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UV - Bestrahlungsgerät
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Die gegenwärtige Erfindung beschreibt zusätzliche vorteilhafte Merkmale
zu der Patentanmeldung DP26@@249.1 In der DP2@07249 1 wird ein UV-Bestrahlungsgerät
beschrieben, speziell für die Emission von UVA-Strahlung, für die in situ-Polymerisation
von Kunststoffen in der Dentalpraxis. Dieses UV-Bestrahlungsgerät zeichnet sich
dadurch aus, daß als Strahlungsquelle eine Wolfram-Halogenlampe verwendet wird,
welche mit einer möglichst hdhen Farbtemperatur der Wendel betrieben wird (TF #
3300 °K), und daß die nützliche UVA-Strahlung der Lampe mit einer genau definierten
Reflektor- und Filteranordnung auf die Lichteintrittsfläche eines Lichtleiter fokussiert
wird.
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In der DP26072@9.1 wird auch beschrieben, daß bei einer Betriebsweise
der Wolfram-Halogenlampe mit einer Farbtemperatur der Wendel, die sich bereits sehr
nahe am Schmelzpunkt von Wolfram befindet (TF Schmelz = 3655 0K), die Lampe vorteilhafterweise
mit einer stabilisierten Versorgungsspannung betrieben wird (bz. stabilisiertem
Lampenstrom), um durch Netzschwankungen nach oben nicht die Wendel durchzubrennen
bzw. bei Netzschwankungen nach unten zu geringe WA-Emission zu erhalten.
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Im täglichen Gebrauch in der Zahnarztpraxis wird die Wolfram-Halogenlampe
mehrmals für kurze Brenndauer (typisch 30 Sekunden) für die Polymerisation eingeschaltext.
Das Fehlen einer lästigen Einbrennzeit ist bei der Wolfram-Halogenlampe gegenüber
den sonst für diese Anwendung gebräuchlichen Gasentladungslampen (Hg-Hochdrucklampe)
ein besonderer Vorteil.
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Im Praxistest zeigte sich jedoch,daß das haufige Einschalten der Wolfram-Halogenlampe
mit momentan maximaler W-Emission, namentlich bei der extrem hohen Farbtemperatur,
lebensdauerverkürzend wirkt.
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Weiterhin zeigte sich im Praxistest des in der DP2s~*Fesq v beschriebenen
UV-Bestrahlungsgerätes, daß bei mehr als der Hälfte der Wolfram-Halogenlampen die
UVA-Ausgangsleistung während der gesamten Lebensdauer der Lampe nicht,wie erwünscht,konstant
bleibt. Abb. 1 zeigt den unerwünschten stufenweisen Abfall der UVA-Ausbeute der
Wolfram-Halogenlampe, der sich vor allem gegen Ende ihrer Lebensdauer bemerkbar
macht. Dieser stufenweise Abfall der UUR-Ausbeute ist verbunden mit einem stufenweisen
Anstieg des Lampenstroms bei eingeprägter fester Lampenspannung und wird durch thermisch
bedingte sprunghafte Formänderungen der Wolframwendel hervorgerufen.
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Diese thermischen Formveränderungen der Wendel resultieren in einer-
Verringerung des Ohmschen Widerstandes der Wendel.
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Der Zusatzerfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, den lebensdauerverkürzenden
Einschaltvorgang der lVolfram-Halogenlampe so zu modifizieren, daß eine für die
zahnärztliche
Anwendungspraxis akzeptable Lampenlebensdauer erreicht
wird. Weiterhin besteht die Aufgabe, den stufenförmigen Abfall der WA-Ausbeute der
Lampe gegen Ende ihrer Lebensdauer zu verhindern, da sich durch diesen Abfall der
UVA-Leistung die Polymerisationszeiten verlängern, und somit die klinische Haltbarkeit
der Kunststoffe im Dendibereich gefährdet ist.
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Die Lebensdauer der Wolframlampe in dem in der DP2c' tris -I beschriebenen
W-Bestrahlungsgerät wird dadurch wesentlich verbessert, daß gemäß Abb. 2 der Einschalten
vorgang der Lampe so gesteuert wird, daß der Lampenstrom (I) und die Lampenspannung
(U) nach dem Einschalten der Lampe monoton ansteigen und ihre stationären Endwerte
erst innerhalb einer Zeitspanne erreichen, die größer als o,3 Sekunden und kleiner
als fünfzehn Sekunden ist. Vorzugsweise liegt diese Strom- und Spannung-Anstiegszeit
zwischen o,8 und 3 Sekunden. Der unerwünschte stufenförmige Abfall der UVA-Ausbeute
wird dadurch begrenzt, daß das Netzgerät der Wolfram-Halogenlampe einen elektronischen
Sensor enthält, der die Stromversorgung der Lampe unterbricht, falls der Lampenstrom
um mehr als 10% gegenüber dem anfänglichen Nennstrom IN ansteigt, oder falls sich
der Ohmsche Widerstand der Wendel um mehr als 10% gegenüber dem Anfangswert verringert
hat. Vorzugsweise wird der Lampenstrom bereits unterbrochen. bei einem Anstieg der
Stromstärke um lo - 2o% gegenüber IN, bzw. bei einer Verringerung des Ohmschen Widerstandes
der Wendel um lo bis 20%.
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Im Praxistest des in der DP2607249.1 beschriebenen UVA-
Bestrahlungsgerätes
mit der hier beschriebenen Zusatzeinrichtung des allmählichen zeitlichen Anstiegs
der Farbtemperatur der Wendel nach dem Einschaltvorgang zeigte sich, daß die Lebensdauer
der Lampe bei der in der Zahnarztpraxis typischen Betriebsweise von nur jeweils
20 bis 30 Sekunden Einschaltdauer je Polymerisation um mindestens 40% gegenüber
der Betriebsweise mit nicht zeitlich verzögertem Anstieg der Wendeltemperatur angestiegen
ist. Die Begrenzung der Anstiegszeit des Einschaltstromes der Lampe auf wenige Sekunden
ergibt im zahnärztlichen Gebrauch keine wesentliche Erhöhung der Polymerisationszeiten.
Die Anzahl der mit einer Wolfram-Halogenlampe (Nennwerte: 8 Volt, 50 Watt) durchführbaren
Polymerisationen bei einer Farbtemperatur der Wendel von ca. 3o<,oOK stieg im
Mittel von etwa lloo bei momentan ansteigendem Lampenstrom auf lGoo bei verzögertem
Anstieg des Lampenstroms. Die Bestrahlungsdauer pro Polymerisation dauerte im Durchschnitt
etwa 30 Sekunden. Durch den Zusatz der Abschaltautomatik (3) Abb.3 im Netzgerät
der Lampe konnte erreicht werden, daß eine hundertprozentige klinische Haltbarkeit
der mit dem JV-Bestrahlungsgerät polymerisierte Füllungen und Restaurationen bei
reproduzierbaren BestIihlungsdauern während der gesamten Benutzungszeit des Gerätes
erreicht werden konnte.
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Abb. 3 zeigt schematisch eine mögliche Netzgerätschaltung für die
Wolfram-Halogenlampe (6) des erfindungsgemäßen UV-Bestrahlungsgerätes, mit den für
die Erfindung wesentlichen Funktionsgruppen.
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Das Netzgerät, welches eine gegenüber Netzschwankungen stabilisierte
Ausgangsspannung zu liefern hat, gliedert
sich in folgende Funktionsgruppen:
Netz-Trafo (1) mit Gleichrichtung (la) und Glättung (lb).
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Spannungsregler (2), Leistungstransistor (2a).
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Abschaltlogik (3) für die Unterbrechung des Lampenstroms bei Überstrom
durch sprunghafte Ver änderung des Ohmschen Widerstandes der Lampe.
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R C - Glied (4) für den allmählichen Anstieg des Stroms bzw. der Spannung
nach dem Einschalten der Lampe.
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Variabler Zeitgeber (5) zur Vorprogrammierung der Bestrahlungszeiten
mit typischen Zeitstufen: lo, 20, 30, 40, 50 und 60 Sekunden. Der Zeitgeber (5)
ist in Zusammenhang mit der Abschaltlogik (3) sinnvoll, da nur bei gleichbleibender
UUR-Ausgangsleistung des Bestrahlungsgerätes redproduzierbare Polymerisationszeiten
möglich sind.
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Der Timer (5) konnte somit klinisch sinnvoll für die Vorprogrammierung
der Bestrahlungsdauer eingesetzt werden, da eine im wesentlichen konstante UVA-Intensität
gewährleistet war.
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Abb. 1 zeigt das typische UV-Emissionsverhalten einer 50 W/8 V-Wolfram-Halogenlampe.
Die Lampe wurde mit fest eingeprägter Spannung von 8,5 Volt bei einer Farbtemperatur
der Wendel von ca. 34000K betrieben mit jeweils 30 Sekunden Pulsdauer bei 1 min
Pulsabstand zwischen je zwei Pulsen. Wie aus Abb. 1 zu ersehen ist, steigt
die
UVA-Ausbeute der Lampe während ihrer Lebensdauer langsam bis auf etwa 10% über den
Anfangswert an. Dieser Anstieg der UVA-Ausbeute erklärt sich durch den bei der hier
angegebenen extremen Betriebsweise bedingten allmählichen Abdampfvorgang der Wolfram-Wendel.
Dieser allmähliche Anstieg der UUN-Ausgangsleistung des UVA-Bestrahlungsgerätes
ist klinisch durchaus erwünscht, da die Polymerisationen der Kunststoffe im Dentalbereich
durch eine geringe überexposition noch sicherer werden. Beim weiteren Betrieb jedoch
kann es dann zu Kurzschlüssen zwischen je zwei benachbarten Windungen der Wendel
kommen, wobei der Strom sprunghaft ansteigt und die UVA-Ausbeute sprunghaft absinkt,
bis die Wendel schließlich durchbrennt. Bei normaler Betriebsweise der Lampe, d.h.
bei einer Farbtemperatur der Wendel deutlich unterhalb 3400°K und einer geringen
Anzahl von Einschaltvorgängen,beobachtet man im allgemeinen nicht diesen stufenförmigen
Abfall der UVA-Intensität gegen Ende der Lampenlebensdauer, sondern die Halogenlampe
hat bis zum Ende ihrer Lebensdauer die volle Lichtausbeute.
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Diese normale Betriebsweise der Halogenlampe ist jedoch für die hier
interessierende Dentalanwendung unbrauchbar.
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Abb. 2 zeigt die Zeitabhängigkeit des Einschaltstromes der Halogenlampe
bei fest eingeprägter Lampenspannung.
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I' bedeutet den Lampenstrom beim Kaltstart der Lampe ohne zeitliche
Verzögerung des Lampenstromes. Infolge der starken Temperaturabhängigkeit des Ohmschen
Widerstandes der Wolfram-Wendel ergibt sich beim Kaltstart ohne zeitverzögerten
Anlauf des Lampenstromes eine momentane Anfangsstromspitze I', die ein Vielfaches
des stationären Stromwertes IN betragen kann. Diese Stromspitze
I'
ist in Zusammenhang mit den häufigen Einschaltvorgängen in der Dentalanwendung schädlich
für die Lampenlebensdauer. Die Kurven I und U zeigen die gewünschte Zeitabhängigkeit
des Einschaltstromes bzw. der Einschaltspannung, mit allmählichem Anstieg von I
und U auf die stationären Endwerte IN und UN innerhalb einer Zeit von etwa 1,5 Sekunden.