DE19728646A1 - Tauchlampe für die Anregung photochemischer Reaktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tauchlampe für die Anregung photochemischer Reaktionen mittels UV-Strahlung, mit einem UV-Strahler, der in einem Tauchrohr angeordnet ist, dessen untere Stirnseite geschlossen ausgebildet ist und dessen obere Stirnseite mit einer Verschlußkappe versehen ist, durch die der elektrische Anschluß für mindestens zwei Elektroden des UV-Strah­ lers herausgeführt ist.

Derartige Tauchlampen werden beispielsweise in der chemischen Industrie zur photochemi­ schen Behandlung von Flüssigkeiten eingesetzt. Eine Tauchlampe der angegebenen Gattung ist in der DE-C 142 14 344 beschrieben. Bei der bekannten Tauchlampe ist innerhalb eines hermetisch abgedichteten Quarzglas-Tauchrohres ein Quecksilber-Strahler angeordnet. Das untere Ende des Tauchrohres ist verschlossen. Das Tauchrohr ist koaxial von einem Schutz­ rohr umgeben, das mit einer Abdeckung versehen ist, durch die hindurch die Anschlußdrähte für den elektrischen Anschluß der Elektroden des Quecksilber-Strahlers lichtdicht geführt sind.

Der Quecksilber-Strahler ist als Höchstleistungsstrahler ausgebildet, der neben seinen Linien­ spektren ein Strahlungsmaximum im Bereich zwischen 200 bis 245 nm erzeugt. Bei der be­ kannten Lampe ist der Austausch des Strahlers relativ zeit- und kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Tauchlampe anzugeben, bei der der UV-Strahler einfach ausgetauscht werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Tauchlampe der eingangs genannten Gattung erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden jeweils mit ersten Steckelementen elektrisch verbunden sind, die an einer unteren, mindestens teilweise innerhalb des Tauchrohres ange­ ordneten Fassung isoliert voneinander gehalten werden und die jeweils mit zweiten, an einer oberen Fassung isoliert voneinander gehaltenen, zweiten Steckelementen steckbar verbunden sind, und daß die Verschlußkappe vom Tauchrohr abnehmbar gestaltet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Tauchlampe ist der elektrische Anschluß des UV-Strahlers über eine lösbare Steckverbindung gestaltet. Die lösbare Steckverbindung erlaubt einen einfachen Austausch des Strahlers. Üblicherweise ist der UV-Strahler mit zwei Elektroden ausgestattet, wovon bei den folgenden Erläuterungen der Einfachheit halber ausgegangen wird. Erfindungs­ gemäß sind beide Elektroden mit jeweils einem ersten Steckelement verbunden. Die paarwei­ se in einer gemeinsamen Fassung gehaltenen Steckelemente werden nachfolgend als Stecke­ lementen-Paar bezeichnet. Das erste Steckelementen-Paar ist mit einem zweiten Steckele­ menten-Paar steckbar verbunden. Die paarweise miteinander verbundenen Steckelemente bil­ den die lösbare elektrische Steckverbindung.

Jedes Steckelementen-Paar wird isoliert voneinander in einer gemeinsamen Fassung gehal­ ten. Die gemeinsame Fassung trägt zur mechanischen Stabilität der Steckverbindung bei. Im einfachsten Fall besteht die Fassung aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff. Die Art und Weise der Halterung der Steckelemente in oder an der Fassung ist für die Erfindung nicht ent­ scheidend. Wesentlich ist lediglich, daß dadurch die Steckelemente bezüglich ihrer Lage paar­ weise zueinander fixiert sind. Dies erleichtert die Handhabung beim Lösen und Herstellen der elektrischen Verbindung.

Das erste Steckelementen-Paar wird in einer unteren Fassung gehalten, die mindestens teil­ weise innerhalb des Tauchrohres angeordnet ist. Die untere Fassung kann von der oberen Stirnseite des Tauchrohres aus in das Tauchrohr hineinragen. Sie kann aber auch vollständig innerhalb des Tauchrohres angeordnet sein. Diese Anordnung ermöglicht eine kompakte Aus­ bildung der Tauchlampe durch möglichst kurze Verbindungsleitungen zwischen den Elektro­ den und ihrem jeweiligen ersten Steckelement.

Dadurch, daß die Verschlußkappe vom Tauchrohr abnehmbar gestaltet ist, wird ein Zugriff auf die elektrische Steckverbindung und damit der einfache Austausch des UV-Strahlers durch Entnahme nach oben ermöglicht.

Bei einer wegen ihrer Kompaktheit besonders bevorzugten Ausführungsform der Tauchlampe sind untere Fassung und obere Fassung innerhalb des Tauchrohres angeordnet. Die untere Fassung kann beispielsweise unmittelbar oberhalb des UV-Strahlers angeordnet sein. Da­ durch ergeben sich besonders kurze Verbindungsleitungen zwischen den Elektroden und dem ersten Steckelementen-Paar.

Bewährt haben sich Steckelemente, die einerseits als Stifte und andererseits als Buchsen aus­ gebildet sind. Üblicherweise sind bei einer der Fassungen die Steckelemente paarweise als Stifte und bei der anderen als Buchsen ausgebildet. Die Längsachsen der Stifte bzw. Buchsen können dabei parallel zur Längsachse des Tauchrohres verlaufen. Derartige Steckelemente lassen sich leicht voneinander trennen und miteinander verbinden. Besonders feste und siche­ re Verbindungen ergeben sich durch handelsübliche Federbuchsen, in denen die Stifte kraft­ schlüssig gehalten werden.

Als vorteilhaft hat sich eine Tauchlampe erwiesen, bei der die obere Fassung an einem koaxial zum Tauchrohr angeordneten inneren Haltezylinder gehalten wird, der mit der Verschlußkappe verbunden ist. Der innere Haltezylinder gewährleistet eine biegesteife Verbindung zwischen Verschlußkappe und oberer Fassung und den darin gehaltenen zweiten Steckelementen. Dies ermöglicht eine besondere Gestaltung der Tauchlampe, bei der beim Abnehmen der Ver­ schlußkappe die zweiten Steckelemente von den ersten Steckelementen gelöst und beim Auf­ setzen der Verschlußkappe die Steckverbindung wieder hergestellt wird.

Besonders bevorzugt wird eine Tauchlampe, bei der der UV-Strahler als Excimer-Strahler mit doppelwandigem Entladungsrohr und koaxial zum Tauchrohr verlaufender Innenbohrung aus­ gebildet ist, durch die sich der innere Haltezylinder erstreckt, wobei der innere Haltezylinder mit einem Stützelement verbunden ist, das den Excimer-Strahler untergreift. Das doppelwandige Entladungsrohr bildet einen im Querschnitt ringförmigen Entladungsspalt, in dem ein unter Ent­ ladungsbedingungen Excimere bildendes Gas eingeschlossen ist. Derartige Excimer-Strahler sind beispielsweise in der EP-A1 254 111 beschrieben. Der innere, mit der Verschlußkappe verbundene Haltezylinder erstreckt sich durch die Innenbohrung des doppelwandigen Entla­ dungsrohres. An seinem unteren, aus dem Entladungsrohr herausragenden Ende ist er mit ei­ nem Stützelement verbunden, das den Excimer-Strahler untergreift. Bei dieser Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Tauchlampe kann der innere Haltezylinder mitsamt des Excimer- Strahlers aus dem Tauchrohr gehoben werden. Dadurch läßt sich der Strahler besonders ein­ fach austauschen. Die Austauschbarkeit des Strahlers wird erleichtert, wenn das den Excimer- Strahler untergreifende Stützelement vom inneren Haltezylinder lösbar gestaltet ist.

Besonders bevorzugt wird eine Tauchlampe, bei der der innere Haltezylinder rohrförmig aus­ gebildet ist und sich durch eine Durchgangsbohrung der Verschlußkappe erstreckt. Durch den rohrförmigen Haltezylinder kann beispielsweise ein Inertgas in das Tauchrohr eingeleitet wer­ den. Dieses kann zur Kühlung oder optischen Inertisierung des UV-Strahlers dienen. Die Vermeidung einer Ozonbildung ist auch im Hinblick auf eine einfachere Austauschbarkeit des UV-Strahlers vorteilhaft.

Als besonders geeignet hat es sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tauchlam­ pe erwiesen, bei der die untere Fassung an einem äußeren Haltezylinder gehalten wird, wobei der UV-Strahler als Excimer-Strahler mit doppelwandigem Entladungsrohr und koaxial zum Tauchrohr verlaufender Innenbohrung ausgebildet ist, durch die sich der äußere Haltezylinder erstreckt. Hinsichtlich des Excimer-Strahlers wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Die Halterung der unteren Fassung an einem äußeren Haltezylinder trägt zur mechanischen Stabi­ lität der Steckverbindung bei und erleichtert so das Lösen oder Herstellen der elektrischen Verbindung. Hierzu kann der sich durch die Innenbohrung des Excimer-Strahlers erstreckende Haltezylinder beispielsweise vollständig oder teilweise am Entladungsrohr an liegen. Für den Fall eines rohrförmig ausgebildeten äußeren Haltezylinders erstreckt sich vorteilhafterweise durch dessen Mittenbohrung der innere Haltezylinder. Dies kann zusätzlich zum Abstützen des äußeren Haltezylinders beitragen.

Vorteilhafterweise weist das Tauchrohr im Bereich seiner oberen Stirnseite ein Außengewinde auf, das in ein entsprechendes Innengewinde der Verschlußkappe eingreift. Dies gewährleistet ein besonders einfaches Abnehmen der Verschlußkappe bei gleichzeitig hoher Festigkeit der Verbindung zwischen Verschlußkappe und Tauchrohr und damit eine hohe Betriebssicherheit der Tauchlampe.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Patentzeich­ nung näher erläutert. In der einzigen Figur ist eine erfindungsgemäße Tauchlampe, teilweise im Schnitt, dargestellt. Im Schnitt dargestellte Bereiche der Tauchlampe sind mit A, B, C und D bezeichnet.

Die in Fig. 1 dargestellte Tauchlampe weist ein doppelwandiges Tauchrohr 1 aus Quarzglas auf, das mit Anschlüssen 2; 3 für eine Flüssigkeitskühlung versehen ist. Das untere Ende 4 des Tauchrohres 1 ist geschlossen.

Innerhalb des Tauchrohres 1 ist ein KrCl-Excimer-Strahler 5 angeordnet. Der Excimer-Strahler 5 gibt im wesentlichen in kohärente UV-Strahlung einer Wellenlänge von 222 nm ab. Der Exci­ mer-Strahler 5 besteht aus zwei koaxial zueinander und koaxial zum Tauchrohr 1 angeordne­ ten Quarzglasrohren, die einen im Querschnitt ringförmigen, stirnseitig geschlossenen Entla­ dungsspalt 6 über eine Länge von ca. 150 mm umschließen und in dem das Füllgas (KrCl) enthalten ist. Der Entladungsspalt 6 ist einerseits von einer netzförmigen Außenelektrode 7 und andererseits von einer rohrförmigen, ultraviolettes Licht reflektierenden Innenelektrode 8 umgeben. Die Anschlußdrähte 9; 10 für den elektrischen Anschluß der Elektroden 7; 8 sind mit Anschlußstiften 11 bzw. 12 verbunden, die voneinander isoliert in einer unteren Fassung 13 aus keramischem Material befestigt sind. Dabei ragen die Anschlußstifte 11 bzw. 12 in Rich­ tung der Längsachse 14 des Tauchrohres 1 nach oben aus der unteren Fassung 13 heraus.

Zur Herstellung einer elektrischen Steckverbindung sind mit den Anschlußstiften 11; 12 korre­ spondierende Drahtfederbuchsen 15; 16 vorgesehen, die an einer oberen Fassung 17 mit Schraubanschluß befestigt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 1 die Anschlußstifte 11; 12 und die Drahtfederbuchsen 15; 16 räumlich voneinander getrennt dargestellt. Zur Her­ stellung der Steckverbindung greifen die Anschlußstifte 11; 12 jeweils in eine der Drahtfeder­ buchsen 15 bzw. 16 ein, wobei sie durch die Wirkung einer Feder kraftschlüssig darin gehalten werden.

Sowohl die untere Fassung 13 als auch die obere Fassung 17 sind unmittelbar oberhalb des Excimer-Strahlers 5 und innerhalb des Tauchrohres 1 angeordnet. Beide Fassungen 13; 17 sind ringscheibenförmig ausgebildet.

In die Bohrung der unteren Fassung 13 ist ein Halterohr 18 aus Quarzglas eingekittet. Das Halterohr 18 erstreckt sich von oberhalb des Excimer-Strahlers 5 koaxial durch dessen Mitten­ bohrung. Es sitzt auf einem Konterring 19 auf, der im unteren Bereich des Excimer-Strahlers 5 angeordnet ist.

Die obere Fassung 17 ist auf ein Innenrohr 20 aus Quarzglas aufgekittet, das einen Außen­ durchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Halterohres 18. Das Innenrohr 20 erstreckt sich einerseits nach unten koaxial zum Halterohr 18 verlaufend durch den Konter­ ring 19, der am unteren Ende des Innenrohres 20 mittels einer Madenschraube 21 befestigt ist. Andererseits erstreckt sich das Innenrohr 20 nach oben durch die Durchgangsbohrung ei­ ner Kunststoff-Verschlußkappe, mittels der die obere Stirnseite 30 des Tauchrohres 1 ver­ schlossen ist und der in der Fig. 1 insgesamt die Bezugsziffer 24 zugeordnet ist.

Der elektrische Anschluß für die beiden Elektroden 7; 8 wird über die elektrische Steckverbin­ dung, bestehend aus den Anschlußstiften 11; 12 und den Drahtfederbuchsen 15; 16 mittels biegesteifer Anschlußdrähte 22; 23 über eine zweite elektrische Steckverbindung 25; 26 durch die Verschlußkappe 24 geführt. Die zweite elektrische Steckverbindung 25; 26 besteht eben­ falls aus jeweils einem Anschlußstift und einer Anschlußbuchse. Die Anschlußstifte sind in einem Kappen-Unterteil 27 der Verschlußkappe 24 befestigt; die Anschlußbuchsen in einem am Unterteil angeschraubten Kappen-Oberteil 28.

Die Verschlußkappe 24 ist von einem Gehäuse 31 aus Aluminium umgeben, das auf einen Gewindering 32 am oberen Ende 30 des Tauchrohres 1 aufgeschraubt ist. Das Gehäuse 31 umschließt einen oberhalb der Verschlußkappe 24 ausgebildeten Hohlraum 33, in den eine Anschlußbuchse 34 für den elektrischen Anschluß des Excimer-Strahlers 5, eine Anschluß­ buchse 35 für den elektrischen Anschluß eines Fehlerstromschutzschalters und ein Gasan­ schluß 36 münden.

Von der zweiten elektrischen Steckverbindung 25; 26 aus wird der elektrische Anschluß für die beiden Elektroden 7; 8 mittels biegsamer Anschlußdrähte 37; 38 über die Anschlußbuchse 34 nach außen geführt.

Ein über den Gasanschluß 36 in das Tauchrohr 1 eingeleiteter Spül- oder Kühlgasstrom ver­ läßt das Tauchrohr über einen in der Verschlußkappe 24 vorgesehenen Kanal 39. Der Spalt zwischen dem Innenrohr 20 und der Durchgangsbohrung der Verschlußkappe 24 ist mittels ei­ nes Dichtringes 40 verschlossen. Das Gehäuse 31 ist mit einer abnehmbaren Deckplatte 41 versehen.

Die erfindungsgemäße Tauchlampe ist mit einem (in der Figur nicht dargestellten) Hochfre­ quenznetzgerät verbunden. Hierbei handelt es sich um einen Wechselrichter für den Lei­ stungsbereich um 100 W bei einer typischen Arbeitsfrequenz von weniger als 200 kHz und Be­ triebsspannungen von mehreren kV. Zur Verbindung mit der Tauchlampe ist ein spezielles hochspannungsfestes HF-Kabel vorgesehen.

Nachfolgend werden Funktionen einzelner Bauelemente und Bestandteile der erfindungsge­ mäßen Tauchlampe und das Auswechseln eines Excimer-Strahlers 5 anhand der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform näher beschrieben:
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Tauchlampe mit einem KrCl-Excimer- Strahler ausgerüstet. Statt dessen kann beispielsweise auch ein XeCl-Excimer-Strahler einge­ setzt werden, der UV-Strahlung einer Wellenlänge von 308 nm abstrahlt. Zum Auswechseln des UV-Strahlers wird zunächst das Gehäuse 31 vom Tauchrohr 1 abgeschraubt. Beim Anhe­ ben des Gehäuses 31 wird gleichzeitig das Innenrohr 20 angehoben. Das Durchrutschen des Innenrohres 20 wird durch den Dichtring 40 verhindert. Mit dem Innenrohr 20 wiederum ist der Excimer-Strahler 5 verbunden. Die Verbindung kommt durch die am Innenrohr 20 angekittete obere Fassung 17, die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Drahtfederbuchsen 15; 16 und den Anschlußstiften 11; 12 und deren elektrische Verbindung mit den Elektroden 7; 8 des Excimer-Strahlers 5 zustande. Zusätzlich verhindert der am Innenrohr 20 befestigte Konterring 21 ein Abrutschen des Excimer-Strahlers 5 nach unten. Die biegesteifen Anschlußdrähte 22; 23 erleichtern die Entnahme des Kappen-Unterteils 27 bzw. des Kappen-Oberteils 28.

Somit kann durch das Anheben des Gehäuses 31 der Excimer-Strahler 5 aus dem Tauchrohr 1 auf einfache Weise entnommen werden.

Daraufhin wird die Madenschraube 21 gelockert und der Konterring 19 entfernt. Der Excimer- Strahler 5 läßt sich dann in Richtung der Längsachse 14 des Tauchrohres nach unten abzie­ hen, wobei sich die Steckverbindung, bestehend aus den Anschlußstiften 11; 12 und den Drahtfederbuchsen 15; 16 löst. Der Excimer-Strahler 5 sowie die untere Fassung 13 mitsamt den Anschlußstiften 11; 12 und das Halterohr 18 bilden dabei eine Baueinheit. Diese zeichnet sich durch ihre kompakte Bauweise aus. Eine entsprechende Baueinheit, bei der lediglich ein anderer oder neuer Excimer-Strahler anstelle des Excimer-Strahlers 5 vorgesehen ist, wird ein­ gesetzt, indem die oben beschriebenen Verfahrensschritte in umgekehrter Reihenfolge durch­ geführt werden. Der Austausch des Excimer-Strahlers gestaltet sich somit bei der erfindungs­ gemäßen Tauchlampe sehr einfach.

Darüber hinaus sind bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Excimer- Strahlers auch andere elektrische Bauteile innerhalb des Gehäuses 31 einfach austauschbar. Hierzu wird die Deckplatte 41 vom Gehäuse 31 abgehoben. Dadurch ergibt sich ein Zugriff auf die Anschlußbuchsen 34 bzw. 35 und auf die zweite Steckverbindung 25; 26. Durch Anhe­ ben des Einsatz-Oberteiles 28 wird die zweite Steckverbindung 25; 26 gelöst.

Über den Gasanschluß 36 kann während des Betriebes der Tauchlampe oder vor dem Aus­ tausch des Excimer-Strahlers 5 bzw. vor dem Entfernen der Deckplatte 41 Stickstoff eingelei­ tet werden. Der Stickstoff-Strom dient während des Betriebes der Tauchlampe zur Vermeidung einer Ozonbildung im Tauchrohr und zur Kühlung des Excimer-Strahlers 5. Der Stickstoff- Strom verläßt das Tauchrohr über den Kanal 39.

Claims (9)

1. Tauchlampe für die Anregung photochemischer Reaktionen mittels UV-Strahlung, mit ei­ nem UV-Strahler, der in einem Tauchrohr angeordnet ist, dessen untere Stirnseite ge­ schlossen ausgebildet ist und dessen obere Stirnseite mit einer Verschlußkappe verse­ hen ist, durch die der elektrische Anschluß für mindestens zwei Elektroden des UV-Strah­ lers herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7; 8) jeweils mit ersten Steckelementen (11; 12) elektrisch verbunden sind, die an einer unteren, in­ nerhalb des Tauchrohres (1) angeordneten Fassung (13) isoliert voneinander gehalten werden und die jeweils mit zweiten, an einer oberen Fassung (17) isoliert voneinander gehaltenen, zweiten Steckelementen (15; 16) steckbar verbunden sind, und daß die Ver­ schlußkappe (24) vom Tauchrohr (1) abnehmbar gestaltet ist.

2. Tauchlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß untere Fassung (13) und obere Fassung (17) innerhalb des Tauchrohres (1) angeordnet sind.

3. Tauchlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckelemente (11; 12; 15; 16) einerseits als in Richtung der Längsachse (14) des Tauchrohres (1) ver­ laufende Stifte (11; 12) und andererseits als in Richtung der Längsachse (14) des Tauchrohres (1) sich erstreckende Buchsen (15; 16) ausgebildet sind.

4. Tauchlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fassung (17) an einem koaxial zum Tauchrohr (1) angeordneten, inneren Hal­ tezylinder (20) gehalten wird, der mit der Verschlußkappe (24) verbunden ist.

5. Tauchlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der UV-Strahler als Exci­ mer-Strahler (5) mit doppelwandigem Entladungsrohr (6) und koaxial zum Tauchrohr (1) verlaufender Innenbohrung ausgebildet ist, durch die sich der innere Haltezylinder (20) erstreckt, wobei der innere Haltezylinder (20) mit einem Stützelement (19) verbunden ist, das den Excimer-Strahler (5) untergreift.

6. Tauchlampe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Haltezy­ linder (20) rohrförmig ausgebildet ist und daß er sich durch eine Durchgangsbohrung der Verschlußkappe (24) erstreckt.

7. Tauchlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Fassung (13) an einem äußeren Haltezylinder (18) gehalten wird, und daß der UV-Strahler als Excimer-Strahler (5) mit doppelwandigem Entladungsrohr (6) und koaxial zum Tauchrohr (1) verlaufender Innenbohrung ausgebildet ist, durch die sich der äußere Haltezylinder (18) erstreckt.

8. Tauchlampe nach Anspruch 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äuße­ re Haltezylinder (18) rohrförmig ausgebildet ist, und daß sich durch die Bohrung des äu­ ßeren Haltezylinders (18) der innere Haltezylinder (20) erstreckt.

9. Tauchlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (1) im Bereich seiner oberen Stirnseite (30) ein Außengewinde (32) auf­ weist, das in ein entsprechendes Innengewinde der Verschlußkappe (24) eingreift.