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Die Erfindung betrifft eine Blitzlampenanordnung.
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Im Allgemeinen kann eine Gasentladungsröhre, eine Gasentladungslampe oder eine Niederdruckgasentladungslampe als Blitzlampe betrieben werden. Eine Gasentladungsröhre weist herkömmlicherweise eine Kathode und eine Anode innerhalb einer gasgefüllten Glasröhre auf. Die Gasentladungsröhre kann mittels eines Treiberschaltkreises betrieben werden, welcher mit der Kathode und der Anode der Blitzlampe gekoppelt ist. Der Treiberschaltkreis kann beispielsweise einen Kondensator aufweisen, welcher durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen werden kann. Da die Gasentladungsröhre ohne Plasma, also im nicht gezündeten Zustand einen Isolator darstellt, kann es notwendig sein, die Gasentladungsröhre mittels einer Zündspannung zu zünden. Dabei kann der Treiberschaltkreis derart eingerichtet sein, z.B. eine oder mehrere Spulen aufweisen, dass sich der Kondensator nach dem Zünden der Gasentladungsröhre in Form eines Entladungspulses (Strompulses) durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen kann, beispielsweise in Form einer elektrischen Gasentladung unter Aussendung von Licht (sichtbarem Licht, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht). Beispielsweise kann der Treiberschaltkreis derart eingerichtet sein, dass die Dauer des Entladungspulses bzw. die Dauer der elektrischen Gasentladung kleiner als ungefähr 50 ms oder kleiner als ungefähr 1 ms ist, so dass anschaulich ein Lichtblitz erzeugt wird. Mittels des Kondensators bzw. des Treiberschaltkreises kann ein Entladungspuls mit einer elektrischen Leistung im Kilowatt-Bereich oder Megawatt-Bereich bereitgestellt sein oder werden.
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Die Blitzlampe kann beispielsweise mittels eines elektrischen Zündpulses aktiviert (gezündet) werden, wobei sich erst nach dem Zünden der Blitzlampe der Kondensator des Treiberschaltkreises durch die Blitzlampe hindurch entladen kann. Ferner kann eine Blitzlampe eine Selbstzündspannung aufweisen, z.B. eine bauartspezifische Mindestspannung, oberhalb derer die Blitzlampe zündet. Die Selbstzündspannung kann beispielsweise von dem Gasdruck in der Glasröhre, der Art des Gases, der Geometrie der Blitzlampe (z.B. die Länge der Blitzlampe bzw. der Abstand zwischen Kathode und Anode der Blitzlampe) abhängig sein. Ferner kann die Selbstzündspannung (beispielsweise dann als effektive Selbstzündspannung bezeichnet) von dem Aufbau der Blitzlampenanordnung abhängig sein, z.B. von der Umgebung, in welcher die Gasentladungsröhre betrieben wird. Die Selbstzündungsspannung kann beispielsweise von einem verwendeten Kühlmedium abhängig sein.
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Anschaulich kann eine Blitzlampe selbst als ein Schalter fungieren, da die Blitzlampe unterhalb der Selbstzündspannung, oder zumindest unterhalb der effektiven Selbstzündspannung den Treiberschaltkreis unterbricht. Somit kann zum Betreiben einer Gasentladungsröhre als Blitzlampe (oder Gasentladungslampe) eine Zündvorrichtung benötigt werden, welche die Gasentladungsröhre derart beeinflusst, dass der an die Gasentladungsröhre gekoppelte Kondensator des Treiberschaltkreises durch die dann nach dem Zünden elektrisch leitende Gasentladungsröhre entladen werden kann. Sobald die Gasentladungsröhre gezündet ist, kann das Versorgen der Gasentladung bei einer Betriebsspannung (z.B. bereitgestellt durch den Kondensator) kleiner oder größer als die Selbstzündspannung erfolgen, wobei die Betriebsspannung die Eigenschaften der Gasentladung beeinflussen kann.
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Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, eine Blitzlampenanordnung mit einer effizienten und zuverlässigen externen Zündung mittels eines Zünddrahtes bereitzustellen. In diesem Fall kann eine Wechselspannung zur Zündung der Blitzlampe ausreichen, die unterhalb der zuvor beschriebenen Selbstzündspannung liegt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Blitzlampenanordnung bereitgestellt, welche mindestens eine Gasentladungsröhre (z.B. eine Gasentladungsröhre mit einem Elektrodenabstand zwischen Anode und Kathode in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m) aufweist, die mittels eines Zünddrahtes gezündet werden kann, wobei die Gasentladungsröhre in einem transparenten Rohr (z.B. in einem Quarzglasrohr) derart angeordnet ist, dass die Gasentladungsröhre mittels eines Kühlmediums zwischen dem Rohr und der Gasentladungsröhre gekühlt werden kann, wobei der Zünddraht in dem Kühlmedium zwischen dem Rohr und der Gasentladungsröhre angeordnet ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Kühlmedium Wasser aufweisen oder Wasser sein, z.B. de-ionisiertes Wasser (DI-Wasser). Somit kann ferner ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, eine effektive Zündung für eine als Blitzlampe eingerichtete Gasentladungsröhre bereitzustellen, wobei die Gasentladungsröhre von Kühlwasser umflossen wird. Anschaulich wurde erkannt, dass es aufgrund der vergleichsweise großen relativen Permittivität von Wasser (z.B. von ungefähr 80 bei ungefähr 20°C und Gleichstrom/Gleichspannung oder niederfrequentem Wechselstrom/Wechselspannung im Bereich bis ungefähr 3 GHz) schwierig sein kann, eine wassergekühlte Gasentladungsröhre großer Länge mittels eines Zünddrahtes (externe Zündung) zu zünden.
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Beispielsweise kann zum Zünden der Gasentladungsröhre ein sich änderndes elektrisches Feld mit einer entsprechend großen elektrischen Feldstärke notwendig sein, wobei das elektrische Feld mittels des Zünddrahtes und eines an den Zünddraht gekoppelten Zündgenerators oder Zündschaltkreises bereitgestellt werden kann. Anschaulich wurde erkannt, dass aufgrund des Kühlwassers, welches sich in der Umgebung des Zünddrahtes befindet (oder welches sich beispielsweise zwischen dem Zünddraht und elektrisch leitfähigen Bauteilen der Gasentladungsröhre befindet) ein Anteil des elektrischen Verschiebungsstroms für die Polarisation des Kühlwassers verloren gehen kann und nicht zur Erzeugung des elektrischen Feldes und somit nicht oder nur unwesentlich zur Zündung der Gasentladungsröhre beitragen kann.
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Ferner kann die große relative Permittivität des Kühlwassers eine hohe Kapazität zwischen Zünddraht und Innenwandung der Blitzlampe nach sich ziehen und somit hohe elektrische Felder zur Zündung der Lampe verhindern. Beispielsweise kann der Zündgenerator oder der Zündschaltkreis für eine vordefinierte maximale Stromstärke, z.B. von mehreren Ampere auf der Sekundärseite eines Zündtransformators im Zündgenerator bei einer Spannung von beispielsweise ±25kV, ausgelegt sein, wobei diese Limitierung der Stromstärke des Zündgenerators oder des Zündschaltkreises das Laden der Kapazität des Zünddrahtes begrenzen kann. Somit kann die maximale Stromstärke des Generators beispielsweise nicht ausreichen, um die Gasentladungsröhre zu zünden, wenn kapazitiv bedingte, hohe elektrische Verschiebungsströme zum Aufbau des elektrischen Feldes erforderlich sind. Mit anderen Worten kann das Zünden der Gasentladungsröhre mittels eines Zünddrahtes aufgrund des Kühlwassers schwierig sein und herkömmliche Zünddrahtanordnungen müssten derart dimensioniert werden (z.B. die Leistung des Zündgenerators oder des Zündschaltkreises müsste derart groß sein und der Zünddraht musste derart dimensioniert werden, dass der Verschiebungsstrom aufgrund des Kühlwassers zusätzlich bereitgestellt werden kann und das die Zündanordnung den höheren Stromfluss auch bereitstellen kann), dass damit hohe Kosten und/oder ein hoher Aufwand verbunden sein können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Blitzlampenanordnung mit einer wassergekühlten Gasentladungsröhre bereitgestellt, welche effizient (z.B. mit möglichst geringem Stromfluss) mittels des Zünddrahtes gezündet werden kann. Dazu kann beispielsweise die Kapazität, welche durch den Zünddraht erzeugt wird, möglichst gering gehalten sein oder werden, wobei ferner eine ausreichende Kühlung der Gasentladungsröhre bereitgestellt sein kann oder werden kann. Bei einem Endladungsvorgang kann beispielsweise mittels der Gasentladungsröhre eine Energie von mehr als einem Kilojoule umgesetzt werden, z.B. in Wärme und elektromagnetische Strahlung, wobei somit bei beispielsweise mehreren Zehn oder mehreren Hundert Endladungsvorgängen pro Sekunde eine ausreichend dimensionierte Kühlung (z.B. eine Wasserkühlung) notwendig sein kann.
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Ferner kann der Zünddraht nahe der Gasentladungsröhre bei derart hochenergetischen Endladungsvorgängen einer großen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt (dem emittieren Licht der Gasentladungsröhre), so dass herkömmlicherweise ein dünner blanker Metalldraht als Zünddraht verwendet wird. Ferner sollte der Zünddraht die Licht-Emission der Gasentladungsröhre so wenig wie möglich stören.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: eine Gasentladungsröhre, ein (transparentes) Rohr, welches die Gasentladungsröhre umgibt, zum Aufnehmen eines Kühlmediums zum Kühlen der Gasentladungsröhre, einen in dem Rohr angeordneten Zünddraht zum Zünden der Gasentladungsröhre, wobei der Zünddraht zumindest teilweise mit einem dielektrischen Material (einem Feststoff) umgeben (z.B. ummantelt oder umhüllt) ist.
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Eine Gasentladungsröhre kann auch als eine Gasentladungslampe oder Blitzlampe bezeichnet sein oder werden. Anschaulich kann eine Gasentladungsröhre als Blitzlampe betrieben werden. Ferner kann eine Blitzlampenanordnung auch als eine Gasentladungsröhrenanordnung oder Gasentladungslampenanordnung bezeichnet sein oder werden.
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Anschaulich kann die Gasentladungsröhrenanordnung als Blitzlampenanordnung eingerichtet sein oder werden.
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Dabei kann das dielektrische Material bzw. der dielektrische Feststoff elektrisch nichtleitend oder elektrisch isolierend sein, z.B. eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als ungefähr 10–6 S/m, oder 10–7 S/mm oder 10–8 S/m aufweisen. Ferner kann das dielektrische Material bzw. der dielektrische Feststoff eine relative Permittivität von weniger als ungefähr 40 aufweisen (z.B. bei ungefähr 20°C und Gleichstrom/Gleichspannung oder niederfrequentem Wechselstrom/Wechselspannung im Bereich bis ungefähr 3 GHz oder unter den entsprechenden Betriebsbedingungen der Blitzlampenanordnung). Ferner kann das dielektrische Material bzw. der dielektrische Feststoff UV-stabil sein und eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit oder Temperaturschockbeständigkeit aufweisen, wie beispielsweise Quarzglas, eine Glaskeramik, eine Keramik (z.B. ein Nitrid, z.B. Silizium-Nitrid) oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Ferner kann das dielektrische Material bzw. der dielektrische Feststoff einen geringen Absorptionskoeffizienten für Licht (z.B. UV-Strahlung und/oder Wärmestrahlung) aufweisen, so dass das dielektrische Material bzw. der dielektrische Feststoff nahe der Gasentladungsröhre angeordnet sein kann oder werden kann.
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Ferner kann sich der Zünddraht entlang der Gasentladungsröhre erstrecken. Beispielsweise kann die Gasentladungsröhre linear längserstreckt sein und der Zünddraht kann im Wesentlichen entlang der Längserstreckung der Gasentladungsröhre verlaufen.
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Ferner kann die Gasentladungsröhre einen ersten Elektrodenbereich (Anodenbereich) mit einer Anode und einen zweiten Elektrodenbereich (Kathodenbereich) mit einer Kathode aufweisen, wobei sich zwischen den beiden Elektrodenbereichen ein Entladungsbereich der Gasentladungsröhre erstreckt.
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Ferner kann das dielektrische Material (der dielektrische Feststoff) zumindest zwischen jeweils einem der beiden Elektrodenbereiche und dem Zünddraht angeordnet sein.
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Ferner kann die Gasentladungsröhre in dem ersten Elektrodenbereich und in dem zweiten Elektrodenbereich jeweils eine elektrische Zuleitung (Strom-/Spannungszuführung) aufweisen zum Betreiben der Gasentladungsröhre. Ferner kann die Gasentladungsröhre in dem ersten Elektrodenbereich und in dem zweiten Elektrodenbereich jeweils eine elektrische Zuführung (Strom-/Spannungszuführung) aufweisen zum Versorgen der Gasentladungsröhre mit elektrischer Energie bzw. elektrischer Leistung. Beispielsweise kann mittels der elektrischen Zuleitung oder elektrischen Zuführung ein Entladungspuls durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen werden.
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Ferner kann das dielektrische Material (der dielektrische Feststoff) zumindest zwischen jeweils einer der elektrischen Zuleitungen (bzw. elektrischen Zuführungen) und dem Zünddraht angeordnet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung derart eingerichtet sein, dass das Kühlmedium zwischen der elektrischen Zuleitung im Anodenbereich und dem Zünddraht zumindest teilweise von dem dielektrischen Feststoff verdrängt wird. Ferner kann die Blitzlampenanordnung derart eingerichtet sein, dass das Kühlmedium zwischen der elektrischen Zuleitung im Kathodenbereich und dem Zünddraht zumindest teilweise von dem dielektrischen Feststoff verdrängt wird.
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Ferner kann das dielektrische Material (der dielektrische Feststoff) eine relative Permittivität aufweisen, welche geringer ist als die relative Permittivität des Kühlmediums (des Kühlmittels) zum Kühlen der Gasentladungsröhre.
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Beispielsweise kann das Kühlmedium Wasser aufweisen oder aus Wasser bestehen, z.B. aus destilliertem oder deionisiertem Wasser oder aus Wasser mit ionischen Verunreinigungen. Anschaulich kann die Blitzlampenanordnung derart eingerichtet sein, dass das Wasser zwischen der elektrischen Zuleitung im Anodenbereich und dem Zünddraht zumindest teilweise von dem dielektrischen Material bzw. dem dielektrischen Feststoff verdrängt wird, wobei das dielektrische Material bzw. der dielektrische Feststoff eine geringere relative Permittivität aufweist als die relative Permittivität des verwendeten Wassers.
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Ferner kann das dielektrische Material (der dielektrische Feststoff) zwischen mindestens einer der Elektrodenbereiche (z.B. Anodenbereich und/oder Kathodenbereich) und dem Zünddraht angeordnet sein.
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Ferner kann mindestens eine der elektrischen Zuleitungen (Zuführungen) von einem weiteren dielektrischen Material (Feststoff) zumindest teilweise umgeben (ummantelt oder umhüllt) sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: eine Gasentladungsröhre (Blitzlampe), wobei die Gasentladungsröhre mindestens eine elektrische Zuleitung aufweist zum Versorgen der Gasentladungsröhre mit elektrischer Energie (z.B. in Form eines Entladungspulses), ein Rohr, welches die Gasentladungsröhre umgibt, zum Aufnehmen eines Kühlmediums, ein Kühlmedium, zum Kühlen der Gasentladungsröhre, wobei das Kühlmedium eine erste relative Permittivität aufweist, einen in dem Rohr angeordneten Zünddraht zum Zünden der Gasentladungsröhre, wobei in mindestens einem Bereich zwischen dem Zünddraht und der Gasentladungsröhre oder zwischen dem Zünddraht und der mindestens einen elektrischen Zuleitung ein dielektrisches Material angeordnet ist, welches eine zweite relative Permittivität aufweist, wobei die zweite relative Permittivität kleiner ist als die erste relative Permittivität.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung einen Treiberschaltkreis aufweisen zum Bereitstellen eines Entladungspulses (Entladestrompulses) zum Betreiben (Erzeugen eines Lichtblitzes mittels) der Gasentladungsröhre. Der Treiberschaltkreis kann beispielsweise einen Kondensator und mindestens eine Spule aufweisen, welche in Reihe mit der Gasentladungsröhre geschaltet sein können, so dass der Kondensator durch die Gasentladungsröhre pulsförmig entladen werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung einen Zündschaltkreis aufweisen zum Bereitstellen und Einkoppeln eines Zündpulses (Zündspannungspulses) in den Zünddraht. Ferner kann der Zünddraht derart relativ zu der Gasentladungsröhre angeordnet sein, dass die Gasentladungsröhre aufgrund des von dem Zündpuls erzeugten elektrischen Feldes gezündet wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasentladungsröhre (die Gasentladungslampe bzw. die Blitzlampe) eine Länge von mehr als 1 m aufweisen, z.B. eine Länge von mehr als 2 m, z.B. ein Länge in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasentladungslampe einen Abstand zwischen Kathode und Anode von mehr als 1 m aufweisen, z.B. einen Abstand von mehr als ungefähr 2 m, z.B. einen Abstand in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Rohr, welches die Gasentladungsröhre umgibt, ein transparentes Rohr (z.B. aus Quarzglas) sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung eine Lageranordnung aufweisen, mittels derer das Rohr und die Gasentladungsröhre an jeweils beiden gegenüberliegenden Endabschnitten gelagert werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung mittels der Lageranordnung in einer Prozesskammer angeordnet sein oder werden, z.B. in einer Vakuumprozesskammer, Unterdruckprozesskammer oder Atmosphärendruck-Prozesskammer oder Prozesskammer mit einem Überdruck von mehreren Atmosphären.
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Ferner kann die Lageranordnung derart eingerichtet sein, dass das Kühlmedium in dem transparenten Rohr geführt werden kann. Anschaulich kann die Gasentladungslampe (Blitzlampe oder Gasentladungsröhre) wassergekühlt sein, wobei die Gasentladungslampe innerhalb des Mantelrohrs vom Kühlwasser umströmt und/oder bespült wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Rohr länger sein als die Gasentladungsröhre, so dass die Gasentladungsröhre vollständig in dem Rohr aufgenommen sein kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Zünddraht Molybdän oder Edelstahl aufweisen oder aus Molybdän oder Edelstahl bestehen. Ferner kann der Zünddraht ein anderes geeignetes Metall oder eine Metalllegierung aufweisen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1 und 2 jeweils eine Blitzlampenanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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3 und 4 jeweils eine Blitzlampenanordnung im Querschnitt in einer schematischen Detailansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
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5 und 6 jeweils eine Blitzlampenanordnung im Querschnitt in einer schematischen Detailansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine axiale (längliche oder langgestreckte) Blitzlampe mittels eines Drahtes (Zünddrahtes) gezündet werden, wobei der Draht im Wesentlichen parallel zur Lampenachse innerhalb einer Flowtube (eines transparenten Strömungsrohrs oder transparenten Mantelrohrs) angeordnet sein kann. Durch die Flowtube hindurch kann ein Kühlmedium wie beispielsweise DI-Wasser geführt werden.
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Bei herkömmlichen Blitzlampenanordnungen mit kurzen Blitzlampen kann die Blitzlampe beispielsweise aus der Flowtube heraus ragen (z.B. kann dabei die Flowtube kürzer sein als die Blitzlampe bzw. als die Gasentladungsröhre) oder die elektrischen Anschlüsse der Blitzlampe können eine relativ große Entfernung zum Zünddraht aufweisen, so dass Verschiebungsströme (aufgrund des Zündpulses) zwischen jeweils einem der elektrischen Anschlüsse der Blitzlampe und der Zuleitung des Zünddrahts relativ klein sind. Damit steht bei herkömmlichen kurzen Blitzlampen der Zündpuls hauptsächlich zur Erzeugung eines Zündfadens (Plasmaschlauch mit kleinem Durchmesser) innerhalb der Lampe zwischen Kathode und Anode zur Verfügung. Außerdem sind die Zünddrähte bei kurzen Blitzlampen so kurz, dass die hohe Permittivität von Kühlwasser nur zu insgesamt moderaten Verschiebungsströmen führt bzw. einen nur relativ geringen Zündstrom zum Aufbau der zur Zündung erforderlichen Feldstärken benötigen kann.
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Bei sehr langen Blitzlampen, z.B. mit einer Lichtbogenlänge von mehr als ungefähr 1000 mm, kann eine flexible Befestigung oder eine flexible Lagerung der Blitzlampe erforderlich sein, so dass eine Längenausdehnung der Blitzlampe im Betrieb kompensiert (z.B. abgefedert) werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasentladungsröhre (die axiale Blitzlampe) einen großen Durchmesser aufweisen, z.B. einen Innendurchmesser (quer zur Längserstreckung des Entladungsrohrs) in einem Bereich von ungefähr 1,0 cm bis ungefähr 5,0 cm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1,0 cm bis ungefähr 3,0 cm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1,5 cm bis ungefähr 2,0 cm. Ferner kann es notwendig sein, dass die elektrischen Anschlüsse (Zuleitungen oder Zuführungen) der Gasentladungsröhre ausreichend gekühlt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Flowtube länger als die Gasentladungsröhre (Blitzlampe) eingerichtet sein, so dass auch die elektrischen Anschlüsse der Blitzlampe im Kühlwasser angeordnet sind. Ferner kann die Inkompressibilität des Kühlwassers eine höhere Belastbarkeit des mechanisch empfindlichen Übergangsglases bewirken, welches jeweils direkt an der Elektrodendurchführung am Ende der Blitzlampe genutzt wird.
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Wenn die Flowtube länger als die Blitzlampe ist, kann ein höherer Verlust von Verschiebungsströmen zwischen dem Zünddraht bzw. dessen Zuleitung und der elektrischen Zuleitung der Blitzlampe entstehen. In ungünstigen Fällen kann keine Zündung der Blitzlampe mehr erreicht werden. Sind die Verluste nur moderat, so kann es zumindest zu einer Zündzeitverzögerung und damit zu Schwankungen der maximalen Lichtintensität in einem Feld mehrerer Blitzlampen kommen.
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Anschaulich können somit mehrere nebeneinander in einem Blitzlampenfeld angeordnete Blitzlampen nicht mehr synchron gezündet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Zuleitung des Zünddrahtes in die Flowtube auf der Seite der Blitzlampe eingeführt werden, welche im Regelfall (im geplanten Betrieb der Blitzlampenanordnung) nicht unter Hochspannung steht, z.B. auf der Anodenseite.
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Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, die auftretenden Verschiebungsströme des Zündpulses zwischen Zünddraht und Zuleitung der Blitzlampe zu reduzieren, beispielsweise für die Konstruktionen einer Blitzlampenanordnung mit einer Flowtube, welche länger ist als die Blitzlampe und/oder für die Konstruktionen einer Blitzlampenanordnung, bei der Wasser zur Kühlung der Blitzlampe eingesetzt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Permittivität des Bereichs zwischen der Zuleitung der Blitzlampe und dem Zünddraht bzw. zwischen der Zuleitung der Blitzlampe und der Zuleitung des Zünddrahtes verringert werden. Zwischen der Zuleitung der Blitzlampe und dem Zünddraht bzw. zwischen der Zuleitung der Blitzlampe und der Zuleitung des Zünddrahtes kann beispielsweise Kühlwasser mit einer relativen Permittivität von ungefähr 80 eingesetzt werden, wie vorangehend beschrieben. Mittels einer Ummantelung der Zuleitung der Blitzlampe und/oder des verjüngten Endstückes der Blitzlampe aus Glas mit einem Material niedriger Permittivität und/oder mittels einer Ummantelung des Zünddrahtes bzw. der Zuleitung des Zünddrahtes mit einem Material niedriger Permittivität kann die effektive Permittivität in der Umgebung des Zünddrahtes (z.B. zwischen der Zuleitung der Blitzlampe und dem Zünddraht bzw. zwischen der Zuleitung der Blitzlampe und der Zuleitung des Zünddrahtes) verringert werden und folglich können auch die Verschiebungsströme verringert werden.
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Aufgrund der beispielsweise notwendigen Kühlung der Blitzlampe und der elektrischen Anschlüsse der Blitzlampe kann vorzugsweise nur der Zünddraht oder nur die Zuleitung des Zünddrahtes ummantelt sein oder werden.
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1 veranschaulicht eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Blitzlampenanordnung 100 kann beispielsweise eine Gasentladungsröhre 102 aufweisen, welche in einem Rohr 104 (z.B. in einem transparenten Glas-Rohr oder Quarzglas-Rohr) gelagert bzw. angeordnet ist. In dem Rohr 104, z.B. zwischen dem Rohr 104 und der Gasentladungsröhre 102, kann ein Zünddraht 108 angeordnet sein zum Zünden der Gasentladungsröhre 102.
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Ferner können die Gasentladungsröhre 102 und das Rohr 104 beispielsweise jeweils an deren axialen Endabschnitten mittels einer Lageranordnung 106a, 106b gehalten (gelagert) werden. Ferner kann die Lageranordnung 106a, 106b eingerichtet sein, zumindest einen Teil der Leitungsführung 102z zum elektrischen Versorgen der Gasentladungsröhre 102 (zum Einkoppeln eines Entladungspulses in die Gasentladungsröhre 102) und zumindest einen Teil der Leitungsführung 108z zum Einkoppeln eines Zündpulses in den Zünddraht 108 bereitzustellen oder zu ermöglichen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in dem Rohr 104, welches die Gasentladungsröhre 102 umgibt, ein Kühlmedium 104k zum Kühlen der Gasentladungsröhre 102 eingebracht sein oder werden. Dabei kann das Kühlmedium 104k beispielsweise eine Kühlflüssigkeit sein, z.B. Wasser oder auf Wasser basierend. Mittels der Lageranordnung 106a, 106b kann beispielsweise das Kühlmedium 104k in das Rohr 104 hinein geleitet werden und aus dem Rohr 104 abgeführt werden.
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Die Gasentladungsröhre 102 weist beispielsweise einen ersten Elektrodenbereich mit einer Anode 102a und einen zweiten Elektrodenbereich mit einer Kathode 102k auf, wobei sich zwischen den beiden Elektrodenbereichen ein Entladungsbereich 102g der Gasentladungsröhre erstreckt. Die Gasentladungsröhre 102 kann beispielsweise mit einem Gas gefüllt sein, z.B. mit einem Edelgas, Stickstoff oder einem entsprechenden Gasgemisch. Dabei kann der Druck des Gases oder des Gasgemisches in der Gasentladungsröhre 102 kleiner als ungefähr 2 bar, kleiner als ungefähr 1 bar oder kleiner als ungefähr 0,5 bar oder kleiner als ungefähr 0,25 bar sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Elektroden 102k, 102a der Gasentladungsröhre 102 (der Blitzlampe 102) Wolfram aufweisen, wobei die Elektroden 102k, 102a jeweils mittels eines Elektrodenanschlusses 102s (welcher ebenfalls Wolfram aufweisen kann) durch die Glasröhre 102h der Gasentladungsröhre 102 hindurch elektrisch kontaktiert sind. Anschaulich kann sich ein Abschnitt 102s der Elektroden 102k, 102a aus der Glasröhre 102h heraus erstrecken. An dem jeweiligen Elektrodenanschluss 102s der Elektroden 102k, 102a kann eine Zuleitung 102z elektrisch leitfähig befestigt sein. Die Zuleitungen 102z können beispielsweise flexibel eingerichtet sein, z.B. als flexibles Kupferkabel.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Zünddraht zumindest teilweise mit einem dielektrischen Feststoff 108i (einer Isolation 108i) ummantelt sein. Dabei kann die Isolation 108i des Zünddrahtes 108s (der dielektrische Feststoff 108i) derart eingerichtet sein, dass das Kühlmedium 104k von der Isolation 108i verdrängt wird, wobei die Isolation 108i eine geringere relative Permittivität aufweist als das Kühlmedium 104k. Es versteht sich, dass ein Vergleich der relativen Permittivitäten verschiedener Materialien unter gleichen Bedingungen erfolgt, z.B. bei gleicher Temperatur und gleicher Frequenz, so dass beispielsweise die Temperaturabhängigkeit und die Frequenzabhängigkeit der relativen Permittivität berücksichtigt sind.
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Wie in 2 in einer schematischen Querschnittsansicht der Blitzlampenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht ist, kann sich der Zünddraht 108 entlang der Gasentladungsröhre 102 (entlang der Längserstreckung der Gasentladungsröhre 102) erstrecken.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Zünddraht nur in einem Isolier-Abschnitt des Zünddrahtes mit dem dielektrischen Feststoff 108i ummantelt sein, wobei sich der Isolier-Abschnitt entlang des Anodenbereichs 202a (in welchem die Anode 102a der Gasentladungsröhre 102 angeordnet ist) erstreckt. Ferner kann der Zünddraht nur in einem Isolier-Abschnitt des Zünddrahtes mit dem dielektrischen Feststoff 108i ummantelt sein, wobei sich der Isolier-Abschnitt entlang des Kathodenbereichs 202k (in welchem die Kathode 102k der Gasentladungsröhre 102 angeordnet ist) erstreckt. Somit kann beispielsweise verhindert werden, dass die Isolation 108i des Zünddrahtes 108 die Lichtemission der Gasentladungsröhre 102 behindert.
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Ferner kann die Blitzlampenanordnung 100 derart bereitgestellt sein oder werden, dass sich der Zünddraht 108 nicht vollständig durch das Rohr 104 hindurch erstreckt. Beispielsweise kann der Zünddraht 108 von der Anodenseite 200a der Blitzlampenanordnung 100 in das Rohr 104 hineingeführt sein oder werden. Anschaulich kann ein Abstand des Zünddrahtes 108 zu der Kathode 102k oder dem Kathodenbereich 202k hilfreich sein, einen Spannungsüberschlag zwischen der Kathode 102k (oder dem Kathodenanschluss 102s oder der elektrischen Zuleitung 102z zur Kathode 102k) und dem Zünddraht 108 zu verhindern, beispielsweise wenn die Hochspannung an der Kathode 102k der Gasentladungsröhre 102 angelegt wird und die Anode 102a beispielsweise auf Masse liegt.
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In analoger Weise kann die Blitzlampenanordnung 100 derart bereitgestellt sein oder werden (nicht dargestellt), dass beispielsweise der Zünddraht 108 von der Kathodenseite 200k der Blitzlampenanordnung 100 in das Rohr 104 hineingeführt wird. Anschaulich kann ein Abstand des Zünddrahtes 108 zu der Anode 102a oder dem Anodenbereich 202a hilfreich sein, einen Spannungsüberschlag zwischen der Anode 102a (oder dem Anodenanschluss 102s oder der elektrischen Zuleitung 102z zur Anode 102a) und dem Zünddraht 108 zu verhindern, beispielsweise wenn die Hochspannung an der Anode 102a der Gasentladungsröhre 102 angelegt wird und die Kathode 102k beispielsweise auf Masse liegt.
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Anschaulich kann der Zünddraht 108 mittels einer elektrischen Isolation 108i von der Anode 102a, dem Anodenanschluss 102s und/oder der elektrischen Zuleitung 102z zu der Anode 102a isoliert sein. In analoger Weise kann der Zünddraht 108 mittels einer elektrischen Isolation 108i von der Kathode 102k, dem Kathodenanschluss 102s und/oder der elektrischen Zuleitung 102z zu der Kathode 102k isoliert sein. Aufgrund der elektrischen Isolation 108i mit geringer relativer Permittivität können kapazitive Kopplungen des Zünddrahtes 108 verringert werden.
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Wie in 1 und 2 veranschaulicht ist, kann eine Blitzlampenanordnung 100 eine Gasentladungsröhre 102 aufweisen, wobei die Gasentladungsröhre 102 mindestens eine elektrische Zuleitung 102z aufweist zum Versorgen der Gasentladungsröhre 102 mit elektrischer Energie (z.B. zum Bereitstellen eines Entladungspulses an der Gasentladungsröhre 102). Ferner kann die Blitzlampenanordnung 100 ein transparentes Rohr 104 aufweisen, welches die Gasentladungsröhre 102 derart umgibt, dass die Gasentladungsröhre 102 mittels eines beispielsweise flüssigen Kühlmediums gekühlt werden kann. Dabei kann das Kühlmedium eine erste (beispielsweise stoffspezifische) relative Permittivität aufweisen. Ferner kann die Blitzlampenanordnung 100 einen in dem Rohr 104 angeordneten Zünddraht 108 aufweisen zum Zünden der Gasentladungsröhre 102 mittels eines in den Zünddraht 108 eingekoppelten elektrischen Zündpulses, wobei in mindestens einem Bereich zwischen dem Zünddraht 108 und der Gasentladungsröhre 102 ein dielektrisches Material angeordnet ist, welches eine zweite relative Permittivität aufweist, wobei die zweite relative Permittivität kleiner ist als die erste relative Permittivität.
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Dabei kann die mindestens eine elektrische Zuleitung 102z als Teil der Gasentladungsröhre 102 angesehen werden, so dass das dielektrische Material anschaulich ferner zwischen der mindestens einen elektrischen Zuleitung 102z und dem Zünddraht 108 angeordnet sein kann.
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3 und 4 veranschaulichen analog zum vorangehend Beschriebenen jeweils die Anodenseite der Blitzlampenanordnung 100 in einer weiteren schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass je nach Betrieb der Blitzlampenanordnung 100 die Anodenseite auch der Kathodenseite 200k entsprechen kann.
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Wie in 3 veranschaulicht ist, kann der dielektrische Feststoff 108i zwischen dem Anodenbereich 202a und dem Zünddraht angeordnet sein und den Zünddraht 108 zumindest teilweise umgeben oder ummanteln. Alternativ kann der Zünddraht 108 beispielsweise auf dessen dem Anodenbereich 202a abgewandter Seite frei von dem dielektrische Feststoff 108i sein. Anschaulich kann es ausreichend sein, die kapazitive Kopplung zwischen den elektrisch leitfähigen Bauteilen 102a, 102s, 102z der Anodenseite 200a (bzw. den elektrisch leitfähigen Bauteilen 102a, 102s, 102z in dem jeweiligen Elektrodenbereich) zu reduzieren, indem beispielsweise das Kühlwasser zwischen dem Zünddraht 108 und den elektrisch leitfähigen Bauteilen 102a, 102s, 102z von der Isolation 108i verdrängt wird.
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Alternativ kann der Zünddraht 108 an sich auch freiliegend sein, also nicht direkt mit der Isolation 108i ummantelt sein. Statt der Isolation 108i um den Zünddraht 108 herum kann der dielektrische Feststoff 408 zwischen den elektrisch leitfähigen Bauteilen 102a, 102s, 102z der Blitzlampenanordnung 100 auf der Anodenseite 200k (bzw. den elektrisch leitfähigen Bauteilen 102a, 102s, 102z in dem jeweiligen Elektrodenbereich) und dem Zünddraht 108 angeordnet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Isolation 108i um den Zünddraht 108 herum und/oder der dielektrische Feststoff 408 zwischen den elektrisch leitfähigen Bauteilen der Blitzlampenanordnung 100 in einem der Elektrodenbereiche 202a, 202k und dem Zünddraht 108 derart eingerichtet sein, dass die Gasentladungsröhre 102 mittels des Kühlmediums 104k ausreichend gekühlt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Zünddraht 108 mittels einer Isolation 108i ummantelt sein und ferner kann ein weiterer dielektrischer Feststoff 408 zwischen den elektrisch leitfähigen Bauteilen 102a, 102k, 102s, 102z der Blitzlampenanordnung 100 und dem Zünddraht 108 angeordnet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Zünddraht 108 auch über dessen gesamter Länge entlang der Gasentladungsröhre 102 mittels der Isolation 108i ummantelt sein, z.B. mit Quarzglas.
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Wie in 5 veranschaulicht ist, kann auch die Zuleitung 102z (in dem Anodenbereich 202a oder auf der Anodenseite 200a und/oder in dem Kathodenbereich oder auf der Kathodenseite 200k) mittels eines dielektrischen Feststoffs 502 zumindest teilweise ummantelt sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können in Kombination auch die Zuleitung 102z und der Zünddraht 108 zumindest teilweise mit dem dielektrischen Feststoff 108i, 502 ummantelt sein, und auch der Bereich zwischen der Zuleitung 102z und dem Zünddraht 108 zumindest teilweise mit dem dielektrischen Feststoff 408 ausgefüllt sein, vgl. beispielsweise 3, 4 und 5.
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6 veranschaulicht einen Abschnitt der Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als dielektrischer Feststoff 108i, 408, 502 (als Isolation) Polytetrafluorethylen (PTFE) (welches beispielsweise unter den Betriebsparametern der Blitzlampenanordnung 100 eine relative Permittivität von ungefähr 2 aufweisen kann) genutzt werden. PTFE ist im Vergleich zu anderen Kunststoffen (Polymeren oder Thermoplasten) relativ UV-stabil. Ferner ist die Lichtemission der Gasentladungsröhre 102 in den Elektrodenbereichen (hinter oder unter der Anode 102a bzw. hinter oder unter der Kathode 102k), bzw. zwischen der Anode 102a und der Zuleitung 102z zur Anode 102a oder zwischen der Kathode 102k und der Zuleitung 102z zur Kathode 102k, wesentlich geringer als zwischen dem Anodenbereich und dem Kathodenbereich (als im Bereich vor der Anode bzw. als im Bereich vor der Kathode). Dennoch kann es während des Betriebs der Blitzlampenanordnung 100 auf Dauer zu einer progressiven Schwärzung des PTFEs kommen und folglich zu einer beschleunigten Alterung der Isolation 108i, 408, 502 aufgrund der mit der zunehmenden Schwärzung höher werdenden Lichtabsorption, so dass es notwendig sein kann, das PTFE bei einem Lampenwechsel in einer Anlage ebenfalls auszutauschen. Anschaulich kann eine PTFE-Isolation 108, 408, 502 Verbrauchsmaterial der Blitzlampenanordnung 100 sein.
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Alternativ kann Quarzglas oder ein Quarzglasrohr (welches beispielsweise unter den Betriebsparametern der Blitzlampenanordnung 100 eine relative Permittivität von ungefähr 6 aufweisen kann) als dielektrischer Feststoff 108i, 408, 502 (als Isolation) verwendet werden, welches zwar eine höhere UV-Stabilität aufweist als PTFE, aber nachteilig auch eine höhere relative Permittivität aufweist als PTFE.
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Ferner können auch weniger geeignete technische Keramiken wie Aluminiumoxid (welche beispielsweise unter den Betriebsparametern der Blitzlampenanordnung 100 eine relative Permittivität von ungefähr 9 aufweisen kann) als dielektrischer Feststoff 108i, 408, 502 (als Isolation) verwendet werden, welche jedoch ferner mehr Licht absorbieren als Quarzglas, und auch eine höhere relative Permittivität aufweisen als Quarzglas.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere verschieden Materialien zum Bereitstellen der Isolation 108i, 408, 502 miteinander kombiniert sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ummantelung 108i des Zünddrahtes 108 in dem Anodenbereich möglichst dick sein (z.B. mit einem Durchmesser von mehr als 2 mm, oder mehr als 3 mm, oder mehr als 4 mm, oder mehr als 5 mm oder mehr als 10 mm), so dass die resultierende relative Permittivität aus verbleibendem Kühlwasser 104k, Ummantelung 108i und Glaskörper 102h möglichst gering ist. Ferner wurde erkannt, dass die Spannungsfestigkeit der Ummantelung 108i (bzw. des Mantels 108i) eine untergeordnete Rolle spielen kann. Beispielsweise kann theoretisch eine einfache Isolation der Zuleitung 102z der Blitzlampe 102 mit Silikon (welches beispielsweise unter den Betriebsparametern der Blitzlampenanordnung 100 eine relative Permittivität von ungefähr 2,8 aufweisen kann) hinsichtlich der Spannungsfestigkeit ausreichend sein (beispielsweise mit einer Spannungsfestigkeit bis mehr als ungefähr 40 kV), wobei jedoch der Zündpuls (mit beispielsweise ±25 kV) durch die Isolation hindurch schlagen kann, beispielsweise aufgrund der hohen Verschiebungsströme, so dass beispielsweise eine Zündung der Blitzlampe (trotz der ausreichend erscheinenden Spannungsfestigkeit) unmöglich sein kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschriebene Blitzlampenanordnung 100 einen Treiberschaltkreis und einen Zündschaltkreis aufweisen zum Betreiben und externen Zünden der Gasentladungsröhre 102 (der Hochleistungsblitzlampe 102). Dabei kann die Hochleistungsblitzlampe 102 mit einer Länge von mehr als einem Meter beispielsweise eine elektrische Puls-Leistung von mehr als 100 MW umsetzen (z.B. in Wärme und elektromagnetische Strahlung). Der Entladungspuls durch die Hochleistungsblitzlampe 102 hindurch kann beispielsweise eine Pulsdauer von weniger als ungefähr 50 ms, weniger als ungefähr 10 ms oder weniger als ungefähr 2 ms oder weniger als ungefähr 0,4ms oder weniger als ungefähr 0,08ms aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Glaskörper 102h der Gasentladungsröhre 102 Quarzglas aufweisen oder aus Quarzglas bestehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Elektroden 102a, 102k der Gasentladungsröhre 102 Wolfram aufweisen oder ein anderes Metall oder eine Metalllegierung.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Glaskörper 102h der Gasentladungsröhre 102 einen Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 5 cm aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Lageranordnung 106a, 106b dazu genutzt werden und/oder derart eingerichtet sein, dass die Gasentladungsröhre 102 (oder die Blitzlampenanordnung 100) in einer Vakuumkammer positioniert und/oder gehalten werden kann.
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Ferner kann die Blitzlampenanordnung 100 (die Belichtungsanordnung 100) mehrere Gasentladungsröhren 102 aufweisen, z.B. zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr als zehn Gasentladungsröhren 102.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Lageranordnung 106a, 106b derart eingerichtet sein, dass mittels der Lageranordnung 106a, 106b mehrere Gasentladungsröhren 102 (mehrere Gasentladungslampen 102) gehalten und versorgt werden können. Die Gasentladungsröhren 102 können mittels der Lageranordnung 106a, 106b elektrisch sowie mit Kühlwasser 104k versorgt werden. Ferner können die mehreren Gasentladungsröhren 102 gemeinsam (als Lampenfeld) mittels der Lageranordnung 106a, 106b in einer Prozesskammer (z.B. in einer Vakuumprozesskammer) montiert sein oder werden. Anschaulich kann die Blitzlampenanordnung 100 vakuumtauglich eingerichtet sein.