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Title:
DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE LAMP HAVING A HOLDING DISC
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/117045
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a tubular dielectric barrier discharge lamp (1) having an axially arranged inner electrode (7), which is supported and centred by means of at least one holding disc (8). An electrically conductive means, for example radially running metallic tracks (11b) is provided on at least one of the two sides of the holding disc (8). This considerably reduces or even completely suppresses the creation of parasitic discharges, in particular surface discharges, in the area of the holding disc. Furthermore, the electrically conductive means acts as an ignition aid for ignition of the lamp.

Inventors:
HOMBACH, Axel (Am Hang 5, Kürten, 51515, DE)
ROSIER, Oliver (Maternusweg 16, Wipperfürth, 51688, DE)
Application Number:
EP2011/052915
Publication Date:
September 29, 2011
Filing Date:
February 28, 2011
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG (Hellabrunner Str. 1, München, 81543, DE)
HOMBACH, Axel (Am Hang 5, Kürten, 51515, DE)
ROSIER, Oliver (Maternusweg 16, Wipperfürth, 51688, DE)
International Classes:
H01J65/04; H01J61/54
Attorney, Agent or Firm:
OSRAM GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:
Ansprüche

Dielektrische Barriere-Entladungslampe (1) mit o einem Entladungsgefäß, das ein Außenrohr (2) auf¬ weist, welches einen mit einem Entladungsmedium gefüllten Entladungsraum (4) umschließt,

o einer Außenelektrode (6), die auf der Außenseite des Außenrohrs (2) angeordnet ist,

o einer länglichen Innenelektrode (7), die innerhalb des Außenrohrs (2) axial angeordnet ist,

o zumindest einer Haltescheibe (8) mit einer axialen Bohrung, durch die hindurch die längliche Innenelektrode (7) verläuft,

wobei sich die Haltescheibe (8) im wesentlichen von der Innenelektrode (7) bis zur Innenseite des Außenrohrs (2) erstreckt, wodurch die Innen¬ elektrode (7) zumindest mittelbar innerhalb des Entladungsgefäßes zentriert ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

o zumindest eine der beiden Seiten der Haltescheibe (8) mit einem elektrisch leitfähigen Mittel (IIa - 11c) versehen ist.

Lampe nach Anspruch 1, wobei sich das elektrisch leitfähige Mittel von der Innenkante (88) der axialen Bohrung bis zur Außenkante (89) der Haltescheibe (8) erstreckt .

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elektrisch leitfähige Mittel zumindest einen Sektorabschnitt (15a, 15b) einer Seite der Haltescheibe (8) umfasst.

Lampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elektrisch leitfähige Mittel als zumindest eine sich im wesent¬ lichen radial erstreckende Bahn (lla-llc; 12a-12b) ausgebildet ist.

Lampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elektrisch leitfähige Mittel aus drei Bahnen (lla-llc) besteht, die gleichmäßig verteilt auf einer Seite der Halte¬ scheibe (8) angeordnet sind.

6. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüchen, wobei das elektrisch leitfähige Mittel als Beschichtung, Folie oder Draht ausgebildet ist. 7. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Mittel aus Metall, insbe¬ sondere Platin, Gold oder Silber besteht.

Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich das Innenrohr (3) innerhalb des Entladungsgefä¬ ßes im wesentlichen entlang der gesamten Lampenlänge erstreckt und wobei das Innenrohr (3) und das Außen¬ rohr (2) in der Art einer koaxialen Doppelrohranordnung gasdicht miteinander verbunden sind.

Description:
Beschreibung

Dielektrische Barriere-Entladungslampe mit Haltescheibe

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer dielektrischen Barriere- Entladungslampe mit einem ein Entladungsmedium umfassenden rohrförmigen Entladungsgefäß. Diese Art von Entladungslampen weist typischerweise eine erste längliche Elektrode auf, die innerhalb des rohrför ¬ migen Entladungsgefäßes angeordnet ist - im Folgenden auch Innenelektrode genannt -, sowie eine zweite längli ¬ che Elektrode, die üblicherweise auf der Außenseite des rohrförmigen Entladungsgefäßes angeordnet ist - im Fol ¬ genden auch Außenelektrode genannt.

Falls die Innenelektrode in direktem Kontakt mit dem Ent ¬ ladungsmedium steht, handelt es sich um eine einseitig dielektrisch behinderte Entladung, da dann nur die Außen- elektrode durch die Wand des Entladungsgefäßes die ¬ lektrisch behindert ist. Falls die Innenelektrode eben ¬ falls durch ein Dielektrikum von dem Entladungsmedium getrennt ist, handelt es sich um eine zweiseitig die ¬ lektrisch behinderte Entladung. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Innenelektrode inner ¬ halb eines Innenrohrs angeordnet ist. Das Innenrohr ist koaxial innerhalb des rohrförmigen Entladungsgefäßes an ¬ geordnet. Mit anderen Worten weist das Entladungsgefäß in dieser so genannten koaxialen Doppelrohranordnung ein in- nerhalb eines Außenrohrs koaxial angeordnetes Innenrohr auf. Das gasdichte Entladungsgefäß ist dabei entweder durch das miteinander Verbinden der beidseitigen Stirnkanten der beiden gleich langen Rohre gebildet oder indem dieses miteinander Verbinden nur einseitig erfolgt und am anderen Ende die beiden unterschiedlich langen Rohre jeweils separat verschlossen sind. Der vom Entladungsgefäß umschlossene Entladungsraum erstreckt sich bei der koaxi- alen Doppelrohranordnung also zwischen Innen- und Außenrohr .

In jedem Fall ist für einen effizienten Lampenbetrieb eine konstante Schlagweite zwischen Außen- und Innenelekt ¬ rode längs der rohrförmigen dielektrischen Barriere- Entladungslampe sicher zu stellen, um - entlang der Lampenlängsachse und des Lampenumfangs betrachtet - eine gleichförmige Entladung und folglich Strahlungsdichte zu erreichen. Deshalb muss die Innenelektrode und gegebenen ¬ falls das Innenrohr möglichst zentrisch innerhalb des Au- ßenrohrs angeordnet sein. Insbesondere bei langen Lampen besteht zudem das Problem des Durchhängens der Innen ¬ elektrode bzw. gegebenenfalls des Innenrohrs, da letzte ¬ res naturgemäß einen kleineren Durchmesser hat als das Außenrohr. Im Extremfall kann dies, beispielsweise beim Transport, zur Beschädigung der Lampe führen.

Anwendung findet dieser Lampentyp insbesondere für die UV-Bestrahlung in der Prozesstechnik, beispielsweise für die Oberflächenreinigung und -aktivierung, Photolytik, Ozonerzeugung, Trinkwasserreinigung, Metallisierung, und UV-Härten. In diesem Zusammenhang ist auch die Bezeichnung Strahler oder UV-Strahler gebräuchlich.

Stand der Technik

In der Schrift EP 1 147 535 Bl ist eine einseitig die ¬ lektrisch behinderte Entladungslampe offenbart. Dabei ist eine erste wendeiförmige Innenelektrode 6 auf ein Innen ¬ rohr 9 gewickelt (siehe dort Fig. 1) . Das Innenrohr 9 ist koaxial innerhalb eines Außenrohres 3 angeordnet, auf dessen Außenseite streifenförmige Außenelektroden 7 pa- rallel zueinander und mit gegenseitigern Abstand angeord ¬ net sind. Zur Stützung des Innenrohrs 9 wird beispiels ¬ weise eine Haltescheibe 15 vorgeschlagen, die über die Innenelektrode 6 geschoben ist.

Das Dokument WO 2009/103337 offenbart ebenfalls eine der- artige dielektrisch behinderte Entladungslampe mit min ¬ destens einer Haltescheibe aus Quarzglas. Die Halteschei ¬ be ist mittels eines linksseitigen Stützmittels und eines rechtsseitigen Stützmittels in Richtung der Lampenlängsachse beidseitig lose gestützt. Nachteilig ist, dass sich im Bereich der aus nichtleitfä- higem Material, beispielsweise Quarzglas, bestehenden Haltescheiben deutlich sichtbare Gleitentladungen ausbilden. Diese parasitären Entladungen verringern den für die eigentliche Hauptentladung verfügbaren Anteil der elekt- rischen Nennleistung und folglich die Effizienz der Lampe .

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine rohr- förmige dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit min ¬ destens einer Haltescheibe mit verbesserten Eigenschaften bereit zu stellen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es insbesondere, die üblicherweise im Bereich einer Hal ¬ tescheibe auftretenden Gleitentladungen zumindest zu vermindern . Diese Aufgabe wird gelöst durch eine dielektrische Bar ¬ rieren-Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das ein Außenrohr aufweist, welches einen mit einem Entladungsme ¬ dium gefüllten Entladungsraum umschließt, einer Außen- elektrode, die auf der Außenseite des Außenrohrs angeord ¬ net ist, einer länglichen Innenelektrode, die innerhalb des Außenrohrs axial angeordnet ist, zumindest einer Hal ¬ tescheibe mit einer axialen Bohrung, durch die hindurch die längliche Innenelektrode verläuft, wobei sich die Haltescheibe im wesentlichen von der Innenelektrode bis zur Innenseite des Außenrohrs erstreckt, wodurch die In ¬ nenelektrode zumindest mittelbar innerhalb des Entla ¬ dungsgefäßes zentriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Seiten der Haltescheibe mit ei- nem elektrisch leitfähigen Mittel versehen ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Mittels auf zumindest einer der beiden Seiten einer Haltescheibe die Entstehung von Gleitentladungen im Bereich der Haltescheibe bzw. auf der Haltescheibe deutlich verringert oder sogar ganz unterdrückt werden kann. Jedenfalls kann damit erreicht wer ¬ den, dass visuell keine parasitären Gleitentladungen mehr erkennbar sind. Dadurch werden auch die ansonsten mit den parasitären Gleitentladungen einhergehenden Verluste vermieden. Außerdem hat der Erfinder herausgefunden, dass das elektrisch leitfähige Mittel auf einer Haltescheibe auch als Zündhilfe beim Zünden der Lampe fungiert. Da- durch kann auf die üblicherweise notwendigen Zündhilfen, beispielsweise ein an einem Ende der Lampe angeordneter Platindraht, verzichtet werden. Dadurch lässt sich die Lampe kostengünstiger herstellen.

Vorzugsweise ist das elektrisch leitfähige Mittel so aus ¬ gebildet, dass es sich von der Kante der axialen Bohrung bis zur äußeren Kante der Haltescheibe erstreckt. Dabei können ein oder mehrere Sektorabschnitte einer Seite der Haltescheibe von dem elektrisch leitfähige Mittel abge ¬ deckt sein. Alternativ kann das elektrisch leitfähige Mittel als zumindest eine sich im wesentlichen radial erstreckende, streifenförmige Bahn ausgebildet sein. Je ¬ denfalls hat es sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn das elektrisch leitfähige Mittel auf der Halteschei ¬ be die Distanz zwischen Innenelektrode und Außenelektrode möglichst im wesentlichen vollständig überbrückt. Offen- bar wird dann im Bereich einer Haltescheibe eine Art „Kurzschluss" erzeugt, der das lokale elektrische Feld zumindest soweit schwächt, dass die Entstehung von Gleit ¬ entladungen unterbleibt.

In diesem Zusammenhang hat es sich insbesondere bei lose gelagerten Haltescheiben als besonders vorteilhaft erwie ¬ sen, wenn das elektrisch leitfähige Mittel in Form von drei radialen Bahnen bzw. Streifen ausgebildet ist, die gleichmäßig verteilt auf zumindest einer Seite der Halte ¬ scheibe angeordnet sind. Da sich eine lose Haltescheibe prinzipiell, z.B. beim Einbau in die Lampe oder Transport der fertigen Lampe, drehen kann, ist mit drei sternförmigen Bahnen sichergestellt, dass zumindest eine der drei Bahnen sich in dem Bereich der Haltescheibe befindet, der aufgrund der Schwerkraft auf dem Innenboden des Außen- rohrs aufsteht. Es hat sich nämlich als vorteilhaft her ¬ ausgestellt, wenn der Abstand zwischen zumindest einer Bahn und der Außenelektrode möglichst klein ist. Da das Innenrohr aufgrund einer leichten „Durchbiegung" auf der Innenkante der Haltescheibe aufsteht, ist ein kleiner Ab ¬ stand zur Innenelektrode ebenfalls gegeben. Für weitere Details hierzu wird auf das Ausführungsbeispiel verwie ¬ sen .

Das elektrisch leitfähige Mittel besteht aus einem elekt ¬ risch leitfähigen Material, beispielsweise Metall, und kann z.B. als Beschichtung, Folie, Draht oder Ähnlichem ausgebildet sein. Als besonders geeignet haben sich Pla ¬ tin oder Silber erwiesen, da sie gegenüber der bei diesem Lampentyp üblicherweise besonders intensiven Ultravio- lett-Strahlung relativ widerstandsfähig sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. la eine Längsschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen dielektrischen Barriere-Entladungslampe,

Fig. lb eine Querschnittsdarstellung der Lampe aus Fig.

la, Fig. 2 eine Haltescheibe mit drei Metallbahnen,

Fig. 3 eine Variante mit zwei Metallbahnen,

Fig. 4 eine Haltescheibe mit zwei metallisierten Sektorabschnitten . Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In den nachfolgend erläuterten Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen .

Die Figuren la und lb zeigen in stark schematisierter Darstellung eine Längsschnitt- bzw. eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen dielelektrischen Barrieren-Entladungslampe 1. Es handelt sich dabei um eine dielelektrische Barrieren-Entladungs ¬ lampe wie sie auch in der bereits eingangs erwähnten WO 2009/103337 offenbart ist. Das längliche Entladungsge ¬ fäß der Lampe 1 besteht aus einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3 in koaxialer Doppelrohranordnung, die so die Längsachse des Entladungsgefäßes definieren. Die typische Länge L der Rohre beträgt je nach Anwendung zwischen ca. 10 und 250 cm. Das Außenrohr 2 hat in diesem Ausführungs ¬ beispiel einen Durchmesser von 44 mm und eine Wandstärke von 2 mm. Das Innenrohr 3 hat einen Durchmesser von 20 mm und eine Wandstärke von 1 mm. Die radiale Ausdehnung der Entladung zwischen Innen- und Außenelektrode beträgt so ca. 10 mm ( [44 mm - 2 mal 2 mm - 20 mm] /2) . Beide Rohre 2, 3 bestehen aus für UV-Strahlung durchlässigem Quarzglas. Außerdem ist das Entladungsgefäß an seinen beiden Stirnseiten derart verschlossen, dass ein länglicher, ringspaltförmiger Entladungsraum 4 gebildet ist. Zu diesem Zweck weist das Entladungsgefäß an seinen beiden Enden jeweils geeignet geformte, ringartige Gefäßab ¬ schnitte 5 auf. Außerdem ist an einem der Gefäßabschnit ¬ te 5 ein Pumprohr (nicht dargestellt) angesetzt, mit Hil ¬ fe dessen der Entladungsraum 4 zunächst evakuiert und an- schließend mit 15 kPa Xenon gefüllt wird. Auf der Außen- seite der Wand des Außenrohrs 2 ist ein Drahtnetz 6 auf ¬ gezogen, das die Außenelektrode der Lampe 1 bildet. Im Inneren des Innenrohrs 3 ist ein metallischer Gewebe ¬ schlauch 7 aus VA-Stahl angeordnet, der als Innenelektro- de fungiert. Alternativ kann hierfür auch ein dünnes Metallrohr verwendet werden, vorzugsweise längs geschlitzt. Ungefähr in der Mitte des Entladungsgefäßes ist eine Hal ¬ tescheibe 8 aus Quarzglas mit einer Dicke D von 2 mm lose angeordnet. Alternativ kann die Haltescheibe auch aus ei- nem anderen Isolierstoff gefertigt sein, beispielsweise Keramik. Bei entsprechend langen Lampen kann auch mehr als eine Haltescheibe vorgesehen sein, um eine ausrei ¬ chend gute Zentrierung und Halterung der Innenelektrode zu gewährleisten. Die Haltescheibe 8 weist eine zentri- sehe Bohrung auf derart, dass sie sich gut auf das Innen ¬ rohr 3 aufschieben lässt. Außerdem ist die Haltescheibe 8 mit vier Bohrungen 81 - 84 versehen, um den Strömungswiderstand beim Evakuieren und anschließenden Befüllen des Entladungsraumes 4 möglichst gering zu halten. Links und rechts der Haltescheibe 8 sind je drei Quarzglasper ¬ len 9a-9c, 10a-10c an die Oberfläche des Innenrohrs 3 an ¬ gefügt, um die Haltescheibe 8 lose zu lagern. Diese lose Lagerung ist hier aber allenfalls von untergeordneter Bedeutung. Für weitere Details hierzu sei deshalb auf die bereits erwähnte WO 2009/103337 verwiesen.

Die Haltescheibe 8 weist auf ihrer einen Seite drei aus Goldpaste dünn aufgebrachte, streifenförmige Bahnen IIa, IIb und 11c auf. Alternativ können die Bahnen auch aufgedampft oder in Form von Folienstreifen aufgeklebt sein. Die Bahnen IIa, IIb und 11c erstrecken sich radial von der Innenkante 88 der gelochten Haltescheibe 8 bis zu de- ren Außenkante 89. Die Bahnen müssen nicht notwendigerweise gerade sein, wie beispielhaft dargestellt. Ent ¬ scheidend ist nur, dass sie sich zumindest im wesentli ¬ chen von der Innenkante bis zur Außenkante der Halte- Scheibe erstrecken. Außerdem sind die drei Bahnen IIa, IIb und 11c gleichmäßig verteilt angeordnet, d.h. jeweils im gegenseitigen Winkelabstand von ca. 120°. Prinzipiell sind zwar auch mehr oder weniger als drei Bahnen denkbar. Mehr Bahnen bringen aber nach derzeitiger Erkenntnis kei- nen entscheidenden Vorteil sondern nur mehr Herstellungsaufwand und damit Kosten. Weniger als drei gleichmäßig verteilte Bahnen haben einen Nachteil, der im Folgenden anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert wird. Die Fi ¬ guren 2 und 3 zeigen jeweils eine Haltescheibe 8 in einem Außenrohr 2. Auf das Innenrohr und die Elektroden ist bei diesen beiden Darstellungen der Einfachheit halber verzichtet. Da die lose Haltescheibe 8 aufgrund der Schwer ¬ kraft sowie durch den Druck vom Innenrohr in der Regel auf dem Bodenabschnitt 13 des Außenrohrs 2 aufsteht, wird der Abstand der Außenkante der Haltescheibe 8 zur Innen ¬ wand des Außenrohrs 2 in Richtung zum entgegen gesetzten Deckenabschnitt 14 des Außenrohrs 2 zunehmend größer. In Falle von nur zwei Bahnen 12a, 12b (siehe Fig. 3) besteht die unvorteilhafte Möglichkeit, dass die lose Halteschei- be 8 gerade so gedreht ist, dass keine der beiden Bahnen 12a, 12b im Bereich des Bodenabschnitts 13 verläuft son ¬ dern irgendwo zwischen Bodenabschnitts 13 und Deckenab ¬ schnitt 14 (vgl. Fig. 3) . Bei drei oder mehr gleichmäßig verteilten radialen Bahnen IIa - 11c ist hingegen zumin- dest immer eine Bahn IIb zumindest relativ nahe am Boden ¬ abschnitt 13 (vgl. Fig. 2) . Dadurch ist sicher gestellt, dass diese Bahn IIb erst relativ nahe an der Außenelekt- rode (in Fig. 2 und Fig. 3 nicht dargestellt) endet, d.h. der gegenseitige Abstand wie gewünscht relativ gering ist. Alternativ kann auch zumindest ein Metalldraht radi ¬ al auf der Haltescheibe angeordnet sein, beispielsweise indem ein Draht schlaufenförmig um ein Haltescheibensegment gewickelt wird (nicht dargestellt) .

Die Fig. 4 zeigt eine Haltescheibe 8 mit zwei aufgedampf ¬ ten Metallschichten 15a, 15b, die jeweils einen Sektorab ¬ schnitt von ca. 90° abdecken. Die Metallschichten können auch als Paste aufgetragen, als Folie aufgeklebt oder in sonstiger Weise aufgebracht sein. In diesem Ausführungs ¬ beispiel sind bereits zwei Sektorabschnitte 15a, 15b aus ¬ reichend, da zumindest einer der Sektoren relativ nahe an der Außenelektrode endet, egal wie die lose Haltescheibe 8 gerade gedreht ist. Prinzipiell können die Sektorab ¬ schnitte aber auch geringere Winkelbereiche abdecken bzw. mehr als zwei Winkelabschnitte vorgesehen sein.

Außer den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen sind weitere Formen und Abwandlungen denkbar, die die gleiche vorteilhafte erfindungsgemäße Wirkung haben. Ent ¬ scheidend ist einzig, dass zumindest eine Seite der Hal ¬ tescheibe ein elektrisch leitfähiges Mittel aufweist, das sich zumindest in einem Teilbereich im wesentlichen vom Innenrand bis zum Außenrand der Haltescheibe erstreckt.