DE2222821B2 - Elektrische Entladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungslampe, bestehend aus einem gasdichten Kolben mit zwei darin angeordneten Elektroden und einer Füllung aus Quecksilber und einem Edelgas sowie einem Zusatz von Gall'um und einem Halogen wie Jod oder Brom.

Derartige Entladungslampen sind bekannt (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 489 445) und werden in zunehmendem Maße als Lichtquc ie für fotochemische Reaktionen bei Reproduktions-Klischee-Herstellungs-, Kopier, Paus- und Siebdruckverfahren u. dgl. verwendet. Bekanntlich sprechen lichtempfindliche Wirkstoffe besonders stark auf Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge zwischen 380 bis 420 nm an, wenn dies auch mehr oder weniger von der Art der Wirkstoffe abhängt. Bisher wurden für derartige Zwecke als Lichtquelle sogenannte Quecksilberlampen vor allem Quecksilber-Hochdrucklampen verwendet. Bei diesen Quecksilberlampen liegt jedoch die höchste Lichtausbeute, soweit die Lichtstrahlen für fotochemische Reaktionen brauchbar sind, bei einer Wellenlänge von 365 nm. Der wesentliche Teil der Strahlungsenergie geht also unausgenutzt verloren. Aus diesem Grunde ist die Wirksamkeit der bisher üblichen Entladungslampen bei der Belichtung von lichtempfindlichen Papieren u. dgl. nicht zufriedenstellend.

Um diese Nachteile zu überwinden, wurde bereits vorgeschlagen, dem Quecksilber und dem Edelgas im Kolben Galliumtrijodid (GaJ) zuzusetzen, wodurch die Lichtausbeute in den Bändern von 403 und 417nm entsprechend den speziellen Spektren des Gallium verstärkt werden kann. Diese in letzter Zeit entwickelte Lampe mit einer Zusatzfüllung an Galliumtrijodid hat eine reiche Lichtausstrahlung im Wellenband von annähernd 400 nm, so daß sie sich zweifelsohne als Lichtquelle für die Belichtung von Kopierpapieren u. dgl. eignet. Als Nachteil hat sich jedoch herausgestellt, daß relativ hohe Spannungen zum Starten und erneuten Zünden erforderlich sind, und daß die Spannungen im Betrieb der Lampe erhöht werden müssen, wenn dies auch mehr oder weniger bei Verwendung eines Zusatzes in der Form eines Halogens oder Metallhalogenide unvermeidlich erscheint. Der Grund hierfür dürfte höchstwahrscheinlich in den Verunreinigungen durch Wasser und Wasserstoff, welche unvermeidbar zusammen mit dem Halogen oder dem Metallhalogenid in Mischung eingebracht werden, sowie in dem freien Halogen, welches im Kolben erzeugt wird, zu suchen sein. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits in Betracht gezogen, die Halogenrnenae herabzusetzen, und zwar vor allem den Jodzusatz, doch waren sich die Fachleute bisher darüber einig, daß das Halogen in einer Menge chemischer Äquivalenz

ίο zum Gallium zugesetzt werden muß. Selbst bei Berücksichtigung möglicher Wiegefehler wurde daher das Halogen in einer Menge zugesetzt, welche etwas unter der chemischen Äquivalenz lag.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Entladungslampe der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, d. h. die Füllung des Lampenkolbens derart zu bemessen, daß die Zusätze innerhalb relativ weiter Grenzen variierbar sind und die Nachteile der bisher üblichen Lampen behoben

ao werden, d.h. die Zündspannung niedriger liegt als bisher.

Die Erfindung besteht darin, daß der Zusatz Gallium und Halogen in einem Grammatom-Verhältnis von 0,5 bis 3,0 enuält. Vorzugsweise beträgt der Zusatz an Gallium 0,4 X 10-^ß bis 4,0 X 10-e Grammatom/cm³ des Kolbeninhaltes.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß es entgegen der bisherigen allgemeinen Auffassung der Fachwelt möglich ist, die Menge an Halogen wie Jod

und Brom gegenüber dem Gallium beträchtlich unter die chemische Äquivalenz zu senken. Dadurch können ohne Senkung der Lichtausbeute im Wellenbereich zwischen 380 und 420 nm die vorgenannten Nachteile vollkommen ausgeschaltet werden.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen an Hand der Zeichnungen erläutert, es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm, bei welchem als Ordinate die Lichtausbeute der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe mit einer Füllung aus Quecksilberdampf und Argon und einem Zusatz von Gallium und Jod bezogen auf einen Wert von 100⁰O für die Lichtausbeute einer Quecksilberlampe ohne Gallium oder Jod im Wellenlängenband zwischen 380 und 420 nm und das Grammatom-Verhältnis von Gallium zu Jod bei Veränderung der Menge des ersteren gegenüber der feststehenden Menge des letzteren als Abszisse eingetragen ist, und

F i g. 2 ein Diagramm, bei welchem die Lichtausbeute von zwei Quecksilberlampen mit Zusätzen von Gallium und Jod mit einem Grammatom-Verhältnis von 1: 3 bzw. 1 : 1 bei gleicher Galliummenge bezogen auf einen Wert von 100 ⁰Zo für die Lichtausbeute im Wellenlängenband von 380 bis 420 nm der gleichen Quecksilberlampe, jedoch ohne zusätzliche Füllung als Ordinate und die unterschiedliche Galliumfüllung des Kolbens in Grammatom/cm³ des Kolbeninhaltes als Abszisse dargestellt ist.

Die in F i g. 1 dargestellten Ergebnisse ergaben sich aus einer Reihe von Versuchen, welche mit einer 2 kW-Quecksilberlampe mit einem Kolben von 15 mm Durchmesser und 200 mm effektiver Länge durchgeführt wurden. Der Lampenkolben enthielt 60 mg Quecksilber und 15 mg Argon sowie 0,98 X ΙΟ"⁰ Grammatom/cm³ des Kolbeninhaltes an Jod, während Gallium in verschiedenen Mengen zugesetzt wurde. Punkt A des Diagramms zeigt die Lichtausbeute bei einem Zusatz von Gallium zu Jod im Grammatom-Verhältnis von 1:3 entsprechend

den bisher üblichen Ausführungen, d. h. also entsprechend der bisherigen Auffassung der Fachwelt. Es zeigt sich, daß eine derartige moderne Quecksilberlampe die Lichtausbeute für fotochemische Reaktionen gegenüber einer alten Quecksilberlampc mit dem üblichen Inertgas, jedoch ohne den vorgenannten Zusatz um das Doppelte verbessern konnte. Die Punkte B, C, D zeigen jeweils die Lichtausbeuten der erfindungsgemäßen Quecksilberlampen mit einer Gailiumfüllung, weiche in bezug auf Jod dem 1.5-, 3,0- und 9.0fachen der chemischen Äquivalenz entsprach, um Galliumtnjodid zu bilden.

Während man nach bisheriger Auffassung ohne weiteres Gallium und Jod als Galliumtrijodid in den Lampenkolben einbringen konnte, so zeigt sich, daß ein wesentlich besseres Resultat erzielt wird, wenn Gallium und Jod in Elementarform verwendet werden, um schließlich Galliumtrijodid zu bilden. Es zeigt sich aber auch, daß, falls Gallium nur in der Form dieser Verbindung nützlich wäre, ein Zusatz derart hoher Mengen an Gallium wie dem 1,5-, 3,0- und 9,0fachen der chemischen Äquivalenz zu Jod die Lichtausbeute kaum verbessern, sondern höchstens beeinträchtigen würde.

Überraschenderweise, d. h. im Gegensatz zur bisherigen Ansicht der Fachwelt zeigten die Versuche, daß die Lichtausbeute in den Punkten S, C und D insgesamt wesentlich höher lag als im Punkt A für eine moderne Lampe bisheriger Ausführung. Die Quecksilberlampe mit der Zusatzfüllung von Gallium und Jod im Grammatom-Verhältnis von 1 : 2 zeigte eine 2,5fache Lichtausbeute gegenüber der alten Quecksilberlampe, wie Punkt B zeigt. Bei einem Verhältnis von 1 : 1 ergab sich, wie Punkt C der F i g. 1 zeigt, überraschenderweise sogar eine 3fache Lichtausbeute. Dieses durchaus unerwartete Ergebnis ergab sicn sogar dann, wenn die Galliummenge bis zum 3fachen Jodaiiteil im Grammatom-Verhältnis erhöht wurde, wie Punkt D zeigt. Diese Ergebnisse zeigen unzweifelhaft, daß Gallium und Jod als Füllung im Lampenkolben auf die fotochemisch wirksame Lichtstrahlung zumindest nicht nur in der Form von Galliumtrijodid einwirken, sondern auch in der Verbindung der geringeren Jodmenge mit Gallium, wenn auch bis zum heutigen Tage eine genaue Erklärung dieser Trschemung leider noch nicht gemacht werden kann. Vom Punkt C zum Punkt D wurde eine sehr geringe Abnahme der Lichtausbeute festgestellt, welche möglicherweise von der übermäßig großen Menge an Gallium herrührt, welche nicht mit Jod reagieren kann und in Form des Elementardampfes verbleibt, welcher die Lichtstrahlen absorbiert. Bei weiterer Erhöhung der Galliummenge über die im Punkt D angegebene Menge fiel die Lichtausbeute recht stark ab.

Die Menge an in den Kolben der Entladungslampe einzufüllendem Gallium reicht im allgemeinen und

ίο vorzugsweise von 0,4 \ 10~ⁿ bis 4,0 X 10~⁶ Grammatom/cm³ des Kolbeninhalts. Wenn auch die angegebenen Grenzen nicht kritisch sind, so kann bei einem Zusatz an Gallium unter der genannten unteren Grenze das Galliumspektrum während des Betriebes beträchtlich vermindert werden, während bei einem Galliumzusatz über der angegebenen oberen Grenze die Entladungslampe instabil arbeiten kann.

Bei einer weiteren Versur'.sreihe wurde die Lichtausbeute bei der vorgenannten Quecksilberlampe festgestellt, wobei die eine Lampe einen Zusatz an Gallium und Jod im Grammatom-Verhältnis von 1:3 und die andere ein derartiges Verhältsnis von 1 :1 hatte. Bei Veränderung der Galliummenge zur Erzielung der die Lichtausbeute der beiden Entladungslampen darstellenden Kurven wurde festgestellt, daß diese Kurven im wesentlichen miteinander zusammenfielen, wie dies F i g. 2 zeigt. Daraus läßt sich ohne weiteres ableiten, daß die Entladungslampe mit der Zusatzfüllung an Gallium und Jod im Grammatom-Verhältnis von 1 : 1 gemäß der vorliegenden Erfindung leistungsmäßig insgesamt nicht unter der einer Lampe der bisher üblichen Art liegt, deren Kolben zusätzlich mit Gallium und einem Halogen in einem derartigen Verhältnis angefüllt war, daß GaIIiumtrijodid entstand.

Infolge der relativ geringeren Menge an Jod betrug die zum Starten der erfindungsgemäßen Entladungslampe erforderliche Spannung etwa 700 V im Vergleich zu einer Zündspannung von 1400V bei einer Lampe der bisher üblichen Art. Auch die Spannung zur erneuten Zündung lag wesentlich niedriger. Es stellte sich auch heraus, daß diese Spannungen im Gegensatz zu einer Lampe der bisher üblichen Art mit einem Gallium- und Jodzusatz im Verhältnis von 1 : 3 praktisch nicht anstiegen.

Die gleichen Resultate wurden im übrigen auch bei einer Quecksilberlampe beobachtet, in welcher an Stelle von Jod Brom verwendet wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrische Entladungslampe, bestehend aus einem gasdichten Kolben mit zwei darin angeordneten Elektroden und einer Füllung aus Quecksilber und einem Edelgas sowie einem Zusatz von Gallium und einem Halogen wie Jod oder Brom, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Gallium und Halogen in einem Grammatom-Verhältnis vom 0,5 bis 3.0 enthält.

2. Elektrische Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daC der Zusatz an Gallium 0,4 X 10~⁶ bis 4,0XlO-⁶ Grammatom/cm³ des Kolbeninhaltes beträgt.