DE2629309C2 - Mitteldruck-Bogenentladungslampe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mitteldruck-Bogenentladungslampe mit einem Kolben aus Quarz mit je einer Elektrode in jedem Ende, die Quecksilber und Eisenjodid enthält und als Strahlungsquelle für IIV im Bereich von 250 bis 44C nm dient.

Derartige Lampen werden vornehmlich für industrielle photochemische Verfahren, Photopolymerisation und Nachbehandlungs- bzw. Aushärteanwendungen eingesetzt

Am weitesten verbreitet als Lichtquelle mit Strahlung im Wellenlängenbereich von 250 bis 440 nm ist eine Mitteldruck-Quecksilber-Entladung, die bei einem Druck von etwa 2 bar arbeitet. Die Quecksilberlinien liegen in diesem Bereich bei 313,365,366,405 und 407 nm und diese Linien erklären etwa 11 % der Gesamtleitungsaufnahme dieser Lampen. Diese Linien sind typischerweise druckverbreitert auf wenigstens 0,1 nm in Halbbreite bei Betriebsdruck.

Aus der DE-OS 18 01 834 ist eine Mitteldruck-Bogenentladungsröhre der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher die Strahlungsabgabe von Quecksilber-Entladungen dadurch verbessert wird, daß man Eisenjodid (Fej2) einführt, welches bei einer Mitteldruck-Bogenentladung ganz erheblich die Strahlung im Bereich von 300 bis 440 nm intensiviert. Das wird mit nur wenig Eisenjodid relativ zur Quecksilbermenge erreicht. Im Gegensatz zu vielen anderen UV-Strahlungsquellen sind die meisten Eisenlinien nicht wesentlich druckverbreitbar, wie das für die Quecksilberlinien zutrifft.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Strahlungsemission im UV-Bereich bei derartigen Lampen wesentlich zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich ein Metalljodid der Füllung beigefügt ist, welches eine chemische Stabilität besitzt, die niedriger als diejenige des Eisenjodids ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Es wurde festgestellt, daß ein unerwarteter Emissionsanstieg im UV-Bereich stattfindet, wenn Quecksilberjodid (HgJ₂) in Kombination mit Eisenjodid und Quecksilber verwendet wird. Es ist bekannt, daß Quecksilberjodid bei hoher Temperatur zusammenbricht und die diatomare Verbindung Quecksilbermonojodid bildet. Man weiß, daß Quecksilbermonojodid ein Strahkingskontinuum im Bereich von 400 bis 440 nm erzeugt. Bei dem erzielten Ergebnis ist überraschend, daß die Hinzufügung von Quecksilberjodid auch die Emission des Eisens bei 360 nm, also im UV-Bereich, verbessert.

Die Hinzufügung von Quecksilberjodid hat auch dazu geführt, die Aufrechterhaltung der Lichtabgabe während der Lebensdauer der Lampe zu verbessern. Zum Beispiel besitzen Lampen, die Quecksilber, Eisenjodid und Quecksilberjodid entsprechend der Erfindung enthalten, eine Aufrechterhaltung von 84% während der Lebensdauer im 360 nm Gebiet nach 1000 Betriebsstunden, während ohne die Hinzufügung des Quecksüberjodids die entsprechende Angabe 70% betrug.

Thermochemische Berechnungen legen den folgenden Schluß nahe: Nur mit Eisenjodid und Quecksilber begrenzt der Zerfall des Eisenjodids die Gesamtmenge des Eisens, die im Gas bei Temperaturen, wie sie in der Nähe der Elektrodenspitze herrschen, enthalten sein kann. Wenn hingegen Quecksilberjodid hinzugefügt ist, wird das Quecksilberjodid zu Quecksilbermonojodid und zu atomarem Jod bei Temperaturen abgebaut, die fast die Elektrodenspitzentemperatur erreichen. Das befreite atomare Jod neigt dazu, den Abbau des Eisenjodid zurück zur Verbindung zu verschieben und so zu ermöglichen, daß das Gas insgesamt mehr Eisen enthält. Das würde die höheren Lichtabgaben im 360 nm Gebiet bei Hinzufügen von Quecksilberjodid erklären. Darüberhinaus legen diese Ergebnisse nahe, daß andere Metalljodide mit relativ hohem Dampfdruck und einer thermochemischen Stabilität ähnlich dem Quecksilberjodid sich ähnlich verhalten. Derartige Metalljodide können Bi)₃, SbJ₃ und AsJ₃ sein.

Solche Metalljodide, die zum Ausbalancieren des thermischen Abbaus von Eisenjodid angewendet werden, sollen eine chemische Stabilität, die niedriger als die des Eisenjodids ist, und einen Dampfdruck vergleichbar mit Quecksilberjodid besitzen. Die typische Indikation für die chemische Stabilität ist die freie Bildungsenergie nach Gibbs. Man kann daher die chemische Stabilität verschiedener Metalljodide vergleichen, indem man folgende typische Prozedur anwendet: Die freie Bildungsenergie teile man durch die Anzahl von Jod-Atomen, die in einem Metalljodid-Molekül enthalten sind. Die freie Bildungsenergie bei 1000 K gibt für gasförmige Mctalljodide die folgende Reihenfolge der Stabilität an:

Sn]₄> ZnJ₂> CdJ₂> Hg]₂ = FeJ₂ = SbJ₃> BiJ₃-AsJ₃> CoJ₂> NiJ₂

Die am meisten zu bevorzugenden Jodide sind SbJ₃, BiJ₃ und AsJ₃ im Hinblick auf chemische Stabilität und Dampfdruck. Die Dampfdruckwerte sind als Minimalwcrt 10,6 mbar bei 500 K, welcher Wert ähnlich dem des

Quecksilberjodids ist Co]₂ und NiJ₂ wären weniger geeignet, weil ihre Dampfdruckwerte viel niedriger sind (nahe 0,1 mbar bei 650 K). SnJ₄, ZnJ₂ und CdJ₂ sind unbrauchbar, weil sie stabiler sind als FeJ₂.

Die einzige Figur der Zeichnung zeifc.t eine Seitenansicht einer /Vusführungsform einer Bogenentladungslampe nach der Erfindung.

Die Lampe besteht aus einer zylindrischen Quarz-Bogenentiadungsröhre 1, die an ihren Enden 2 verschlossen 5 ist. Sie besitzt Metallendkontakte 3, die elektrisch mit den inneren Elektroden 4 über Zuleitungsdrähte 5 verbunden sind. Diese Zuleitungsdrähte 5 sind in den Schmelzverschlüssen 2 eingebettet. Die Enden der Bogenentladungsröhre 1 sind mit je einem wärmereflektierenden Überzug verschen und zwar jeweils von den Elektroden 4 ab zum Ende hin. Sie erhöhen die Elektrodentemperatur während des Lampenbetriebs. Die Bogenentladungsröhre 1 enthält eine Füllung von FeJ₂ im Bereich von 0,05 bis 0,6 mg pro ml des Volumens der 10 Bogenentladungsröhre, HgJ₂ im Bereich von 0,05 bis 0,6 mg/ml und 2 bis 4 mg/ml von Quecksilber. Bei einem spezifischen Beispiel einer 400 W Bogenentladungsröhre mit einem Volumen von 18 ml bestand die Füllung aus 3,6 mg FeJ₂,1,8 mg HgJ₂ und 45 mg Quecksilber.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen ' 5

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mitteldruck-Bogenentladungslainpe mit einem Kolben aus Quarz mit je einer Elektrode in jedem Ende, die Quecksilber und Eisenjodid enthält und als Strahlungsquelle für UV im Bereich von 250 bis 440 nm dient, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Metalljodid der Füllung beigefügt ist, welches eine chemische Stabilität besitzt, die niedriger als diejenige des Eisenjodids ist

2. Mitteldruck-Bogenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalljodid SbJ₃, BiJ₃, AsJ₃ oder HgJ₂ ist.

3. Mitteldruck-Bogenentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalljodid HgJi ist in einer Menge von 0,05 bis 0,6 mg/ml des Volumens der Entladungsröhre (1).