DE102014110683A1 - Elektromagnetische Spule, Treiberschaltkreis für eine Gasentladungslampe, Lampen-Anordnung und Prozessieranordnung - Google Patents

Elektromagnetische Spule, Treiberschaltkreis für eine Gasentladungslampe, Lampen-Anordnung und Prozessieranordnung Download PDF

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Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine elektromagnetische Spule (100) Folgendes aufweisen: mindestens einen aufgewickelten elektrisch leitfähigen Spulendraht (102), wobei der Spulendraht (102) einen elektrisch leitfähigen Mantelbereich (102m) und einen elektrisch leitfähigen Kernbereich (102k) aufweist, wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich (102m) den elektrisch leitfähigen Kernbereich (102k) umgibt, wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich (102k) ein Material mit einer ersten frequenzabhängigen Skin-Tiefe aufweist; wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich (102m) ein Material mit einer zweiten frequenzabhängigen Skin-Tiefe aufweist; wobei die erste frequenzabhängige Skin-Tiefe kleiner ist als die zweite frequenzabhängige Skin-Tiefe.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Spule, einen Treiberschaltkreis für eine Gasentladungslampe, eine Lampen-Anordnung und eine Prozessieranordnung.
  • Im Allgemeinen können elektrische Leiter oder Kabel einen frequenzabhängigen Widerstand aufweisen, beispielsweise aufgrund des so genannten Skin-Effekts und/oder des so genannten Proximity-Effekts. Beispielsweise kann ein elektrischer Leiter ein Material mit einer materialspezifischen (frequenzabhängigen) Skin-Tiefe aufweisen, wie z.B. Kupfer oder Aluminium. Die Skin-Tiefe kann auch als äquivalente Leitschichtdicke τ bezeichnet werden, und repräsentiert ein Maß der Wandstärke eines äquivalenten Leiters der bei Gleichstrom den gleichen elektrischen Widerstand besitzt wie der Vollleiter infolge des Skin-Effektes bei Wechselstrom mit einer Kreisfrequenz ω.
  • Bei einem Rundleiter (z.B. einem Draht mit kreisrundem Querschnitt oder einem zylinderförmigen Leiter) repräsentiert die äquivalente Leitschichtdicke τ die Dicke eines äußeren Kreisringes des Rundleiters, der bei Gleichstrom den gleichen elektrischen Widerstand besitzt wie der Vollleiter bei Wechselstrom mit einer Kreisfrequenz ω. Für einen Rundleiter dessen Radius sehr klein gegenüber der Länge des Rundleiters ist, aber deutlich größer als die äquivalente Leitschichtdicke τ ist, gibt die äquivalente Leitschichtdicke τ (die Skin-Tiefe) die Tiefe von der Oberfläche des Leiters an, bei der die Stromdichte auf den Faktor e–1 abgesunken ist. In einfachen Fällen kann die Skin-Tiefe eine Funktion der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit sein, wobei die Skin-Tiefe mit zunehmender spezifischer elektrischer Leitfähigkeit zunimmt.
  • Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, einen elektrischen Leiter oder einen zu einer Spule gewickelten elektrischen Leiter bereitzustellen, welcher Wechselstrom mit einer ersten Frequenz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 2 kHz, wesentlich besser leitet als einen Wechselstrom mit einer zweiten Frequenz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 5 kHz bis ungefähr 20 kHz. Dabei kann der Leiter einen möglichst geringen Querschnitt aufweisen, so dass dieser beispielsweise effizient gewickelt werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektrischer Leiter oder ein zu einer Spule gewickelter elektrischer Leiter einen Kern aus einem ersten Material aufweisen, wobei der Kern von einem Mantel aus einem zweiten Material umhüllt ist. Dabei kann das zweite Material der Hülle eine geringere Leitfähigkeit aufweisen als das Material des Kerns. Anschaulich kann das zweite Material der Hülle eine geringere Skin-Tiefe aufweisen als das Material des Kerns. Somit kann der Skin-Effekt in dem Leiter derart verstärkt werden, dass der Leiter für einen Wechselstrom mit einer Frequenz in einem Bereich von ungefähr 5 kHz bis ungefähr 20 kHz einen größeren elektrischen Widerstand aufweist als ein Leiter der vollständig aus dem ersten Material des Kerns bestehen würde. Gleichzeitig weist der Leiter in einem Frequenzbereich von ungefähr 100 Hz bis ungefähr 2 kHz einen geringeren elektrischen Widerstand auf, als ein Leiter der vollständig aus dem zweiten Material des Mantels bestehen würde.
  • Anschaulich kann das Verhältnis (R1/R2) des elektrischen Wechselstromwiederstands R1 eines Leiters bei einer ersten Frequenz f1 zu dem elektrischen Wechselstromwiederstand R2 des Leiters bei einer zweiten größeren Frequenz f2 optimal bereitgestellt werden, beispielsweise möglichst klein sein. Dazu kann der elektrische Leiter derart bereitgestellt sein oder werden, dass der Skin-Effekt verstärkt wird.
  • Ferner kann ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, einen Mantelbereich eines elektrischen Leiters (z.B. eines Vollleiters) zu strukturieren, so dass auf ähnliche Weise wie zuvor beschrieben der Skin-Effekt verstärkt wird. Dazu kann beispielsweise eine äußere Mantelfläche eines Kupferdrahts strukturiert werden, z.B. eine Vielzahl von Kerben, Rillen, Aussparungen, Vertiefungen aufweisen. Anschaulich kann der elektrische Leiter ähnlich einer Gewindestange strukturiert sein oder eine entlang der Längsrichtung des Drahtes gewellte Oberfläche aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektrischer Leiter oder ein zu einer Spule gewickelter elektrischer Leiter einen Kern aus einem ersten Metall aufweisen, z.B. Kupfer oder Aluminium, wobei der Kern von einem Mantel aus einem zweiten Metall umhüllt ist, z.B. kann der Mantel Eisen, Stahl, Zinn, Chrom, oder eine Eisenlegierung (z.B. Fe-Si) oder eine Aluminiumlegierung aufweisen.
  • Ferner kann ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, den Leiter mit möglichst geringem Querschnitt bereitzustellen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine elektromagnetische Spule Folgendes aufweisen: mindestens einen aufgewickelten elektrisch leitfähigen Spulendraht, wobei der Spulendraht einen elektrisch leitfähigen Mantelbereich und einen elektrisch leitfähigen Kernbereich aufweist, wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich den elektrisch leitfähigen Kernbereich umgibt, wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich ein Material mit einer ersten frequenzabhängigen Skin-Tiefe aufweist; wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich ein Material mit einer zweiten frequenzabhängigen Skin-Tiefe aufweist; wobei die erste frequenzabhängige Skin-Tiefe kleiner ist als die zweite frequenzabhängige Skin-Tiefe.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrisch leitfähige Kernbereich des Spulendrahts parallel zum elektrisch leitfähigen Mantelbereich des Spulendrahts geschaltet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrisch leitfähige Kernbereich des Spulendrahts einen körperlichen Kontakt zum elektrisch leitfähigen Mantelbereich des Spulendrahts aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrisch leitfähige Kernbereich des Spulendrahts eine größere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen als der elektrisch leitfähige Mantelbereich des Spulendrahts.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine elektromagnetische Spule Folgendes aufweisen: mindestens einen aufgewickelten elektrisch leitfähigen Spulendraht, welcher einen von einem elektrisch leitfähigen Mantelbereich umgebenen elektrisch leitfähigen Kernbereich aufweist; wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich des aufgewickelten Spulendrahts strukturiert ist, und wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich parallel zum elektrisch leitfähigen Mantelbereich geschaltet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrisch leitfähige Kernbereich einen körperlichen Kontakt zum elektrisch leitfähigen Mantelbereich aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrisch leitfähige Kernbereich eine größere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen als der elektrisch leitfähige Mantelbereich. Dabei kann der elektrisch leitfähige Mantelbereich einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10–5 Ωm aufweisen. Anschaulich können beide Materialien elektrisch leitfähig sein, z.B. metallisch leitend.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Material des Kernbereichs einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10–7 Ωm aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Material des Kernbereichs eine Skin-Tiefe bei 1 kHz von mehr als ungefähr 1 mm aufweisen. Somit kann das Material des Kernbereichs beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminium-Legierung aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Material des Mantelbereichs einen möglichst kleinen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen und eine Skin-Tiefe bei 1 kHz von weniger als 1 mm aufweisen. Somit kann das Material des Kernbereichs beispielsweise Eisen oder eine Eisenlegierung (z.B. Fe/Si, Fe/Ni), Stahl, Chrom oder eine Chromlegierung, Nickel oder eine Nickellegierung aufweisen.
  • Anschaulich kann das Material des Kernbereichs diamagnetisch sein und eine große elektrische Leitfähigkeit aufweisen, z.B. aus Kupfer bestehen, so dass der Kern des Leiters (des Spulendrahtes) aufgrund der großen Skin-Tiefe und der großen elektrischen Leitfähigkeit den elektrischen Strom in einem niedrigen Frequenzbereich (z.B. 100 Hz bis ungefähr 2 kHz) tragen kann, und der Mantel des Leiters kann ein Material mit geringer Skin-Tiefe aufweisen, so dass in einem hohen Frequenzbereich (z.B. 5 kHz bis ungefähr 20 kHz) der Mantel nur noch unwesentlich zum Stromtransport beitragen kann, so dass die elektrische Leitfähigkeit des gesamten Leiters eine ausgeprägte Frequenzabhängigkeit aufweist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine elektromagnetische Spule Folgendes aufweisen: mindestens einen aufgewickelten elektrisch leitfähigen Spulendraht, wobei der Spulendraht einen elektrisch leitfähigen Mantelbereich und einen elektrisch leitfähigen Kernbereich aufweist, wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich den elektrisch leitfähigen Kernbereich umgibt, wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich ein diamagnetisches oder paramagnetisches Material aufweist; und wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich ein ferromagnetisches Material aufweist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Treiberschaltkreis für eine Gasentladungslampe Folgendes aufweisen: eine Ladevorrichtung zum Aufladen eines Kondensators; den mit der Ladevorrichtung gekoppelten Kondensator; mindestens eine elektromagnetische Spule, wobei die mindestens eine elektromagnetische Spule derart mit dem Kondensator gekoppelt ist, dass sich ein elektrischer Strom aus dem Kondensator durch die mindestens eine elektromagnetische Spule hindurch entladen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Lampen-Anordnung Folgendes aufweisen: einen Treiberschaltkreis, eine Gasentladungslampe; wobei die Gasentladungslampe, die Ladevorrichtung und die elektromagnetische Spule in Reihe geschaltet sind, und wobei der Kondensator parallel zu der Gasentladungslampe und der elektromagnetischen Spule geschaltet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung zum Prozessieren eines Trägers Folgendes aufweisen: eine Prozesskammer mit einem Prozessierbereich, eine Lampen-Anordnung, wobei die Lampen-Anordnung derart an oder in der Prozesskammer angeordnet ist, dass ein Substrat innerhalb des Prozessierbereichs mittels der Lampen-Anordnung belichtet werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 die Frequenzabhängigkeit des relativen spezifischen Widerstands für verschiedene Spulendrähte, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 2A einen Spulendraht in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 2B eine Spule mit einem Spulendraht in einer schematischen Seitenansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 3 einen Treiberschaltkreis zum Betreiben einer Gasentladungslampe in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
  • 4A und 4B jeweils eine Lampen-Anordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Begrenzen des Kurzschlussstroms bei Überschlägen zwischen Leitern mit hohem Potentialunterschied bereitgestellt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine RTP-Prozessanlage unter Verwendung von Blitzlampen betrieben werden, so dass beispielsweise Substrate oder Träger innerhalb einer Vakuum-Prozesskammer oder Atmosphärendruck-Prozesskammer mittels der Blitzlampen belichtet werden kann. Aus verschiedenen Gründen kann es beim Betreiben von Blitzlampen zu einem Erdkurzschluss (Masse-Kurzschluss) der hochspannungsführenden Teile kommen, wobei sich beispielsweise die geladenen Kondensatoren zum Betreiben der Blitzlampen innerhalb sehr kurzer Zeit mit extrem großem Stromfluss entladen können. Idealerweise sollte der Strom auch im Fehlerfall (Kurzschlussfall) nicht zu groß werden. Begrenzte man den Fehlerstrom mittels einer herkömmlichen Drossel, würde der Kondensator zum ungewollten Umschwingen in die Gegenpolarität veranlasst, wodurch beispielsweise Komponenten in dem Stromkreis beschädigt werden könnten.
  • Herkömmlicherweise kann dieser Effekt mittels eines Dämpfungswiderstands vermindert werden, welcher allerdings im fehlerfreien Betrieb einen erheblichen Leistungsverlust zur Folge hat.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Kurzschlussstrombegrenzung (bei Erdkurzschlüssen) bereitgestellt mit verringerten Energieverlusten im Normalbetrieb.
  • Anschaulich wurde erkannt, dass die charakteristische Schwingfrequenz eines Treiberstromkreises für eine Blitzlampe im Kurzschlussfall deutlich höher sein kann als im fehlerfreien Betrieb. Somit kann ein frequenzabhängiger Wirkwiderstand verwendet werden, um den Stromfluss im Kurzschlussfall stärker zu dämpfen als im Normalbetrieb. Eine elektromagnetische Spule könnte beispielsweise die erforderliche Induktivität und den notwendigen Wirkwiderstand aufweisen.
  • Die Ausnutzung des Skin-Effekts führte dann zu einer Erhöhung des Leiterwiderstandes mit zunehmender Frequenz aufgrund der Stromverdrängung in oberflächennahe Bereiche. Herkömmlicherweise werden elektrische Leiter für Wechselstromanwendungen mit einem hochleitfähigen Material ummantelt, z.B. mit Gold, und der elektrische Leiter wird derart hergestellt, dass dieser eine möglichst glatte Oberfläche aufweist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein elektrischer Leiter bereitgestellt, z.B. ein Spulendraht, wobei der Randbereich des Leiters im Gegensatz zum Kern des Leiters ein schlecht leitendes Metall aufweist. Anschaulich kann der Randbereich des Leiters ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen mit einer geringen Skin-Tiefe. Die Skin-Tiefe kann dabei von mehreren materialspezifischen Größen abhängig sein, z.B. von der elektrischen Leitfähigkeit, der magnetischen Permeabilität und der Permittivität.
  • Ferner kann der Skin-Effekt von der Oberflächenstruktur des Leiters abhängig sein, so dass beispielsweise mittels einer Oberflächenstrukturierung die Skin-Tiefe (im Vergleich zu einem Leiter mit glatter unstrukturierter Oberfläche) verringert werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise ein Leiter aus Kupfer mit einer Stahlhülle versehen werden. Alternativ zum Stahl kann beispielsweise eine Hartchromschicht verwendet werden, welche sich beispielsweise galvanisch herstellen lässt, z.B. kann ein Draht galvanisch beschichtet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zum Verstärken des Skin-Effekts die Oberfläche (die Außenfläche des Leiters) vergrößert werden (im Vergleich zu einem Leiter mit einer glatten unstrukturierten Oberfläche), z.B. kann ein Kupferleiter als Spulendraht verwendet werden, der analog zu einer Gewindestange strukturiert ist, wobei kein Gewinde im herkömmlichen Sinne erforderlich ist, sondern beispielsweise eine rippenartige Oberfläche bereitgestellt sein kann oder werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Draht sowohl mehrere Materialen als auch eine strukturierte Oberfläche aufweisen, so dass mehrere Einflüsse verstärkt auftreten können. Beispielsweise kann eine Gewindestange aus Kupfer hartverchromt sein oder werden.
  • In 1 ist eine Simulation des relativen spezifischen Widerstands verschiedener Leiter mit einem Kupferkern dargestellt. Dabei ist auf der y-Achse die prozentuale Veränderung des spezifischen elektrischen Wirkwiderstands verschiedener Leiter mit einer Mantelschicht (welche einen Kernbereich des Leiters umhüllt) im Vergleich zu einem Standardleiter aus Kupfer mit einem kreisförmigen Querschnitt aufgetragen. Der Außendurchmesser der verschiedenen Leiter und auch der des Standardleiters beträgt für die Simulation jeweils 10 mm. Der Kern der Leiter besteht für die Simulation aus Kupfer. Verschiedene Mantelstärken und Materialien des Mantels bzw. ein M10-Gewinde anstelle eines anderen Materials führen zu unterschiedlichen relativen spezifischen Wirkwiderständen, wie in 1 veranschaulicht ist.
  • 2A veranschaulicht beispielhaft einen Leiter 102 oder einen Spulendraht 102 in einer Querschnittsansicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Kernbereich 102k des Leiters 102 von einem Mantelbereich 102m umgeben oder umhüllt sein. Der Leiter 102 kann beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, oder einen anderen beliebigen Querschnitt. Der Leiter 102 kann beispielsweise ein beschichteter Draht sein. Der Außendurchmesser des Leiters 102 oder Spulendrahts 102 kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 20 mm liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 15 mm. Der Außendurchmesser des Leiters 102 kann beispielsweise als der Außendurchmesser des Mantels 102m oder des Mantelbereichs 102m verstanden werden. Der Durchmesser des Kerns 102k oder des Kernbereichs des Leiters 102 oder Spulendrahts 102 kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 15 mm liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 3 mm bis ungefähr 11 mm.
  • Es versteht sich, dass der Leiter 102 oder der Spulendraht 102 in dessen Dimensionierung und den verwendeten Materialien dem Skin-Effekt bzw. der Skin-Tiefe und der zu erzielenden Frequenz-Charakteristik (des elektrischen Widerstands) des Leiters oder des Spulendrahts angepasst sein kann.
  • Wie vorangehend beschrieben ist, kann das Material des Kerns 102k eine größere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen als das Material des Mantels 102m. Anschaulich soll der Skin-Effekt in dem Leiter 102 oder Spulendraht 102 verstärkt werden. Dazu kann beispielsweise auch das Material des Kerns 102k eine geringere magnetische Permeabilität aufweisen als das Material des Mantels 102m und/oder das Material des Kerns 102k kann eine größere Permittivität aufweisen als das Material des Mantels 102m.
  • Alternativ kann der Leiter 102 oder der Spulendraht 102 einen Kernbereich 102k aufweisen, welcher das gleiche Material wie ein Mantelbereich 102m des Leiters 102 oder des Spulendrahts 102 aufweisen kann, wobei der Mantelbereich 102m strukturiert ist. Anschaulich kann die Oberfläche des Leiters 102 oder des Spulendrahts 102 vergrößert sein oder werden. Der Leiter 102 oder der Spulendraht 102 kann eine Gewindestruktur, Einkerbungen, Aussparungen oder Ähnliches aufweisen, z.B. eine aufgeraute Oberfläche.
  • Wie in 2B veranschaulicht ist, kann der Leiter 102 oder der Spulendraht 102 zu einer Spule 100 gewickelt sein oder werden. Dabei kann der Leiter 102 oder der Spulendraht 102 um einen Spulenkörper 104 gewickelt sein oder werden, welcher beispielsweise ferromagnetisches Material aufweisen kann, oder die Spule 100 kann eine Luftspule sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Spule mindestens eine Windung aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Spulendurchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 100 cm liegen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 cm bis ungefähr 80 cm.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Spule 100 beliebig viele Windungen aufweisen, falls erforderlich. Ferner kann die Spule auch als Ringspule bereitgestellt sein oder werden, sowie in jeder anderen geeigneten Form gewickelt werden.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, kann die Spule 100 mit dem Leiter 102 oder Spulendraht 102 in einen Treiberschaltkreis 200 für eine Gasentladungslampe integriert sein. Dabei kann der Treiberschaltkreis 200 Folgendes aufweisen: eine Ladevorrichtung 210 zum Aufladen eines Kondensators 208; den mit der Ladevorrichtung gekoppelten Kondensator 208; und mindestens eine elektromagnetische Spule 100.
  • Dabei kann der Kondensator 208 ein Hochspannungskondensator sein, welcher für einen Spannungsbereich in einem Bereich von ungefähr 1 kV bis ungefähr 50 kV, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 kV bis ungefähr 40 kV, ausgelegt ist. Die mindestens eine elektromagnetische Spule 100 kann beispielsweise derart mit dem Kondensator gekoppelt sein, dass sich ein elektrischer Strom aus dem Kondensator durch die mindestens eine elektromagnetische Spule hindurch entladen kann. Der Kondensator 208 kann beispielsweise parallel zur Ladevorrichtung 210 geschaltet sein und die Spule 100 kann in einen Serienkreis parallel zum Kondensator 208 geschaltet sein, wobei der Serienkreis mit der Spule 100 Anschlusskontakte 206 aufweisen kann zum Einbringen einer Gasentladungslampe in den Serienkreis. Anschaulich kann der Kondensator 208 durch die Spule und eine an die Anschlusskontakte 206 angeschlossene Gasentladungslampe entladen werden, so dass die Gasentladungslampe gepulst als Blitzlampe betrieben werden kann. Dabei kann ein hoher Entladestrom (in einem Bereich von ungefähr 1 kA bis ungefähr 10 kA) durch die Gasentladungslampe fließen. Ferner kann der Treiberschaltkreis 200 eine Drosselspule 312 aufweisen zum Anpassen (z.B. des zeitlichen Verlaufs) des Entladestroms durch die Gasentladungslampe hindurch (vgl. 4A). Dabei kann die Drosselspule 312 eine beliebige elektromagnetische Spule sein.
  • 4A veranschaulicht beispielsweise eine Lampen-Anordnung 300 mit einem Treiberschaltkreis 200, wie vorangehend beschrieben. Dabei kann die Gasentladungslampe 306 mit der Ladevorrichtung 210 und der elektromagnetischen Spule 100 in Reihe geschaltet sein, wobei der Kondensator parallel zu der Gasentladungslampe 306 und der elektromagnetischen Spule 100 geschaltet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Polung der Ladevorrichtung 210 derart eingerichtet sein, dass ein negatives Potential an eine Kathode 306k der Gasentladungslampe 306 (Blitzlampe) bereitgestellt wird oder werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektromagnetische Spule 100 zwischen der Kathode 306k der Gasentladungslampe 306 und der Ladevorrichtung 210 angeordnet sein oder werden. Somit befindet sich die elektromagnetische Spule 100 anschaulich im Lastkreis des Treiberschaltkreises 200. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann an einer Anode 306a der Gasentladungslampe 306 ein positives Potential bereitgestellt sein oder werden, oder zumindest ein positiveres Potential als an der Kathode 306k. Alternativ kann die Anode 306a der Gasentladungslampe 306 (sowie der entsprechende Anschluss der Ladevorrichtung 210) auf Masse 314 (Erdpotential) gelegt sein oder werden (vgl. 4B). Die Drosselspule 312 kann beispielsweise in dem Treiberschaltkreis 200 zwischen der Anode 306a der Gasentladungslampe 306 und der Ladevorrichtung 210 angeordnet sein oder werden.
  • 4B veranschaulicht beispielsweise eine Lampen-Anordnung 300 mit einem Treiberschaltkreis 200, wie vorangehend beschrieben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Spule 100 derart in den Treiberschaltkreis 200 für die Gasentladungslampe 306 integriert sein, dass ein Kurzschlussstrom 320 von dem Kondensator 208 auf beispielsweise Erdpotential limitiert und/oder gedämpft wird. Erdkurzschlüsse entstehen beispielsweise an einer Blitzlampen-Kathode aufgrund der Alterung der Hochspannungsisolation oder aufgrund eines möglichen Wassereinbruchs an den Endstücken, oder beispielsweise (im Vakuum) aufgrund einer Degradation der Gasentladungslampe oder deren Versorgung, z.B. verursacht aufgrund der Plasmabildung. Die transienten Ströme können den Hochspannungskondensator 208 sowie andere elektrische Teile schädigen (z.B. aufgrund eines Polaritätswechsels) und elektromagnetische Störungen sowie Potenzialverschiebungen von Massen und Schutzleitern verursachen.
  • In dem Treiberschaltkreis 200 (dem Leistungskreis) kann im Betriebsfall ein Strom in einem Bereich von ungefähr 5 kA bis ungefähr 10 kA als Halbwelle über eine Zeit von kleiner 1 ms fließen. Ein Erdkurzschluss hingegen kann über mehrere Perioden Ströme (Wechsel-Ströme) mit einer Frequenz von mehr als 10 kHz und einem Scheitelwert von mehr als 100 kA erzeugen. Unter Verwendung der hierin beschriebenen Spule 100 kann der Kurzschlussstrom (z.B. der Maximalwert oder die Amplitude des Kurzschlussstroms) auf weniger als 30 kA ohne Polaritätswechsel begrenzt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Spule 100 eine Induktivität in einem Bereich von ungefähr 5 µH bis ungefähr 50 µH aufweisen, sowie einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von ungefähr 50 mOhm bis ungefähr 1000 mOhm. Der Kondensator kann beispielsweise eine Kapazität in einem Bereich von ungefähr 50 µF bis ungefähr 200 µF (z.B. eine Kapazität von mehr als 100 µF) aufweisen.
  • Ferner kann die Drosselspule 312 eine Induktivität in einem Bereich von ungefähr 100 µH bis ungefähr 1000 µH aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die strombegrenzende Impedanz im Betriebs-Strompfad liegen und daher eine erhebliche Verlustleistung umsetzen. Somit kann die hierin beschriebene elektromagnetische Spule 100 genutzt werden, um den Kurzschlussstrom mit einer höheren Frequenz als der Betriebsstrom effektiver zu begrenzen und/oder zu dämpfen.

Claims (9)

  1. Elektromagnetische Spule (100), aufweisend: • mindestens einen aufgewickelten elektrisch leitfähigen Spulendraht (102), wobei der Spulendraht (102) einen elektrisch leitfähigen Mantelbereich (102m) und einen elektrisch leitfähigen Kernbereich (102k) aufweist, wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich (102m) den elektrisch leitfähigen Kernbereich (102k) umgibt, • wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich (102k) ein Material mit einer ersten frequenzabhängigen Skin-Tiefe aufweist; • wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich (102m) ein Material mit einer zweiten frequenzabhängigen Skin-Tiefe aufweist; • wobei die erste frequenzabhängige Skin-Tiefe kleiner ist als die zweite frequenzabhängige Skin-Tiefe.
  2. Elektromagnetische Spule gemäß Anspruch 1, wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich (102k) parallel zum elektrisch leitfähigen Mantelbereich (102m) geschaltet ist.
  3. Elektromagnetische Spule gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich (102k) einen körperlichen Kontakt zum elektrisch leitfähigen Mantelbereich (102m) aufweist.
  4. Elektromagnetische Spule gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich (102k) eine größere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist als der elektrisch leitfähige Mantelbereich (102m).
  5. Elektromagnetische Spule, aufweisend: • mindestens einen aufgewickelten elektrisch leitfähigen Spulendraht (102), welcher einen von einem elektrisch leitfähigen Mantelbereich (102m) umgebenen elektrisch leitfähigen Kernbereich (102k) aufweist; • wobei der elektrisch leitfähige Mantelbereich (102m) des aufgewickelten Spulendrahts (102) strukturiert ist, und • wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich (102k) parallel zum elektrisch leitfähigen Mantelbereich (102m) geschaltet ist.
  6. Elektromagnetische Spule gemäß Anspruch 5, wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich (102k) einen körperlichen Kontakt zum elektrisch leitfähigen Mantelbereich (102m) aufweist.
  7. Elektromagnetische Spule gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der elektrisch leitfähige Kernbereich (102k) eine größere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist als der elektrisch leitfähige Mantelbereich (102m).
  8. Treiberschaltkreis (200) für eine Gasentladungslampe, der Treiberschaltkreis (200) aufweisend: • eine Ladevorrichtung (210) zum Aufladen eines Kondensators (208); • den mit der Ladevorrichtung (210) gekoppelten Kondensator (208); • mindestens eine elektromagnetische Spule (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine elektromagnetische Spule (100) derart mit dem Kondensator (208) gekoppelt ist, dass sich ein elektrischer Strom aus dem Kondensator (208) durch die mindestens eine elektromagnetische Spule (100) hindurch entladen kann.
  9. Lampen-Anordnung (300) aufweisend: • einen Treiberschaltkreis (200) gemäß Anspruch 8, • eine Gasentladungslampe (306); • wobei die Gasentladungslampe (306), die Ladevorrichtung (210) und die elektromagnetische Spule (100) in Reihe geschaltet sind, und wobei der Kondensator (208) parallel zu der Gasentladungslampe (306) und zu der elektromagnetischen Spule (100) geschaltet ist.
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