Beschreibung

Dielektrische Barrieren-Entladungslampe in Doppelrohrkonfiguration

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer dielektrischen Barrieren-Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß in koaxia- ler 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 erstreckt sich also zwischen Innen- und Außenrohr.

Diese Art von Entladungslampen weist typischerweise eine erste Elektrode auf, die innerhalb des Innenrohrs angeordnet ist und eine zweite Elektrode, die auf der Außenseite des Außenrohrs angeordnet ist. Beide Elektroden be- finden sich somit außerhalb des Entladungsgefäßes bzw. des Entladungsraums. Es handelt sich in diesem Fall also um eine zweiseitig dielektrisch behinderte Entladung. Wenn im Folgenden der Einfachheit wegen gelegentlich von der inneren Elektrode oder Innenelektrode und äußeren E- lektrode oder Außenelektrode 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. Dabei sol- len beide Elektroden möglichst eng an der Wand des Entladungsgefäßes anliegen, damit die dielektrisch behinderte Entladung im Entladungsraum möglichst gleichförmig brennt .

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

Aus der Schrift US 4,945,290 ist ein koaxialer Doppelrohrstrahler bekannt. Die Innenelektrode ist hier als metallische Schicht ausgeführt.

In der Schrift EP 0 703 603 Al ist ebenfalls ein koaxialer Doppelrohrstrahler offenbart. Dort wird auf Nachteile sowohl beim Aufdampfen einer metallischen Schicht als auch hinsichtlich der Lebensdauer hingewiesen. So ist es offenbar nicht möglich, innerhalb des engen Innenrohrs des Doppelrohrstrahlers eine gleichmäßig dicke Schicht aufzudampfen. Außerdem lässt sich die Schicht ab einer Dicke von ca. 0,01 mm leicht ablösen. Darüber hinaus korrodiert die Schicht insbesondere an dünnen Stellen während des Betriebs und verkürzt so die nutzbare Lebensdau- er des Strahlers. Die EP 0 703 603 Al schlägt deshalb anstelle einer metallischen Schicht eine Metallröhre als Innenelektrode vor, die in Längsachsrichtung einen durchgängigen geraden Schlitz aufweist. Als Alternative ist eine rohrförmige Innenelektrode aus zwei gegeneinander beabstandeten Halbschalen offenbart. Nachteilig ist jedenfalls, dass sowohl Schwankungen des Durchmessers längs des Innenrohrs als auch Welligkeiten und sonstige Unebenheiten in Umfangsrichtung nicht ausgeglichen werden können .

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe in koaxialer Doppelrohranordnung mit einer verbesserten inneren Elektrode anzugeben .

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine dielektrische Barrieren-Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das ein Außenrohr und ein Innenrohr umfasst, wobei das Innenrohr koaxial innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, das Innenrohr 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 als eine auf der Innenseite des Innenrohrs aufgebrachte elektrisch leitfähi- ge Schicht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Innenrohrs eine stromtragfähige Zusatzelektrode angeordnet ist, die mit der ersten Elektrode in elektrisch leitfähigem Kontakt steht.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Außerdem wird Schutz beansprucht für ein elektrisches Strahlersystem mit einer erfindungsgemäßen dielektrischen Barrieren-Entladungslampe und einem damit verbundenen e- lektrischen Versorgungsgerät.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Zusatzelektrode im Innenrohr eines Doppelrohrstrahlers anzuordnen und in elektrisch leitenden Kontakt mit der e- lektrisch leitfähigen Schicht zu bringen. Es hat sich

nämlich gezeigt, dass die elektrisch leitfähige Schicht bei sehr hohen elektrischen Leistungen den Strom nicht ausreichend tragen kann und teilweise durchbrennt. Die Zusatzelektrode ist deshalb so ausgelegt, dass sie im Be- trieb einen Teil des Stromes tragen kann.

Der elektrische Kontakt wird vorzugsweise durch eine möglichst gleichmäßige Berührung der Zusatzelektrode mit der Schicht bewirkt. Außerdem kann es auch vorteilhaft sein, zwischen der Schicht und der Zusatzelektrode ein geeigne- tes Verbindungsmedium, bspw. eine elektrisch leitfähige Paste, einen Kleber oder ähnliches vorzusehen, um den e- lektrischen Kontakt noch zu verbessern sowie möglichst dauerhaft zu erhalten.

Damit die Stromtragfähigkeit der Zusatzelektrode optimal zur Wirkung kommt, erstreckt sich die Zusatzelektrode vorzugsweise im wesentlichen über die gesamte axiale und/oder azimutale Ausdehnung der elektrisch leitfähigen Schicht, d.h. deren gesamten Mantelfläche. Außerdem werden die Abmessungen und Form der Zusatzelektrode bevor- zugt so gewählt, dass ein möglichst guter und großflächiger elektrischer Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Schicht realisiert wird. Andernfalls besteht insbesondere bei sehr hohen Leistungen die Gefahr erhöhter lokaler Stromdichten und folglich des Durchbrennens der Schicht. Allerdings muss die Zusatzelektrode die metallische Schicht des Innenrohrs nicht notwendigerweise über die gesamte Mantelfläche bedecken. Vielmehr kann es in bestimmten Fällen auch ausreichend sein, wenn die Zusatzelektrode nur einen Teil der Mantelfläche der metalli- sehen Schicht bedeckt, bspw. indem ein ausreichend dicker

metallischer Streifen aufgeklebt ist, vorzugsweise achsparallel .

Die Zusatzelektrode ist vorzugsweise als ein elektrisch leitfähiges im wesentlichen kreiszylindrisches Gebilde, beispielsweise als geeignet dimensioniertes Metallrohr oder Metallschlauch, vorzugsweise aus einem Metallgewebe, -gestrick oder ähnlichem, ausgebildet. Dadurch ist gewährleistet, dass sich die Zusatzelektrode leicht in das Innenrohr einbringen lässt ohne dabei die elektrisch leitfähige Schicht zu zerstören. Ein weiterer Aspekt ist, dass die Zusatzelektrode möglichst gut und gleichmäßig an der elektrisch leitfähigen Schicht anliegt, vorzugsweise über die gesamte Ausdehnung der Schicht. Zu diesem Zweck ist es bei Verwendung eines Metallrohres vorteilhaft, dieses mit einem oder mehreren Schlitzen zu versehen. Dadurch kann es sich besser an die Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht anpassen, ähnlich wie ein Metallgewebe .

Die elektrisch leitfähige, beispielsweise metallische Schicht des Innenrohrs besteht z.B. aus Aluminium oder einem Edelmetall, vorzugsweise Platin, Palladium oder

Gold. Sie wird aufgebracht durch physikalische Verfahren wie Sputtering, Vakuumbedampfung, Galvanisierung oder chemische Beschichtung, wie z.B. Einbrennlacken, chemi- sehe Ausfällung oder stromlose Galvanisierung.

Um beim Einbauen der Zusatzelektrode ein Verkratzen der dünnen metallischen Schicht des Innenrohrs zu vermeiden kann es vorteilhaft sein, diese Schicht zuvor mit einer kratzfesten Schutzschicht, bspw. aus Nickel zu beschich- ten.

Mit Hilfe der stromtragfähigen Zusatzelektrode ermöglicht es die Erfindung, auch im Dauerbetrieb sowie bei hohen elektrischen Leistungen als primäre Innenelektrode eine metallische Schicht mit ihrem Vorteil des optimalen An- liegens am Innenrohr zu nutzen. Letztlich schlägt die Erfindung also eine Zweikomponenten-Lösung vor. Die erste Komponente ist eine dünne Schicht und für das Anliegen am Innenrohr optimal. Die zweite Komponente ist eine strom- tragfähige Zusatzelektrode, die in erster Linie dem Stromtransport dient.

Ein erfindungsgemäßes elektrisches Strahlersystem weist neben der erfindungsgemäßen dielektrischen Barrieren- Entladungslampe noch ein elektrisches Versorgungsgerät auf. Der erste Pol des Versorgungsgeräts ist mit der Au- ßenelektrode verbunden. Der zweite Pol des Versorgungsgeräts ist mit der Zusatzelektrode verbunden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. Ia eine Längsschnittsdarstellung einer erfindungs- gemäßen dielektrischen Barrieren-Entladungslampe,

Fig. Ib eine Ausschnittsvergrößerung der Lampe aus Fig. Ia,

Fig. Ic eine Querschnittsdarstellung der Lampe aus Fig. Ia,

Fig. 2 eine Zusatzelektrode in Seitenansicht,

Fig. 3 eine Variante einer Zusatzelektrode mit einem Längsschlitz in Seitenansicht,

Fig. 4 eine Variante einer Zusatzelektrode mit mehreren Längsschlitzen in Seitenansicht,

Fig. 5 eine Variante einer Zusatzelektrode mit einem in Längsrichtung durchgängigen rechteckförmigen Schlitz.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Figuren Ia bis Ic zeigen in stark schematisierter Darstellung eine Seitenansicht, eine vergrößerte Teilan- sieht bzw. eine Querschnittsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen dielelektrischen Barrieren-Entladungslampe 1. Das längliche Entladungsgefäß 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 der Rohre beträgt je nach Anwendung zwischen ca. 10 und 250 cm. Das Außenrohr 2 hat 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. Beide Rohre 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 Gefäßabschnitte 5 auf. Außerdem ist an einem der Gefäßabschnitte 5 ein Pumprohr (nicht dargestellt) angesetzt, mit Hilfe dessen der Entladungsraum 4 zunächst evakuiert und an-

schließend 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 Innenrohrs 3, d.h. ebenfalls außerhalb des durch das Entladungsgefäß umschlossenen Entladungsraums 4, ist eine ca. 100 nm dicke Goldschicht 7 aufgebracht, die als rohrförmige Innenelektrode fungiert. Außerdem ist innerhalb des Innenrohrs 3 ein metallischer Gewebeschlauch 8 aus VA angeordnet, der als Zusatzelekt- rode fungiert. Zu diesem Zweck ist der Außendurchmesser des Gewebeschlauchs 8 so gewählt, dass sich der Gewebeschlauch 8 einerseits gut und ohne Zerstörung der Goldschicht 7 einsetzen lässt und andererseits ein guter und gleichmäßiger Kontakt zwischen der Goldschicht 7 und dem Gewebeschlauch 8 besteht. Um die Flexibilität des Gewebeschlauches 8 zu gewährleisten sind die Drähte vorzugsweise weniger als 0,5 mm dick. Die Goldschicht 7 und der Gewebeschlauch 8 erstrecken sich beide nahezu über die gesamte Länge des Innenrohrs 3. Das Drahtnetz 6 (Außen- elektrode) sowie der Gewebeschlauch 8 (Zusatzelektrode) werden für den Betrieb der Lampe jeweils direkt mit einem Pol eines elektrischen Vorschaltgeräts (EVG) 9 verbunden. Aufgrund des elektrischen Kontaktes mit dem metallischen Gewebeschlauch 8 ist folglich auch die Goldschicht 7 über den metallischen Gewebeschlauch 8 mit dem EVG 9 verbunden, wodurch letztlich die stromtragende Wirkung des Gewebeschlauchs 8 entsteht. Das EVG 9 dient zur Zündung und Aufrechterhaltung einer dielektrischen Barrierenentladung innerhalb des Entladungsraums 4 während des Betriebs der dielelektrischen Barrieren-Entladungslampe 1.

Im Folgenden wird auf die Figuren 2 bis 5 Bezug genommen, die verschiedene Varianten der Zusatzelektrode jeweils in schematischer Seitenansicht zeigen. Die Figur 2 zeigt in einer etwas größeren Darstellung noch einmal den in den Figuren Ia - Ic als Zusatzelektrode verwendeten metallischen Gewebeschlauch 8. Dieser hat den Vorteil, dass er relativ flexibel ist und sich deshalb besonders gut in das Innenrohr einführen lässt ohne die Goldschicht 7 zu beschädigen. Außerdem kann der metallische Gewebe- schlauch 8 möglichen Unebenheiten und Ungenauigkeiten des Innenrohrs 3 bzw. der Goldschicht 7 besonders gut folgen und somit einen besonders guten und flächigen elektrischen Kontakt mit der Goldschicht 7 gewährleisten. Die Figur 3 zeigt ein Metallrohr 10, das einen Längs- schlitz 11 aufweist, der sich fast über die gesamte Länge des Metallrohrs 10 erstreckt, typisch etwa 9/10 der Gesamtlänge. Alternativ kann der Längsschlitz auch durchgehend sein. Jedenfalls kann sich das Metallrohr 10 durch den Längsschlitz 11 besser an die Metallschicht 7 des In- nenrohrs anpassen als ohne Schlitz. Die Figuren 4 und 5 zeigen weitere Varianten eines geschlitzten Metallrohrs als Zusatzelektrode. In Figur 4 weist das Metallrohr 10' mehrere nicht durchgängige Schlitze 12 auf, die parallel zur Längsachse und in Richtung der Längsachse betrachtet überlappend angeordnet sind. Außerdem sind die Schlitze vorzugsweise über den gesamten Umfang des Metallrohrs 10' verteilt angeordnet. In Figur 5 schließlich weist das Metallrohr 10'' einen in Längsrichtung durchgängigen recht- eckförmigen Schlitz 13 auf. Dadurch wird eine noch fle- xiblere Anpassung des Metallrohrs 10'' an kleine Unebenheiten des Innenrohrs bzw. der darauf aufgebrachten Metallschicht erreicht.