DE2604916A1 - Quecksilberdampf-entladungslampe - Google Patents

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Quecksilberdampf-Entladungslampe

Die Priorität der Anmeldung Nr. 75 04586 vom 14. 2. 1975 in Frankreich wird beansprucht.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Quecksilberdampf-Entladungslampe, deren ionisierbare Atmosphäre Quecksilberdampf enthält, ferner den Dampf von wenigstens einem Metall aus der Gruppe IIIA des Periodensystems und mindestens ein Edelgas. Diese Atmosphäre ist ferner dadurch ausgezeichnet, daß sie auch eine halogenierte organische Verbindung enthält, die mit dem ausgewählten Metall reagiert, wenn die Lampe in Betrieb ist.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Lampe, die bei mittlerem Druck und unter reichlicher UV-Strahlung arbeitet. Diese

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Lampe dient als Quelle einer UV-Strahlung zur Erzeugung fotochemischer Reaktionen, wie z. B. insbesondere die Polymerisation von polymerisierbaren Tinten und Lacküberzügen, die in der Drucktechnik oder zum Beschichten der Oberflächen von Gegenständen aus verschiedenen Materialien wie Holz, Gewebe, Plastik oder Metall verwendet werden.

Von den verschiedenen bekannten Vorteilen/ die sich aus der Verarbeitung von polymerisierbaren Tinten und Lacken durch UV-Strahlung ergeben, sei nur die Energieersparnis, die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und die Reduzierung der Verschmutzung (Lärm und Geruch) erwähnt.

Im allgemeinen sind die bisher bekannten UV-Lampen so ausgebildet, daß sie den Anforderungen von fotografischen oder fotoempfindlichen Papieren entsprechen. Aus einer Reihe von Tests mit Lampen von unterschiedlichem Spektrum hat sich gezeigt, daß zur Polymerisation von polymerisierbaren Tinten und Lacken vorzugsweise eine Lampe geeignet ist, deren Strahlungsenergie im UV-Bereich von 240 bis 313 m,u hoch ist gegenüber der in dem UV-Bereich von 334 bis 408 m ,u.

Nach der bisherigen Technik des Drückens von Zeichnungen oder Kopien wurde fotografisches oder fotoempfindliches Papier der Bestrahlung einer Quecksilberdampflampe ausgesetzt, deren höchste Strahlungsenergie im Bereich von 365 bis 407 m ,u lag. Um die Intensität der UV-Strahlung zu erhöhen, wurde die Spektralbreite vergrößert. Man erreichte dies durch Zusatz von Metallen und einem reinen Halogen oder durch Zusatz von Metallhalogeniden. Ein bekanntes Verfahren besteht in der Verwendung von Gallium und gasförmigen Jodiden oder Chloriden oder Galliumhalogenid in der Form von Galliumtrijodid. Ein bekannter Nachteil dieser Verbindungen liegt in der Schwierigkeit, die erforderlichen, jedoch

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sehr geringen Mengen genau zu dosieren und sie in die Lampe einzubringen, ganz besonders dann, wenn sie an der Luft instabil sind wie das Galliumtrijodid. Bei der industriellen Anwendung besteht dann die Gefahr der zu großen statistischen Verteilung der Verbindung über den günstigsten oder ursprünglich festgelegten Wert hinaus.

Bei einer anderen bekannten UV-Lampe wurde das Strahlungsspektrum dadurch erweitert, daß Gallium und Quecksilberjodid zusammen mit dem Quecksilber eingefüllt wird. Beim Betrieb dieser Lampe stellte man fest, daß sich das Quecksilberjodid in Quecksilber und Jod zerlegt und das Jod mit dem Gallium unter Bildung von Galliumjodid rekombiniert hat. Dieses Verfahren vermeidet die Handhabung und Dosierung von Galliumjodid oder Jod.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Entladungslampe zu schaffen, deren Strahlungsenergie in den zur Polymerisation von Lacken und Tinten oben genannten geeigneten Bereichen liegt.

Ferner sollen die Verluste der Lampe an sichtbarer und Infrarotstrahlung sowie an UV-Strahlung, die Ozon erzeugt, soweit als möglich verringert werden.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Es hat sich also gezeigt, daß unter Verwendung von Quecksilberdampf, mindestens einer halogenierten organischen Verbindung und Dampf eines reinen Metalls aus der Gruppe IIIA des Periodensystems, wie z. B. Gallium, Aluminium und Indium, und mindestens einem Edelgas in der Entladungsatmosphäre eine elektrische Ent-

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ladungslampe hergestellt werden kann, die sich insbesondere zur Lösung des Problems der Polymerisation von polymerisierbaren Tinten und-Lacken eignet.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Jod in Form einer halogenierten organischen Verbindung zur Verfügung steht, die bei Raumtemperatur gasförmig in die Lampe eingebracht werden kann und daß ferner ihr Volumen und Druck leicht auf genaue Weise geregelt und gemessen werden, kann. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht ferner darin, daß das ausgewählte Metall in verhältnismäßig ungenauen Mengen in die Lampe eingegeben werden kann. Nur eine einzige Bedingung ist dabei zu erfüllen; die Menge muß einen bestimmten Minimalwert übersteigen, die Obergrenze kann doppelt so hoch sein, ohne daß eine merkliche Beeinflussung des Betriebsablaufes oder des Verhaltens der Lampe eintritt.

Bei geeigneten in die Lampe eingebrachten Substanzmengen erzeugt diese eine einheitliche Strahlung über den gesamten Bogen zwischen den Elektroden, selbst bei einem bis auf 2 m erweiterten Abstand. Das ist ein Vorteil gegenüber bestimmten älteren Lampen, deren Röhren mit freiem Halogen gefüllt sind, wie z. B. Jodid, und einem Metall, wie z. B. Gallium. Bei diesen Lampen ist die Spektralverteilung und die Intensität der UV-Strahlung im Bereich nahe an den zwei Elektroden und in der Mitte der Röhre nicht einheitlich.

Ein weiteres Merkmal dieser Lampe liegt darin, daß die in die Röhre eingebrachte halogenierte organische Verbindung die Bildung von opaken Ablagerungen an den kühleren Teilen der Lampe verhindert, wenn diese normal arbeitet. Demzufolge trägt diese Verbindung dazu bei, die anfangs einheitliche Anfangsstrahlung aufrechtzuerhalten. Es erscheint wahrscheinlich, daß dieser Beitrag zumindest teilweise auf der Rolle beruht, welche das organische Radikal dieser Verbindung spielt.

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Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung lassen sich aus der eingehenden Beschreibung erkennen. Beschreibung und Zeichnung dienen nur als Beispiel und stellen keine Beschränkung der Erfindung dar.

Die einzige Figur ist ein schematischer Längsschnitt einer bevorzugten Ausführung der UV-Lampe nach der Erfindung.

In einer bevorzugten Ausbildungsform besteht die Lampe aus einer zylindrischen Röhre 10 aus hochreinem Quarz, das für die UV-Strahlung bes~oders durchlässig ist. Der Durchmesser beträgt vorzugsweise 18 bis 22 mm. Bei leistungsfähigen Lampen in der Größe von 25 kW kann die Länge bis zu 2 m betragen. Die Wolframelektroden und 11' sind in den zusammenlaufenden Enden der Röhre eingedichtet,, ihre im Röhrenraum liegenden Spiralen 12 und 12' sind mit Thorium beschichtet. Die anderen Enden der Elektroden 11 und 11' sind an die außenliegenden, aus Nickel oder vernickeltem Stahl bestehenden Endstücke 13 und 13' mittels der blattförmigen Kontakte 14 und 14' aus Molybdän angeschlossen. Diese sind in axialen Ausbohrungen der Quarzhülle eingedichtet. Die Molybdän-Anschlüsse 15 und 15' verbinden die Kontakte 14 und 14' mit den Kupferlitzen 16 und 16'. Diese Kupferlitzen 16 und 16' führen jeweils durch eine axiale Bohrung in dem entsprechenden Endstück 13 und 13' und sind mit ihren Ausgängen darin eingeschmolzen. Die Endstücke 13 und 13' sind vorzugsweise von der Art/ die in der französischen Patentanmeldung 74 12 746 vom 11. 4. 1974 beschrieben und beansprucht werden.

Es liegt auf der Hand, daß der Abstand D zwischen den Elektroden eine Funktion der gewünschten Lampenleistung ist. Wenn eine Lampe mit einer Gesamtleistung von 7,5 kW gefordert wird, so beträgt dieser Elektrodenabstand vorzugsv/eise 970 mm.

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Die Röhre wird wie folgt gefüllt. Bestimmte Mengen an Quecksilber und des Metalls, ausgewählt aus den drei Elementen Gallium, Indium oder Aluminium, werden durch den Ansatz 17 eingegeben und die Röhre wird dann in der üblichen Weise ausgepumpt. Eine bestimmte Menge einer halogenierten organischen Verbindung, die bei Raumtemperatur in Gasform vorliegt, wird über ein an den Ansatz angeschlossenes Verbindungsstück zugeführt. Diese Verbindung kann eine jodierte organische Verbindung wie Methyljodid (CH_J) oder Äthyljodid (C-H₁-J) sein. Sie werden bei einem geeigneten Druck zwischen 0,1 und 0,8 torr in den Behälter eingespeist. Dieser wird dann zum Schluß mit mindestens einem von zwei Edelgasen, Argon oder Neon, gefüllt und der Ansatz 17 luftdicht verschlossen.

In dem beschriebenen Beispiel einer für eine Leistung von 7,5 kW ausgelegten Lampe ist das in die Röhre eingebrachte Metall vorzugsweise Gallium und seine Menge ist der des Quecksilbers und der ausgewählten halogenierten organischen Verbindung proportional. Eine typische Mischung in einer 7,5 kW-Röhre besteht aus mindestens 0,15 mg Gallium, 430 mg Quecksilber, einer Methyljodid-Füllung bei einem Druck von 0,15 torr und einer Argonfüllung unter einem Druck von 20 torr.

Bei einer Röhre mit einem Innendurchmesser von 20 mm verkörpern

—4
diese Mengen ca. 6 χ 10 .mg Gallium und 1,8 mg Quecksilber pro

3 3

cm Röhreninhalt. Diese Menge Gallium pro cm stellt die für einen korrekten Betrieb der Röhre erforderliche Minimalmenge dar. Diese Menge kann jedoch größer sein, sogar doppelt so groß wie im Beispiel, ohne daß der Betriebs ablauf oder das Verhalten der Lampe davon betroffen wird.

Bei Raumtemperatur sind das Gallium und das Quecksilber fest, während das Methyl- oder Äthyljodid und die Edelgase gasförmig sind. Die gleichen Ergebnisse erhält man beim Ersatz der Gallium-

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menge durch entsprechende Mengen von Aluminium oder Indium, z. B.

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durch 2,4 χ 10 bis 4,8 χ 10 mg Aluminium oder 1 χ 10 bis

-3 3

2 χ 10 mg Indium pro cm .

Die Lampe, die die beschriebenen Einrichtungen enthält, kann durch Anlegen einer Speisespannung von 1225 V an den zwei Elektroden in Betrieb gesetzt werden, der Belastungsstrom beträgt 6,75 A. In dem Edelgas bildet sich zunächst zwischen den zwei Elektroden ein Lichtbogen aus. Die zxigeführte Energie bewirkt die Erwärmung der Röhre, wodurch das Quecksilber und Gallium zum Verdampfen gebracht wird. Nach einer Betriebsdauer von ca. 1 min verhält sich die Lampe wie eine Lampe, die nur Quecksilberdampf enthält. Nach 2 min reagiert das Gallium mit der halogenierten organischen Verbindung und sein UV-Spektrum überlagert das des Quecksilbers. Die Lampe erreicht ihre normalen Betriebsbedingungen nach 3 min, wenn der gesamte Innendruck den Optimalwert erreicht hat, d. h. zwischen 1 bis 2 Atmosphären liegt. Die kalten Punkte der Quarzhülle der Lampe erreichen dann eine Temperatur von 600 bis 750 ⁰C.

Die ausgestrahlte Energie in W pro 2,54 cm bei den Hauptwellenlängen für zv/ei Lampenbeispiele, gespeist mit einer Energie von 200 W pro 2,54 cm und 300 W pro 2,54 cm ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

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Strahlungsspektrum Strahlungsenergie in W/cm bei den Hauptwellenlängen

Wellenlänge in m ,u Eingespeiste Energie W/2,54 cm 300 W/2,54 cm Lampe Lampe

1357/1393

1189/1213

1119/1129

1014

691 2,3

21,0
0,8

4,6

12,7

38,1

1,3

sichtbar

577/9

546

492

436

417 35,6
39,1
0,5
31,0
2O_r3

63,5 73,6 1,3 61,0 38,1

UV C

408 405 403 391 366 334 2,54
15,5
10,2

0,5
30,7

3,5

5,1 30,5 20,3

1,3 61,0

7,6

UV B

313 302 297 294 292 289 287 230 275 270 14,0
8,1
5,1

10,2
1,0
1,8

1O,2
3,5
1,0
1,8

25,4

16,5

10,2

17,8

1,8

3,1

17,8

6,3

1,5

3,0

UV A

265 257 254 248 240 3,8

5,3

2,54

3,3

3,0

6,3 10,2 5,1 6,3 5,1

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Die Tabelle zeigt, daß die Summe der durch die UV-Strahlung erzeugten Energien A und B hohe Werte in W/2,54 cm erreicht, verglichen mit der durch die UV-Strahlung erzeugten Energie C. Diese Lampe eignet sich deshalb für die Lösung der Probleme, die beim Polymerisieren von polymerisierbaren Tinten und Lacken auftreten.

Verglichen mit einer nur Quecksilberdampf enthaltenden Lampe beträgt die Verbesserung der Wirksamkeit der UV-Strahlung mehr als 40 % in dem nutzbaren Bereich zwischen 240 und 408 m,u. Gleichzeitig verringert sich die Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichtes und im fernen UV-Bereich jenseits von 240 m,u, wodurch die Ozonerzeugung verringert wird.

Die verbesserte Wirksamkeit der Lampe, ausgedrückt in W, bezogen auf die eingespeiste Energie in W, verringert auch die Verluste durch die Quarzhülle, setzt deren Temperatur auf 50 bis 100 ⁰C herab und erhöht damit die Lebensdauer der Lampe.

10 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnung
mit 1 Figur

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Claims (10)

A.M.V. Taxil et al 25-9-6 PATENTANSP RDCHE

1.) Quecksilberdampf-Entladungslampe,, die eine UV-Strahlung erzeugt, bestehend aus einer luftdicht abgeschlossenen Quarzröhre mit thoriumbeschichteten Wolframelektroden, wobei Quecksilber, mindestens ein Edelgas wie Neon oder Argon und ein Metall wie Gallium, Aluminium oder Indium in der Röhre enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre in der Röhre eine halogenierte organische Verbindung im Gaszustand enthält, die beim Betrieb der Lampe mit einer bestimmten Menge des Metalls in Reaktion tritt.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halogenierte organische Verbindung an Jodderivat von Methan oder Äthan ist.

3- Lampe nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die halogenierte Verbindung Methyljodid oder Äthyljodid ist.

4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Alkyljodide bei Raumtemperatur zwischen 0,1 und 0,8 torr liegt.

5. Lampe nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Metall

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Gallium ist und seine Menge zwischen 6 χ 10 bis 12 χ 10 mg pro cm in dem Volumen der Entlaöungsröhe beträgt.

6. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall

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Indium ist und seine Menge zwischen 1 χ 10 bis 2 χ 10 mg pro cm beträgt.

7. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall

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Aluminium ist und seine Menge zwischen 2,4 χ 10 bis 4,8 χ mg pro cm beträgt.

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8. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie .1,8 mg Quecksilber pro cm des Volumens in der Entladungsröhre enthält.

9. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelgas Argon ist mit einem Druck von 20 torr.

10. Verwendung der Entladungslampe nach Anspruch 1 zur fotochemisch ausgelösten Polymerisation von polymerisxerbaren Lacken und Tinten.

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