DE1496072A1

DE1496072A1 - Ultraviolettstrahlung absorbierendes Filtermaterial und daraus hergestellte elektrische Lampe

Info

Publication number: DE1496072A1
Application number: DE19631496072
Authority: DE
Inventors: Nordberg Martin Emery; Elmer Thomas Helmut
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1962-03-15
Filing date: 1963-03-15
Publication date: 1970-04-30
Also published as: JPS4817847B1; US3253174A; NL289728A; NL128287C; GB1023134A; DE1496072B2; FR1350354A

Description

IC

iti_en-Nr._A X5 967

der Antwort bitte angeben

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/CORIiIHG GLASS WORICS , Corning , M. Y. , U.S.A.

/ "Ultraviolettstrahlung absorbierendes Pilt©material und daraus

j hergestellte elektrische lampe"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraviolettstrahlung absorbierendes Eiltermaterial und richtet eich insbesondere auch auf eine elektrische Lampe» die bei einer Kolbentemperatur in Bereich von 500 bis 1100° C arbeitet und eine außerordentlich intensive Strahlung erzeugt, aus der die kurav/ellige Strahlung im Ultraviolettbereich ausgefiltert ist. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf eine Glühlampe mit einem Kieselsäureglaskolben, der als Ultraviolettßtrahlungsfilter wirkte

Kürzlich, wurde oine außerordentlich intensive Wolframfadenlampe mit einem Gehalt an Jod zur Verhinderung des liachdunkelns und zur Verlängerung der Lebensdauer entwickelt. Diese Lampe eignet sich besonders ale Compactblitslichtlampe für Kameras, obwohl sie auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt ist. Im Zusam^·

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menhang mit -der Entwicklung dieser Lampe für fotografische Zwecke haben sich "bestimmte Probleme ergeben, die eine verbesserte Lainpenkonatruktion erforderlich inachen· Bin "besonderer Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Lösung für diese Probleme und die Gestaltung einer verbesserten, elektrischen Lampe dieser Art.

Solche hochintensiven Compactlampen erzeugen während des Betriebes nicht nur eine starke Strahlung, sondern auch ein hohes Ausmaß an Wärme, Infolgedessen trifft man bei den Üblichen 65O«Wattlampen dieser Art auf Kolbentemperaturen in der Größenordnung von 850 bis 900° 0. Man muß deshalb einen Hochtemperatur lampenkolben aus einem stark kieselsäurehaltigen S-lae, beispielsweise geschmolzenem Quarz oder aus einem 96 $ Kieselsäure enthaltenden Glas verwenden·

Außerdem erzeugen solche Lampen eine wesentliche Menge an kurzwelliger Strahlung im Ultraviolettbereich, d.h.· eine Strahlung mit Wellenlängen unter ca· 3500 &· Die Bestrahlung durch solches Ultraviolettlicht kann zu Sehfehlern und eine längere Bestrahlung sogar zu Schädigungen des menschlichen Augea führen· Dieses Problem ergibt sich bei den gewöhnlichen, mit vergleichsweise niedriger Temperatur arbeitenden Glühlampen nicht» Der kleinere Anteil der erzeugten Strahlung wird im wesentlichen durch die bei solchen Lampen verwendeten Alkalisilikatglaskolben besei-

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tigt. Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist somit die Schaffung einer verbesserten Glühlampe mit einem Kieselsäureglaskolben, der als Ultraviolettstrahlungsfilter dient·

Es ist nicht nur erforderlich, die kurzwellige Strahlung v/irksam zu entfernen, sondern es ist auch außerordentlich wünschenswert, dies ohne merkliche Einfärbung des Glaskolbens zu erzielen, d.h. ohne Beseitigung eines wesentlichen Teiles der Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums. Infolgedessen ist ein relativ scharfer Strahlungsausschnitt innerhalb des Bereiches von 3000 bis 3600 Ä besonders wünschenswert. Bei einer Art dieser Lampen ißt es beispielsweise erforderlich, daß die Ausstrahlung bei 3000 2 unter ca. 35 "/» liegt, während die Ausstrahlung über 3600 A*, d.h. im sichtbaren Bereich, in der Größenordnung von 80 bis 90 $> liegt.

Es hat sich nun herausgestellt, daß man einen Hochtemperaturlampenkolben mit den gewünschten Ultraviolettfilter- und lichtaussendungseigenschaften dadurch herstellen kann, daß man in ein Kieseleäureglas der oben angegebenen Art eine beschränkte Menge eines Ultraviolettstrahlung absorbierenden Metallions einbaut. Es hat sich ferner gezeigt, daß die wirksame Menge des absorbierenden Ions, d.h. die Menge, die einen bestimmten Ausschnitt bei einer besonderen Wellenlänge liefert, von der Temperatur dee Glaskolbens während des Betriebes abhängig ist. Insbesondere läßt

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sich die wirksame Ausschnittsteaiperatur für eine bestimmte Konzentration des absorbierenden Metallions in einem Glas um ca. 250 ft vergrößern, wenn die KoIbentemperatur sich von Zimmertemperatur auf die Betriebstemperatur von 900° C ändert·

Die Erfindung betrifft somit eine elektrische Lampe, die bei einer Kolbentemperatur innerhalb des Bereiches von 500 bis 1100° 0 arbeitet, eine Lichtquelle enthält, welche zusätzlich eine wesentliche Ultraviolettstrahlung erzeugt, und einen durchsichtigen, im wesentlichen farblosen Hochtemperaturglaskolben mit ca· 0,3 7& eines Zusatzes an einem Ultraviolettstrahlung absorbierenden Metallion aufweist, wodurch der größere Anteil der Strahlung mit einer Wellenlänge unter ca. 3000 Ä während des Lampenbetriebes absorbiert wird.

Zum Absorbieren oder Ausfiltern der unerwünschten Ultraviolettstrahlung eignen sich die verschiedensten Metallionen in kleinen Mengen» Als besonders geeignet haben sich jedoch Vanadium, Der und Molybdän wegen ihrer verhältnismäßig scharfen Aussohnittkurven in dem Bereich von 3000 bis 3600 £ gerade unterhalb des sichtbaren Strahlungsbereiches erwiesen· Molybdän und Vanadium sind in dieser Richtung besonders vorteilhaft. Das erstere neigt Jedoch in etwas stärkerem Maße dazu» durch Verflüchtigung bei erhöhten Temperaturen verlorenzugehen, Zur Erleichterung der Produktioneeteuerung zieht man deshalb im allgemeinen Vanadium

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-vor. Itb? die moisten Zwecke eignet sich ein !Zusatz von 0,03 bis 0,3 fo an Metallion berechnet auf der Basis des dem Glas zugegebenen Metalles. Geringere Mengen führen zu einem geringeren ITutzeffekt und größere Mengen zu einer Verfärbung des Glases, das ' damit merklich im.sichtbaren Bereich des Spektrums zu absorbieren beginnt. Auch ist in diesen kleinen Mengen kein merklicher Einfluß auf die gewünschten Iloohtemperatursofteigenschaften des Lampenkolbens festzustellen.

Selbstverständlich basieren die angegebenen Metallionprozentsätze auf einer Glaskolbenstärke von 1 mm. Der Hutzeffekt wächst unmittelbar mit der Wandstärke» wobei der prozentuale Anteil, der für einen gegebenen Bffekt erforderlich ist, mit Zunahme der Wandstärke abnimmt. Din Kolben mit 2 mm Wandstärke und 0,05 # Anteil eines gegebenen Metallions entspricht somit einem solchen mit 1 mm Wandstärke und einem Gehalt an 0,10 fo an dem gegebenen Metallion.

Weitere Merkmale» Ziele und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen·

Diese zeigen in

Fig· 1 teilweise aufgebrochen eine Aüsführungaform des Erfindungsgegenstandee ; und in

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I¹Ig. 2 und 3

grafische Darstellungen der Abeorptionskurven der verwendeten Kolben·

Nach. 5*Ig· 1 weist eine Glühlampe 10 einen rohrförmigen Glaskolben 12, einen Wolframfaden 14 und keramische Isolierhülsen auf. Der Faden 14 ist in den Kolben 12 an den ^näen 10-18 eingeschmolzen und jeweils am Ende mit einem Ansohlußknopf 20 elektrisch verbunden. Die Hülsen 16 werden in nicht gezeichnete Schnappsookel eingeführt, welche die Anschlußkontakte 20 mit dem elektrischen Stromnetz verbinden· Der Lampe kann fernem ein Reflektor zugeordnet seiii, welcher das ausgesandte Licht konzentrierte Selbstverstäadlioh ist die Erfindung nicht auf die wieder· gegebene Lampenkonstruktion beschränkt, sondern kann auch bei anderen Arten, beispielsweise "bei üblichen Schraubsoekellaiuperi Verwendung finden·· Vorzugsweise besteht die Hülle 12 aus 96 Ά Kieselsäure enthaltendem &las, wie es beispielsweise in d£r US-Patentschrift 2 303 756 beschrieben wird. Gemäß dieser Patentschrift erzeugt man einen Staraaiglaskörper, laugt diesen zur Erzielung eines porösen Kieselsäurekörpers aus» imprägniert ihn mit einer Salzlösung, trocknet ihn und brennt ihn schließlich zur Verfestigung des imprägnierten Glases. Der Stammkörper wird in üblicher Weise aus einem ausgewählten Borsilikatglas hergestellt, in der Wärme behandelt und dann, ausgelaugt»'Datiuroh wird ein wesentlicher Anteil der nicht aus Kieselsaure bestehenden

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Glaebestandteile beseitigt und es entsteht ein poröser Glasgegenstand, der sich Im wesentlichen aus ca. 96 ^Kieselsäure zusammensetzt. Dieser poröse Gegenstand wird mit einer geeigneten Salzlösung imprägniert, getrocknet und auf eine Maximaltemperatur von ca. 1250 erhitzt. Das poröse Glas verfestigt sich während der Wärmebehandlung, wobei das durch das Imprägniersalz eingeführte Metallion eingebaut wird.

Pur die vorliegenden Zwecke geeignete Imprägnierlösungen erhält man, indem man ein Salz des gewünschten Metalls in einer 0,1 N Salzpetersäurelösung auflöst. Das poröse Glas wird entweder unmittelbar nach dem Waschen mit Wasser oder nach dem Trocknen in die Salzlösung eingetaucht, so daß die !Lösung din die Glasporen gelangen kann. Pur ein trockenes, poröses Rohr mit einer Wandstärke von ca. 1 mm reicht eine Zeit von 10 Minuten aus, wobei sich etwas längere Zeiten für nasses, poröses Glas ergeben·

Die folgende Tabelle zeigt eine Anzahl geeigneter Imprägnierlösungen (in g Metallsalz pro 100 ml Lösung) und die entsprechende berechnete Konzentration der in das Glas eingeführten Metallionen· In der Tabelle ist die Imprägnierlösung als g Metallsalz oder Metalloxyd, gelöst in der Säurelösung zur Herstellung von 100 ml Imprägnierlösung angegeben·

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Glas

• Tabelle I

Lösung

1.	0,36	g	V₂O₅	V	6HgO
2.	0,71	g	V₂O₅	J₃-	6H₂O
3.	1,78	g	^V2°5	V	9H₂O
4.	3,09	g	Ce(NO₃		9HgO
5.	1,24	g	Ce(NO₃	MO	•7Ο0Λ
	+ 1,07	g	Al(NO₃
6.	3,62	g	PB(NO₃
7.	0,92	g

Metallion Konzentration im Glas

0,05 #	V
0,10 1*	V
0,25 ?ί	V
0,25 °/o	Ce
0,1 #	Ce +
0,02 j6	Al
0,125Ji	PE
0,125/-	Mo

Pig. 2 zeigt grafisch die Lichtaussendungseigensehaften der Glasröhren mit einer Wandstärke von 1,1 bis 1,2 mm, die mit Vanadium gemäß der oben angegebenen Verfahren imprägniert sind. Die Kurven 1,2 und 3 geben die Purchlässigkeitsdaten für die Gläser 1, 2, nach Tabelle I wieder. In der Darstellung nach Pig« 2 ist die Durchlässigkeit längs der Y-Achse und die Wellenlänge des ausgesandten Lichtes längs der X-Achse aufgetragen. Jede Kurve der grafischen Darstellung zeigt die Prozentsätze der Durchlässigkeit: für das entsprechende Glas bei einer ausgewählten Wellenlänge der geprüften Strahlung. Die Daten, nach denen die Kurven aufgetragen sind, sind mit einem Beokmann DK-2 Spektrophotometer gewonnen. Man erkennt, daß der Ultraviolettschnitt, d»h. die

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Wellenlänge, unterhalb der keine Aussendung auftritt, bei ca. 2750 Ä, 5000 Ä und 3250 S für die Gläser l_f 2 bzw· 3 liegt.

I?ig· 3 zeigt eine grafische Darstellung entsprechend derjenigen nach Pig. 2 zum Vergleich der Jilgenschaften von Gläsern mit verschiedenen Metallionzusätzen mit einem Glas ohne Zusatz. Kurve 4 ist für einen Kolben mit einem Gehalt von 0,05 i* Vanadium, Kurve 5 für einen Kolben mit einem Gehalt von 0,10 fo Cer und 0,2 $ Aluminium als Läuterungsiaittel, Kurve 6 mit einem Kolben mit 0,12 Ja Molybdän und Kurve 7 mit einem Eolben ohne Zusats gewonnen. In jedem Palle betrug die Wandstärke 1,1 bis 1,2 mm und die Zusätze waren ala freie Metalle von dem eingeführten Iraprägniersalz berechnet. Der tatsächliche Metallgehalt pro Glas ist etwas kleiner als der hier wiedergegebene, berechnete Gehalt. Beispielsweise analysiert sich Molybdän auf ca. 1/2 der berechneten Menge und Vanadium auf ca. 2/5 der berechneten Menge/ In jedem Palle wurden die Kolben bis zu 1250° mit einer Keihe von einstündigen Haltezeiten bei über 950° zur entsprechenden Entwässerung ge-, brennt. Wie bereite früher festgestellt, sind Vanadium und Molybdän vorzuziehen, weil ihre Schnittkurven schärfer sind, d.h. sie steiler vom Nullpunkt an ansteigen als die Kurven für ein Glas, welches Cerionen enthält· Die in den Fig· -2 und 3 wiedergegebenen Daten wurden mit Messungen bei Zimmertemperatur erhalten· Die Erfahrung zeigt, daß sich diese Durohläesigkeitskurven nach rechte, d.h. zu höheren Wellenlängen verschieben, wenn die

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Temperatur des Glases zunimmt. Bei einer Lampe, die "bei ca. 850 bis goo⁰ C arbeitet, werden die Durchlässigkeitskurven um ca. 250 Ä nach rechts verschoben. Dies bedeutet in anderen Worten, daß die Kurve 3 nach I'l^'· 2₈ deren Ilull&urohläaaigkeit bei Zimmertemperatur beim Wert von ca, 3250 £ liegt, ihren Uulldurchläsaigkeitaachnittpunkt bei ca. 550C £ aufweist, wenn die Lampe im genannten Temperatuxbereioh arbeitet.

Man erkennt, daß die Erfindung wirksam das Problem der Ultraviolettstrahlung ohne Yerlusi: dar Hochtemperaturaigenschaftuii in einem Lampenkolben lasts, so daC sich eins verbesserte Lampenkonstruktion ergibt» Selbstverständlich laasan sich verschiedene Abänderungen im Rahmen der Erfindung yornehmen_s inabeaondere kam man das optische Filter, das durch den Lampenkolben gebildet wird, auch getrennt als Linse odar besondere Glocke verwenden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Ultraviolet taljsorptionsfilter ,dadurch g e k e η η-z e i ο h η e^vt , daß es im wesentlichen aus einem hochtemperatur "be ständigen, durchsichtigen, im wesentlichen farblosen Glas mit einem Gehalt von "bis zu ca, 0,3 $> eines Ultraviolettstrahlung absorbierenden Metallions zur Absorption eines größeren Anteils der Strahlung mit einer Wellenlänge unter ca. 3000 £ besteht«

2. Filter nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , daß das Glas ein solches mit hohem Kieselsäuregehalt 1st.

3· Pilter nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet , daß es aus einem 96 ^c/> Kieselsäure enthaltendem Glas besteht.

4. Pilter nach Anspruch 1 bis 3»dadurch gekennzeichnet , daß der Zusatz aus 0,03 bis 0,3 7& eines Metallions aus der Gruppe Vanadium, Molybdän und- Cer besteht.

5. Pilter nach Anspruch 4,daduroh gekennzeichnet, daß das Metallion ein Vanadiumion ist»

Mfiiih v-'nterlpgen i^r«. ;si " ;: n·.-. v?c!r."dcoÄ;^erungtaai.v.4.9.r — 12 —

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6. lampe mit einer lichtquelle, die einen merklichen Anteil an Ultraviolettstrahlung erzeugt ,dadurch gekennzeichnet , daß der Lampenkolben aus einem Filter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche "besteht*

7, Lampe nach .Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle ein WolframglUhfaden is;fc.

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