Beschreibung

Dielektrische Barrieren-Entladungslampe in Doppelrohrkon ^¬ figuration

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer dielektrische Barrieren- Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß in koaxialer Doppelrohranordnung, d.h. ein Innenrohr ist koaxial innerhalb eines Außenrohrs angeordnet. Dabei sind Innenrohr und Außenrohr an ihren beiden Stirnseiten miteinander verbunden und bilden so das gasdichte Entladungsgefäß. Der vom Entladungsgefäß umschlossene Entladungsraum er ^¬ streckt sich also zwischen Innen- und Außenrohr.

Diese Art von Entladungslampen weist typischerweise eine erste Elektrode auf, die innerhalb des Innenrohrs ange ^¬ ordnet ist und eine zweite Elektrode, die auf der Außen ^¬ seite des Außenrohrs angeordnet ist. Beide Elektroden be ^¬ finden sich somit außerhalb des Entladungsgefäßes. Es handelt sich in diesem Fall also um eine zweiseitig die- lektrisch behinderte Entladung. Wenn im Folgenden der Einfachheit wegen gelegentlich von der inneren Elektrode oder Innenelektrode und äußeren Elektrode oder Außen ^¬ elektrode die Rede ist, so bezieht sich diese Bezeichnung folglich lediglich auf die räumliche Anordnung der betreffenden Elektrode bezüglich der koaxialen Doppelrohranordnung, d.h. innerhalb des Innenrohrs bzw. auf der Außenseite des Außenrohrs. Einerseits soll die innere E- lektrode fest an der Wand des Innenrohrs anliegen, d.h. ohne durchzuhängen, andererseits soll sie möglichst leicht zu montieren sein.

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

Stand der Technik

Aus der Schrift DE 42 22 130 Al ist ein koaxialer Doppel ^¬ rohrstrahler bekannt. Die Innenelektrode ist hier als spiralförmiger Metalldraht ausgeführt. Nachteilig ist al- lerdings, dass diese Art der Innenelektrode das Innenrohr nur auf einem relativ kleinen Flächenanteil kontaktiert. Außerdem entspricht der spiralförmige Metalldraht einer relativ langen Leiterbahn mit entsprechend höherem ohm- schen und induktiven Widerstand, wodurch sich die Ener- gieeinkoppelung verschlechtert.

In der Schrift EP 0 703 603 Al ist ein koaxialer Doppel ^¬ rohrstrahler offenbart, dessen rohrförmige Innenelektrode in Längsachsrichtung einen durchgängigen geraden Schlitz aufweist. Als Alternative ist eine rohrförmige Innen- elektrode aus zwei gegeneinander beabstandeten Halbscha ^¬ len offenbart. Nachteilig ist jedenfalls, dass sowohl Schwankungen des Durchmessers längs des Innenrohrs als auch Welligkeiten und sonstige Unebenheiten in Umfangs- richtung nicht ausgeglichen werden können.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine die ^¬ lektrische Barrieren-Entladungslampe in koaxialer Doppel-

rohranordnung mit verbesserter inneren Elektrode anzugeben .

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine dielektrische Bar ^¬ rieren-Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das ein Außenrohr und ein Innenrohr umfasst, wobei das Innenrohr koaxial innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, das In ^¬ nenrohr und das Außenrohr gasdicht miteinander verbunden sind, wodurch zwischen Innen- und Außenrohr ein mit einem Entladungsmedium gefüllter Entladungsraum gebildet ist, einer ersten Elektrode und mindestens einer weiteren E- lektrode, wobei die erste Elektrode innerhalb des Innen ^¬ rohrs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode als Rohr ausgebildet ist, wobei das Rohr mit mindestens einem Schlitz versehen ist, der bezüglich der Längsachse des Rohrs lokal oder zumindest ab ^¬ schnittsweise sowohl eine Komponente in axialer als auch in azimutaler Richtung aufweist.

Außerdem wird die Aufgabe auch dadurch gelöst, dass das Rohr mit zwei oder mehr axialen Schlitzen versehen ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Der Hauptgedanke der Erfindung besteht darin, die Schlit ^¬ zung des für die Innenelektrode vorgesehenen Rohrs auf den Umfang bzw. die Mantelfläche des Rohr geeignet zu verteilen und nicht wie im Stand der Technik auf einen geraden axialen Schlitz zu beschränken. Zu diesem Zweck ist das Rohr erfindungsgemäß mit mindestens einem Schlitz versehen, der - wenn man die Mantelfläche des Rohrs in Zylinderkoordinaten betrachtet - lokal oder zumindest ab- schnittsweise sowohl eine Komponente in Richtung der

Längsachse (axial) als auch in Richtung des Azimut (azi ^¬ mutal) aufweist. Durch die azimutale Komponente wird auch in Umfangsrichtung eine bessere Anpassung an lokale Unebenheiten des Innenrohrs erzielt. Dadurch wird eine bes- sere Kontaktierung der rohrförmigen Innenelektrode an das Innenrohr des Entladungsgefäßes der Lampe bei gleichzei ^¬ tig verbesserter mechanischen Stabilität erreicht.

Im Falle eines einzigen Schlitzes ist dieser vorzugsweise durchgängig. Im Falle von mehreren Schlitzes ist höchs- tens einer durchgängig und die anderen Schlitze nicht, damit die rohrförmigen Innenelektrode nicht in mehrere Einzelteile zerfällt, was die Handhabung nahezu unmöglich machen würde .

In einer ersten Ausführungsform ist der Schlitz spiral- förmig. Mit anderen Worten dreht sich der Schlitz spiralförmig um die Längsachse der rohrförmigen Innenelektrode. Durch den im Vergleich zu der im Stand der Technik geraden Schlitzung der Innenelektrode erfindungsgemäß verlän ^¬ gerten Schlitz kann sich die Innenelektrode besser lokal verformen und den Unebenheiten und Welligkeiten des Innenrohrs anpassen. Außerdem wird durch den spiralförmigen Schlitz ein im Vergleich zu einem geraden Schlitz homogeneres elektrisches Feld erzeugt. Damit und mit der ver ^¬ besserten Kontaktierung zwischen Innenelektrode und In- nenrohr wird eine bessere Energieeinkopplung in den Entladungsraum erreicht und schließlich eine Erhöhung der Strahlungsausbeute. Die bevorzugte Anzahl von Drehungen hängt dabei von der Länge der Elektroden, die Wandstärke des für die Innenelektrode verwendeten Rohres sowie dem Rohrdurchmesser ab. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Anzahl der Drehungen zwischen X-i-d und lOO-i'-J,

vorzugsweise zwischen 5-l-d und 50-£-d liegt, wobei £ die Länge der Innenelektrode in Meter (m) und d die Wandstär ^¬ ke der Innenelektrode in Millimeter (mm) bezeichnen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Rohrcharakter der In- nenelektrode erhalten bleiben muss. Wenn nämlich die Innenelektrode gar als Spiralband ausgeführt wird, hat das den Nachteil, dass es unter Umständen nicht komplett über die gesamte Länge des Innenrohr anliegt sondern sich bei der Montage nach dem Entspannen im Innenrohr nur an ein- zelnen Stellen, vornehmlich am vorderen und hinteren Ende, des Innenrohrs anlegt.

In Varianten der vorstehend erläuterten Ausführungsform ist der Schlitz dreieckförmig, rechteck- oder U-förmig, mäanderförmig, insbesondere sinusförmig oder schlangenli- nienförmig.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die rohrförmige Innenelektrode zwei oder mehr nicht vollstän ^¬ dig durchgängige Schlitze auf. Vorzugsweise überlappen sich die Schlitze gegenseitig. Die Länge der überlappung in mm liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2-R und 8-/?, besonders bevorzugt im Bereich zwischen I R und A-R, wobei R den Radius des Innenrohrs in mm bezeichnet. Durch die nicht durchgängige Schlitzung ist die Innen ^¬ elektrode mechanisch stabiler gegenüber äußeren Einflüs- sen. Dies hat z.B. beim Transport der Lampen Vorteile, wo es ansonsten zur Verschiebung oder gar Verformung der Innenelektrode kommen kann. Außerdem ist die Handhabung der Innenelektrode mit mehreren nicht durchgängigen Schlitzen einfacher, z.B. beim Herstellen der Lampen oder beim Aus- wechseln der Innenelektrode. Bei dieser Ausführungsform sind viele verschiedene Formen für die Schlitze geeignet,

z.B. auch dreieckförmige, rechteck- oder U-förmige, mäan- derförmige, insbesondere sinusförmig oder schlangenli- nienförmige. Darüber hinaus sind auch gerade Schlitze ge ^¬ eignet, die sowohl axial auch schräg verlaufen können. Als besonders geeignet hat es sich erwiesen, wenn Längs ^¬ und Querschlitze miteinander verbunden sind. Bevorzugt verlaufen die so verbundenen Schlitze auf die gesamte Länge betrachtet einmal um den Rohrumfang. Auf diese Wei ^¬ se wird eine noch flexiblere Anpassung der Innenelektrode auch an kleine Unebenheiten des Innenrohrs erreicht.

Die rohrförmige Innenelektrode kann beispielsweise aus einem Metallblech gefertigt sein. In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Metallblech perforiert. Als Perfo ^¬ rationsmuster eignen sich unter anderem runde Löcher aber auch Rechtecke, Rauten etc.. Daraus resultiert im Ver ^¬ gleich zu den unperforierten Ausführungen bei gleicher Wandstärke eine höhere Flexibilität der Innenelektrode. Dadurch wird erreicht, dass sich die Innenelektrode bei Unebenheiten auch auf sehr kleiner Skala besser an das Innenrohr anpasst. Ein weiterer Vorteil der perforierten Innenelektrode ist, dass dadurch die Wärmeabfuhr aus dem Innenrohr des Entladungsgefäßes erhöht wird. Dies führt letztlich zu einer höheren Lebensdauer der Lampe. Der unperforierte Flächenanteil bezüglich der Gesamtfläche der Innenelektrode liegt typischerweise zwischen 0,1 und 0,95, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,7. Die maximale lichte Weite der Perforierung liegt bevorzugt zwischen 1 und 10 mm, da sonst lokale Feldverzerrungen resultieren, die die Strahlungsausbeute reduzieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Fig. Ia eine Längsschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen dielektrischen Barrieren- Entladungslampe,

Fig. Ib eine Längsschnittsdarstellung der Lampe aus Fig. 1

Fig. 2 eine Seitenansicht des Innenrohrs einschließlich Innenelektrode der Lampe aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Innenrohrs einschließlich Innenelektrode einer Variante mit durchgängigem Schlitz,

Fig. 4 und 5 weitere Varianten einer Innenelektrode mit durchgängigem Schlitz in Seitenansicht,

Fig. 6 eine Seitenansicht des Innenrohrs einschließlich Innenelektrode mit nicht durchgängigen Schlit ^¬ zen,

Fig. 7 bis 11 verschiedene Varianten einer Innenelektro ^¬ de mit nicht durchgängigen Schlitzen in Seiten- ansieht.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Ele ^¬ mente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren Ia, Ib zeigen in stark schematisierter Darstellung eine Seitenansicht bzw. eine Querschnittsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfin ^¬ dungsgemäßen dielelektrischen Barrieren-Entladungs- lampe 1. Das längliche Entladungsgefäß der Lampe 1 be ^¬ steht aus einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3 in koaxialer Doppelrohranordnung, die so die Längsachse des Entladungsgefäßes definieren. Die typische Länge der Roh ^¬ re beträgt je nach Anwendung zwischen ca. 10 und 250 cm. Das Außenrohr 2 hat einen Durchmesser von 40 mm und eine Wandstärke von 2 mm. Das Innenrohr 3 hat einen Durchmes ^¬ ser von 16 mm und eine Wandstärke von 1 mm. Beide Roh ^¬ re 2, 3 bestehen aus 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 Gefäßabschnit ^¬ te 5 auf. Außerdem ist an einem der Gefäßabschnitte 5 ein Pumprohr (nicht dargestellt) angesetzt, mit Hilfe dessen der Entladungsraum 4 zunächst evakuiert und anschließend mit 15 kPa Xenon gefüllt wird. Auf der Außenseite der Wand des Außenrohrs 2 ist ein Drahtnetz 6 aufgezogen, das die Außenelektrode der Lampe 1 bildet. Im Inneren des In- nenrohrs 3, d.h. ebenfalls außerhalb des durch das Entla ^¬ dungsgefäß umschlossenen Entladungsraums 4, ist ein ge ^¬ schlitztes Metallrohr 7 angeordnet, das die Innenelektro ^¬ de der Lampe bildet. Die Innenelektrode 7 besteht aus ei ^¬ nem 0,1 mm dicken Metallblech, vorzugsweise VA-Blech. Der Schlitz 8 dreht sich entlang der Länge L der Innenelektrode 7 - diese beträgt hier 0,5 m - um eine Umdrehung, d.h. 360°. In der Längsschnittdarstellung von Figur Ia

ist der Schnitt folglich nur auf der halben Länge einer Halbschale des längs geschnittenen Metallrohrs 7 zu er ^¬ kennen .

Im Folgenden wird auf Figur 2 verwiesen, die das Innen- röhr 3 einschließlich Innenelektrode 7 in einer schematischen Seitenansicht zeigt. Das Außenrohr mit Außenelekt ^¬ rode ist der besseren übersichtlichkeit wegen hier nicht dargestellt. In dieser Darstellung sieht man deutlich den durchgängigen Schlitz 8, der sich prinzipiell spiralför- mig um die Längsachse der rohrförmigen Innenelektrode 7 dreht, hier allerdings nur mit einer einzigen Umdrehung bezogen auf die gesamte Länge L der Innenelektrode 7. Entscheidend ist hier, dass der Schlitz 8 länger ist als ein gerader Schlitz, der parallel zur Längsachse der In- nenelektrode verläuft. Dadurch kann sich die Innenelekt ^¬ rode 7 lokal besser verformen und damit an die Innenwand des Innenrohrs 3 anschmiegen, auch bei typischen lokalen Unebenheiten von Quarzrohren. Außerdem wird durch den spiralförmigen Schlitz 8 ein im Vergleich zu einem gera- den Schlitz homogeneres elektrisches Feld erzeugt. Damit und mit der verbesserten Kontaktierung zwischen Innenelektrode 7 und Innenrohr 3 wird eine bessere Energieein ^¬ kopplung in den Entladungsraum 4 (siehe Fig. Ia) erreicht und schließlich eine Erhöhung der Strahlungsausbeute.

In den Figuren 3 bis 5 sind weitere Varianten einer geschlitzten Innenelektrode 7 gezeigt, bei denen der Schlitz wie in Fig. 2 jeweils durchgängig ist. Im Detail zeigen die Figuren 3 bis 5 einen zickzackförmigen Schlitz 9, einen rechteckförmigen Schlitz 10 und schließ- lieh einen schlangenlinienförmigen Schlitz 11.

Die Figuren 6 bis 11 zeigen verschiedene Varianten einer Innenelektrode 12 mit mehreren nicht durchgängigen Schlitzen. Durch die nicht durchgängige Schlitzung ist die Innenelektrode 12 mechanisch stabiler gegenüber äuße- ren Einflüssen. Dies hat z.B. beim Transport der Lampen Vorteile, wo es ansonsten zur Verschiebung oder gar Verformung der Innenelektrode kommen kann. Außerdem ist die Handhabung der Innenelektrode 12 einfacher, z.B. beim Herstellen der Lampen oder beim Auswechseln der Innen- elektrode 12.

In den Figuren 6 bis 9 sind die Schlitze parallel zur Längsachse der Innenelektrode 12 und in Richtung der Längsachse betrachtet überlappend angeordnet. Im Detail zeigen die Figuren 6 bis 9 gerade Schlitze 13 , zickzack- förmige Schlitze 14, rechteckförmige Schlitze 15 und schließlich schlangenlinienförmige Schlitze 16. Die ein ^¬ zelnen Schlitze sind außerdem entweder entlang der gesamten Längsausdehnung der Innenelektrode 12 angeordnet (Fig. 9) oder zumindest des Großteils der Längsausdehnung (Fig. 6, 7 und 8) . Außerdem sind die Schlitze vorzugswei ^¬ se über den gesamten Umfang der Innenelektrode 12 verteilt angeordnet.

In der Figur 10 sind mehrere Längsschlitze 17 mittels Querschlitzen 18 verbunden. Dadurch wird eine noch fle- xiblere Anpassung der Innenelektrode an kleine Unebenhei ^¬ ten des Innenrohrs erreicht. In der Figur 11 sind mehrere gerade Schlitze 19 schräg, d.h. nicht parallel zur Längs ^¬ achse der Innenelektrode 12 angeordnet.

In nicht dargestellten Varianten der in den Figuren 2 bis 11 gezeigten Ausführungen ist die Innenelektrode jeweils

perforiert. Als Perforationsmuster eignen sich unter anderem runde Löcher aber auch Rechtecke, Rauten etc.. Daraus resultiert im Vergleich zu den unperforierten Ausführungen bei gleicher Wandstärke eine höhere Flexibilität der Innenelektrode. Dadurch wird erreicht, dass sich die Innenelektrode bei Unebenheiten vor allem auf sehr klei ^¬ ner Skala besser an das Innenrohr anpasst.