Bereich der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Metalldampf-Entladungslampe,
welche für fotochemische Reaktionen, zur Aushärtung von
Decklack und Tinte und zu ähnlichen Zwecken verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
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Häufig werden zum Erzeugen von fotochemischen Reaktionen
oder zur Aushärtung von Decklack, Tinte und dergleichen
ultraviolette Strahlen benutzt. Zur Aushärtung von Decklack,
Tinte und dergleichen sind ultraviolette Strahlen in einem
Wellenlängenbereich von ca. 280 nm bis 400 nm wirksam.
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Deshalb wird mittlerweile immer häufiger eine Metalldampf-
Entladungslampe verwendet, bei welcher in eine Leuchtröhre
einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe zusammen mit
Quecksilber ein anderes Metall, das heißt, ein Metalljodid, ein
Metallbromid, ein Metallchlorid bzw. ein
Misch-Metallhalogenid, das aus einer Zusammensetzung dieser Metalle
besteht, als Lumineszenzstoffe eingekapselt und somit die
Strahlungsmenge des wirksamen Wellenlängenbereichs vermehrt
wird. Insbesondere ist eine Metalldampf-Entladungslampe, in
welche zusammen mit Quecksilber Eisen eingekapselt wird,
wegen ihres kontinuierlichen Strahlungsspektrums in einem
Wellenlängenbereich von 350 nm bis 400 nm zum Zweck
fotochemischer Reaktionen oder zur Aushärtung von Decklack oder
zu dergleichen Zwecken günstig.
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Wenn jedoch eine Metalldampf-Entladungslampe, in welche
Eisen eingekapselt wird, über eine lange Zeit in Betrieb
bleibt, wird infolge einer Adhäsion des Eisens auf der
Innenwand der Leuchtröhre eine dünne Schicht ausgebildet.
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Um insbesondere die Produktivität bei einem
Trocknungsvorgang von Decklack oder Tinte oder dergleichen zu erhöhen,
ist eine Metalldampf-Entladungslampe erwünscht, die
stärkere, wirksame ultraviolette Strahlen ausstrahlt.
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Wenn jedoch, um diesen Bedarf zu decken, eine größere Menge
Eisen eingekapselt wird, wird auf der Innenwand der
Leuchtröhre nach einer relativ kurzen Zeit eine dünne Schicht
des Eisens in einer noch größeren Menge gebildet. Bei
dieser Maßnahme wird deshalb als nachteilig angesehen, daß
die auf der Innenwand der Leuchtröhre ausgebildete dünne
Eisenschicht das Durchdringen der wirksamen
ultravioletten Strahlen verhindert und daß dadurch die Stärke der
ultravioletten Strahlen im Wellenlängenbereich von 280 nm bis
400 nm nach einem Leuchtbetrieb von einigen Dutzend Stunden
verringert wird.
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Um den vorstehend beschriebenen Mangel zu beseitigen, wird
eine Metalldampf-Entladungslampe vorgeschlagen, in welche
zusammen mit Quecksilber Eisen und zusätzlich ein anderes
Metall eingekapselt werden, so daß keine dünne Eisenschicht
gebildet wird. Bekanntlich kann die Ausbildung der dünnen
Eisenschicht auf der Innenwand der Leuchtröhre verhindert
werden, wenn beispielsweise Blei (bekanntgemachtes
japanisches Gebrauchsmuster SHO 54-15503), Zinn (japanische
Patentschrift SHO 58-18743), Magnesium (japanische
Offenlegungsschrift SHO 62-80959), Cadmium (japanische
Offenlegungsschrift HEI 1-161655) Mangan (japanische
Offenlegungsschrift HEI 1-128345) oder dergleichen hinzugefügt wird.
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Es besteht jedoch in letzter Zeit ein großer Bedarf an
einer Lampe, welche über eine starke Strahlung im
Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm und auch über eine noch
längere Haltbarkeit verfügt. Im Fall, daß einer Lampe die
vorgenannten Metalle zugesetzt werden, zeigte sich jedoch,
daß doch eine dünne Eisenschicht auf der Innenwand der
Leuchtröhre gebildet wird, wenn die Leuchtdauer
verlängert wird. Das bedeutet, daß der Zusatz der vorgenannten
Metalle zu einer Lampe, in welche Quecksilber und Eisen
eingekapselt werden, die Ausbildung einer dünnen
Eisenschicht nicht vollständig verhindern kann, sondern nur die
Geschwindigkeit der Ausbildung der dünnen Schicht
vermindert.
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Die vorstehend beschriebenen Lampen werden üblicherweise in
der Weise verwendet, daß die Außenseite der Leuchtröhre mit
Kühlluft auf ca. 850ºC im Inneren des Lampengehäuses
gekühlt wird. Es zeigte sich dabei, daß die Ausbildung
einer dünnen Eisenschicht bedeutend verringert werden kann,
wenn die Höchstemperatur der Außenseite der Leuchtröhre der
Metalldampf-Entladungslampe bei ca. 800ºC
aufrechterhalten wird, indem eine derartige Kühlung verstärkt wird.
Durch die Herabsetzung der Höchsttemperatur der Außenseite
der Leuchtröhre auf ca. 800ºC sinkt jedoch auch die
Temperatur des kühlsten Teils der Innenseite der
Leuchtröhre ab, was die Stärke der Strahlung durch Anregung des
Eisens schwächt und somit die zur Aushärtung von Decklack
und dergleichen wirksame Strahlungsstärke der
ultravioletten Strahlen ebenfalls verringert, obwohl keine dünne
Eisenschicht gebildet wird.
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Eine Metalldampf-Entladungslampe, die im sichtbaren Bereich
des elektromagnetischen Spektrums ausstrahlt und Hg, Fe,
Brom, Edelgas und Sn und/oder Cd neben Alkalimetall als
Hauptbestandteile enthält, wird in der FR-A-2 270 673
offenbart. Bei dieser bekannten Lampe wird Hg als Puffergas
und Fe als komplexer Bestandteil zur Anhebung des
Alkalimetall-Dampfdrucks verwendet.
Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
die Adhäsion des Eisens auf der Innenwand der Leuchtröhre
zu verhindern und eine Metalldampf-Entladungslampe
anzugeben, welche über eine große Strahlungsstärke der
ultravioletten Strahlen im Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400
nm über eine lange Zeit verfügt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Metalldampf-
UV-Entladungslampe gelöst, welche eine Leuchtröhre umfaßt,
in der Eisen als UV-emittierendes Material, Quecksilber,
Halogen und Edelgas eingekapselt sind und welche ein oder
mehrere Metalle umfaßt, die ausgewählt sind aus der Gruppe
Zinn, Magnesium, Bismut, Thallium, Cadmium und Mangan, und
worin das Halogen 0,26 bis 11,5 Gew.-% Brom umfaßt, bezogen
auf das gesamte Halogen.
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Aufgrund der Maßnahme, durch welche der Bromgehalt zur
Gesamthalogenmenge bei einem Gewichtsverhältnis von 0,26 bis
11,5 Gewichtsprozent liegt, nimmt die Strahlungsstärke
durch Lumineszieren des Eisens fast nicht ab, auch wenn die
Höchsttemperatur der Außenwand der Leuchtröhre auf ca.
800ºC
gesenkt wird, und deshalb sinkt auch die zur
Aushärtung wirksame Ultraviolettstrahlungsstärke fast nicht,
was die Verwendung als eine Metalldampf-Entladungslampe
zum Zweck des Aushärtens ausreichend ermöglicht.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Maßnahme,
bei welcher ein Leuchtbetrieb bei einer verringerten
Höchsttemperatur der Innenwand der Leuchtröhre durchgeführt
wird, die Ausbildung einer infolge einer Adhäsion des
Eisens auf der Innenwand der Leuchtröhre entstehenden dünnen
Schicht verhindert wird und somit die
Ultraviolettstrahlungsstärke über eine lange Zeit aufrechterhalten werden
kann.
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Im Fall, daß der Bromgehalt zur gesamten Halogenmenge bei
einem Gewichtsverhältnis von weniger als 0,26% liegt, kann
bei einem Leuchtbetrieb mit einer Höchsttemperatur von ca.
800ºC der Außenwand der Leuchtröhre keine wirksame
Verstärkung der Strahlungsstärke im Wellenlängenbereich von
280 nm bis 400 nm erwartet werden, weil eine starke
Verminderung der Ultraviolettstrahlungsstärke auftritt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand von Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Metalldampf-
Entladungslampe und
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Fig. 2 eine schematische Darstellung, die den
Aufrechterhaltungsgrad der Strahlungsstärke der
ultravioletten Strahlen im Wellenlängenbereich von 280 nm bis
400 nm wiedergibt.
Detaillierte Beschreibung
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Fig. 1 veranschaulicht eine Metalldampf-Entladungslampe mit
einer Nennleistung von 24 kW, die als Lichtquelle für
Industrieanwendungen verwendet wird, bei welchen fotochemische
Reaktionen, wie eine Aushärtung von Decklack und
dergleichen, verwendet werden.
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Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Leuchtröhre mit einem
Innendurchmesser von 22 mm, welche aus einer Quarzglasröhre
besteht und in welcher ein Paar Elektroden 2, 2 mit einem
Abstand von 1450 mm einander gegenüber angeordnet sind. An
den beiden Enden der Leuchtröhre 1 ist jeweils ein
versiegelter Fußbereich 11 ausgebildet, in welchem eine
Molybdän-Folie 3 hermetisch eingeschlossen ist. Über die
Molybdänfolie 3 sind ein Sockelstift 4 und die Elektrode 2
angeschlossen. Innerhalb der Leuchtröhre 1 sind 700 mg
metallisches Quecksilber, 5,8 mg Eisen, 5 mg HgBr&sub2;, 30 mg
HgI&sub2;, 27 mg BiI&sub3; sowie 50 mm Hg Xenongas
eingekapselt. Das Mischungsverhältnis von Brom zur gesamten Menge
Halogen liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei einem
Gewichtsverhältnis von 6,10%.
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Wenn der Leuchtbetrieb der Metalldampf-Entladungslampe mit
der vorstehend beschriebenen Anordnung unter Kühlung mit
Kühlluft in einem Lampengehäuse durchgeführt wird, so daß
die Höchsttemperatur der Leuchtröhre bei 800ºC liegt,
werden ultraviolette Strahlen im für eine Aushärtung
erforderlichen Wellenlängenbereich von ca. 280 nm bis 400 nm
wirksam ausgestrahlt.
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Die Intensität der ultravioletten Strahlen im
Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm ist, wie nachstehend anhand
von Tabelle 1 erläutert wird, so groß wie beim Betrieb
einer herkömmlichen Metalldampf-Entladungslampe, welcher
kein Brom zugesetzt wird und bei welcher die
Höchsttemperatur der Außenseite der Leuchtröhre bei 850ºC
aufrechterhalten wird.
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Ferner beträgt die Stärke der ultravioletten Strahlen, wenn
der Leuchtbetrieb einer herkömmlichen
Metalldampf-Entladungslampe, welcher kein Brom zugesetzt wird, mit einer
konstant gehaltenen Höchsttemperatur der Außenseite der
Leuchtröhre von 800ºC durchgeführt wird, ca. 70% der
Stärke beim Leuchtbetrieb bei 850ºC. Das heißt, die
Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlen im
Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm der Lampe, bei
welcher das Mischungsverhältnis von Brom zur gesamten Menge
Halogen bei einem Gewichtsverhältnis von 6,10% liegt, ist
im Vergleich zur Strahlungsintensität der ultravioletten
Strahlen der herkömmlichen Lampe, der kein Brom zugesetzt
wird, um 43% größer, wenn die beiden Lampen unter denselben
Bedingungen betrieben werden, daß die Temperatur der
Außenseite der Leuchtröhren bei 800ºC aufrechterhalten
wird.
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Andererseits erweist sich, daß der Leuchtbetrieb der Lampe
bei diesem Ausführungsbeispiel bei 800ºC durchgeführt
werden kann, um dieselbe Strahlungsstärke der
ultravioletten Strahlen wie beim Leuchtbetrieb der herkömmlichen Lampe
mit der konstant gehaltenen Höchsttemperatur der Außenseite
der Leuchtröhre von 850ºC zu erhalten.
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Das heißt, der Betrieb der erfindungsgemäßen Lampe wird
mit einer niedrigeren Temperatur der Röhrenwand als bei
einer herkömmlichen Lampe ermöglicht. Als Folge davon wird
bei der erfindungsgemäßen Lampe die Ausbildung einer dünnen
Eisenschicht auf der Innenwand der Leuchtröhren besser
verhindert als bei einer herkömmlichen Lampe.
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Das heißt, wie in Fig. 2 dargestellt wird, der
Aufrechterhaltungsgrad der Strahlungsstärke im Wellenlängenbereich
von 280 nm bis 400 nm der Lampe beim erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel mit einer Leuchtdauer von 1000 Stunden
bleibt bei größer/gleich 95%, während der
Aufrechterhaltungsgrad der Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen
im Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm der
herkömmlichen Lampe, welcher kein Brom zugesetzt wird, mit einer
Leuchtdauer von 1000 Stunden ca. bei 90% bleibt, weil bei
der herkömmlichen Lampe der Leuchtbetrieb mit einer
Höchsttemperatur der Außenseite der Leuchtröhre von 850ºC
durchgeführt wird, um dieselbe Ultraviolettstrahlungsstärke
zu erhalten, und infolgedessen die Ausbildung einer dünnen
Eisenschicht auf der Innenseite der Leuchtröhre auftritt.
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Nachfolgend wird anhand von Tabelle 1 das Meßergebnis des
Verhältnisses zwischen dem Mischungsverhältnis von Brom
(Gewichtsprozent) zur gesamten Halogenmenge und der
Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlen (relative
Werte) bei einem Leuchtbetrieb mit einer Höchsttemperatur der
Außenseite der Leuchtröhre von 800ºC gezeigt. Dabei
sind die Mischungsverhältnisse zwischen Jod und Brom durch
die Veränderung der Mengen der eingekapselten HgBr&sub2; und
HgI&sub2; verändert worden. Ferner gibt Tabelle 1 zu
Vergleichszwecken die Angaben der vorstehend beschriebenen
herkömmlichen Lampe und ihre Beleuchtungsbedingungen
wieder.
Tabelle
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In Tabelle 1 bezeichnet der Wellenlängenbereich 350 bis
400 nm einen Wellenlängenbereich, in welchem
kontinuierliche Spektren infolge des Lumineszierens von Eisen besonders
deutlich gezeigt werden, und der Wellenlängenbereich 280
bis 400 nm bezeichnet einen Wellenlängenbereich, welcher,
wie vorstehend beschrieben worden ist, zur Aushärtung
wirksam ist. Da in den beiden Wellenlängenbereichen die
Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen umso mehr
gesät
tigt wird, je größer das Mischungsverhältnis von Brom zur
gesamten Halogenmenge wird, wurde die Strahlungsstärke, bei
welcher das Mischungsverhältnis von Brom bei 11,5% liegt,
als 100 gesetzt und relative Werte wurden dargestellt.
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Die relativen Werte der Strahlungsstärke der ultravioletten
Strahlen bei einem Leuchtbetrieb der herkömmlichen
Metalldampf-Entladungslampe, bei welcher das Mischungsverhältnis
von Brom bei 0% liegt, mit einer konstant gehaltenen
Höchsttemperatur der Außenseite der Leuchtröhre von
850ºC, betragen im Wellenlängenbereich von 350 bis
400 nm 97 und im Wellenlängenbereich von 280 bis 400 nm,
wie vorstehend beschrieben, 100.
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Das heißt, wie in Tabelle 1 veranschaulicht ist, kann beim
Betrieb der erfindungsgemäßen Lampe mit einem
Mischungsverhältnis von Brom im Verhältnis zur Gesamthalogenmenge
von größer/gleich 1,28% mit einer konstant gehaltenen
Höchsttemperatur der Außenseite der Leuchtröhre von
800ºC in den beiden Strahlungsbereichen genauso viel
Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen erhalten
werden wie die Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen
beim Leuchtbetrieb der herkömmlichen
Metalldampf-Entladungslampe mit einer Höchsttemperatur der Außenseite der
Leuchtröhre von 850ºC.
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Außerdem ist die Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen Lampe
ausreichend, wenn das Mischungsverhältnis von Brom bei
0,26% liegt, weil die Strahlungsstärke der ultravioletten
Strahlen dabei höchstens ca. 5% abnimmt im Vergleich zum
Leuchtbetrieb der herkömmlichen Metalldampf-Entladungslampe
mit einer Höchsttemperatur der Außenseite der Leuchtröhre
von 850ºC. Wenn jedoch das Mischungsverhältnis von
Brom bei 0,13% liegt, ist die Lampe beim Leuchtbetrieb mit
einer konstant gehaltenen Höchsttemperatur der Außenseite
der Leuchtröhre von 800ºC wegen einer beträchtlichen
Absenkung der Strahlungsintensität der ultravioletten
Strahlen nicht brauchbar. Daraus folgt, daß das
Mischungsverhältnis von Brom zur gesamten Halogenmenge bei einem
Gewichtsverhältnis von größer/gleich 0,26% liegen muß, um
eine ausreichende Strahlungsintensität der ultravioletten
Strahlen zu erhalten, auch wenn der Leuchtbetrieb mit einer
konstant gehaltenen Höchsttemperatur der Außenseite der
Leuchtröhre von 800ºC durchgeführt wird.
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Bei der Lampe, auf welche sich das vorstehende
Ausführungsbeispiel bezieht, wurde als eingekapseltes Metall Bismut
verwendet. Hei Verwendung von Zinn, Magnesium, Thallium,
Cadmium und/oder Mangan wurde jedoch auch dieselbe Tendenz
erzielt. Dies bestätigt die Wirksamkeit der Maßnahme, als
Halogen Brom in einem Gewichtsverhältnis zur gesamten
Halogenmenge von 0,26 bis 11,5% zu verwenden.
Wirkung der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäßen Metalldampf-Entladungslampe kann,
wie vorstehend erläutert wurde, durch die Verwendung von
Halogen, in dem mindestens Brom in einem Gewichtsverhältnis
von 0,26 bis 11,5%, bezogen auf die Gesamtmenge von
Halogen, enthalten ist, eine genügende Strahlungsstärke der
ultravioletten Strahlen erzielt werden, auch wenn die
Höchsttemperatur der Außenseite der Leuchtröhre gesenkt und
die Ausbildung einer dünnen Eisenschicht auf der Innenseite
der Leuchtröhre unterdrückt wird. Die Erfindung gibt also
eine Metalldampf-Entladungslampe an, die über eine zur
Aushärtung von Decklack, Tinte und dergleichen wirksame
Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen über eine
lange Zeit verfügt.