, ohne dass die gewünschte Zündung dadurch beeinflusst wird. Prinzipiell kann in diesem Fall das Mantelrohr 5 auch in Wasser zur Entkeimung mit UV-Licht eingebettet werden. Die Zündelektrode 66 soll einen minimalen Abstand zur Kathode 3 haben, sodass die Abschirmung der Kathode 3 gegenüber äußeren Felder gewährleistet ist und der Stromfluss zwischen dem elektrischen Anschluss der Kathode 3 und der über den Zündtransformator auf Massepotential liegenden Zündelektrode 66 minimiert werden kann. Beispielweise bei einer Blitzlampe mit einer Lichtbogenlänge von vier Metern kann die Zündelektrode deutlich mehr als 0.5 m von der Kathode entfernt sein und trotzdem eine sichere Zündung gewährleisten.
Bezugszeichenliste

1: Blitzlampe
2: Entladungsrohr
3: Kathode
31: Anschlussleitung
32: Zuleitung
4: Anode
41: Anschlussleitung
42: Zuleitung
5: Mantelrohr
6: Zündelektrode, Abschirmelement
61: Zündelektrode
62: Abschirmelement
63: Schichtwiderstand, Abschirmelement
64: Zündelektrode
65: Abschirmelement
66: Zündelektrode
7: Koppelkondensator
8: Zündtransformator
9: Zündspannungsgenerator
10: Widerstand
11: Spannungsquelle
12: Zündspannungsquelle
13: elektrisch leitfähiges Kühlwasser, Abschirmung

Claims

Blitzlampe, aufweisend ein langgestrecktes Entladungsrohr (2), das außen von einem zum Entladungsrohr (2) beabstandeten Mantelrohr (5) umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Mantelrohr (5) und dem Entladungsrohr (2) von einem Kühlmedium gefüllt ist, wobei in dem Entladungsrohr (2) eine auf einem Hochspannungspotential liegende Elektrode (3) und eine Gegenelektrode (4) angeordnet sind, welche jeweils mit einer Anschlussleitung (31, 41) verbunden sind, wobei außerhalb des Entladungsrohres (2) eine Zündelektrode (6, 61, 63, 64, 66) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzlampe (1) mit mindestens einer eine Selbstzündung unterdrückenden Abschirmung (6, 62, 63, 65, 13) versehen ist, die außerhalb des Entladungsrohres (2) angeordnet ist und auf einem Abschirmpotential liegt.
Blitzlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen dem Mantelrohr (5) und dem Entladungsrohr (2) von elektrisch leitfähigem Kühlwasser (13) gefüllt ist, das als Abschirmung auf dem Abschirmpotential liegt.
Blitzlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Entladungsrohres (2) mindestens im Bereich der Elektrode (3) ein elektrisch leitendes Abschirmelement (6, 62, 63, 65) als Abschirmung vorgesehen ist.
Blitzlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitwert des elektrisch leitfähigen Kühlwassers (13) im Bereich von 0.1 µS/cm bis 10 µS/cm liegt.
Blitzlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitwert des elektrisch leitfähigen Kühlwassers (13) im Bereich von 0.5 µS/cm bis 10 µS/cm liegt.
Blitzlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündelektrode (66) in dem elektrisch leitfähigen Kühlwasser (13) zwischen dem Mantelrohr (5) und dem Entladungsrohr (2) angeordnet ist, wobei die Zündelektrode (66) in Richtung der Lampenachse einen Abstand zu der Elektrode (3) aufweist.
Blitzlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitung (31) einen elektrischen Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Kühlwasser (13) aufweist.
Blitzlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitung (31) über eine Zuleitung (32) mit dem elektrisch leitfähigen Kühlwasser (13) elektrisch verbunden ist.
Blitzlampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (32) über einen Koppelkondensator an eine Zündspannungsquelle (12) anschließbar ist.
Blitzlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (6) die Außenseite des Entladungsrohres (2) umgibt.
Blitzlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (62) die Außenseite des Mantelrohres (5) umgibt.
Blitzlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (65) auf der Innenseite des Mantelrohres (5) angeordnet ist.
Blitzlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (63) als hochohmiger Schichtwiderstand (63) ausgebildet ist.
Verfahren zum Unterdrücken einer Selbstzündung einer Blitzlampe, bestehend aus einem langgestreckten Entladungsrohr (2) mit einer Elektrode (3) und einer Gegenelektrode (4), wobei das Entladungsrohr (2) in ein Mantelrohr (5) eingebracht und von einem Kühlmedium gekühlt wird, wobei außerhalb des Entladungsrohres (2) eine Zündelektrode (6, 61, 63, 64, 66) angebracht wird, wobei an die Elektrode (3) eine Hochspannung in Bezug auf Erdpotential angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Entladungsrohres (2) eine Abschirmung (6, 62, 63, 65, 13) eingesetzt wird, an die ein Abschirmpotential angelegt wird, mit dem das elektrische Feld zwischen der Elektrode (3) und der Abschirmung (6, 62, 63, 65, 13) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitfähiges Kühlwasser (13) als Abschirmung verwendet wird, an das das Abschirmpotential angelegt wird und dass ein Potentialgradient im leitfähigen Kühlwasser (13) entlang des Entladungsrohres (2) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Entladungsrohres (2) mindestens im Bereich der Elektrode (3) ein elektrisch leitendes Abschirmelement (6, 62, 63, 65) eingesetzt wird und dass zwischen dem Abschirmelement (6, 62, 63, 65) und der Elektrode (3) ein elektrisches Feld verhindert wird.