DE284091C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi 284091 -KLASSE 2\g. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. April 1913 ab.

Als Quellen zur Gewinnung ultravioletter Strahlen bedienen sich die technischen Betriebe fast ausschließlich der Bogenlampe, z. B. beim Finsenlicht der Eisenbogenlampe und in anderen Fällen der Quecksilberbogenlampe, während sie die an sich bekannte Gewinnung aus dem . oszillierenden Funken in der Regel nicht anwenden, weil dabei das Ergebnis an ultravioletten Strahlen im Verhältnis zu dem Energieaufwand für die Erzeugung der Funkenstrecke durchaus unwirtschaftlich ist.

Wirtschaftlich gestaltet sich die Gewinnung ultravioletter Strahlen in der Funkenstrecke jedoch, wenn man nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet.

Das im weiteren zu beschreibende Verfahren beruht auf folgenden Erwägungen:

Man muß heute entsprechend den Wirkungen, welche die ultravioletten Strahlen ausüben sollen, dem Beispiel Berthelots folgend, drei verschiedene Gebiete unterscheiden.

Das erste Gebiet oder das anfängliche Ultraviolett dehnt sich vom sichtbaren Spektrum bis etwa zur Wellenlänge von 3000 Ängström aus. Die Strahlung, die diesem Gebiet entspricht, wird von der Sonne reichlich ausgesandt. Sie wird wenig von der Atmosphäre absorbiert. Die photochemischen Reaktionen, welche diese Strahlung hervorbringt, sind beinahe ausnahmslos exothermisch. Die physiologischen und biologischen Eigenschaften derselben sind denen der benachbarten blauen und violetten Strahlung ähnlich, wenn auch intensiver. Auf niedere ■ Lebewesen, wie Bakterien, üben diese Strahlen beinahe keine tötende Wirkung aus.

Das zweite Gebiet umfaßt das sogenannte mittlere Ultraviolett, und zwar von etwa 3000 Ä. bis 2000 Ä. Im Sonnenlicht finden wir nur den Anfang desselben. Diese Strahlen werden von vielen Substanzen stark absorbiert, und dementsprechend sind auch die photochemischen Wirkungen dieser Strahlung sehr intensiv. Man kennt eine ganze Reihe von endothermischen chemischen Reaktionen, welche auf Kosten der Energie dieser Strahlung hervorgebracht werden. Biologisch wirken sie bakterientötend und eiweißkoagulierend.

Schließlich das dritte Gebiet, das extreme Ultraviolett, entspricht der Wellenlänge von etwa 2000 Ä. bis 1000 Ä.

Dieses Gebiet kommt heutzutage kaum in technischer Hinsicht in Betracht, weil die ihm entsprechende Strahlung von einigen Zentimetern Luft vollständig absorbiert wird.

Das vorliegende Verfahren bezieht sich auf die wirtschaftliche Erzeugung des mittleren Ultraviolette.

Als Quelle für die Sterilisierung wie auch für die photochemischen Reaktionen, die dem mittleren Ultraviolett entsprechen, hat man technisch ausschließlich die Quecksilberbogenlampe mit metallischen Elektroden benutzt. Es wurden zwar wissenschaftliche Versuche angestellt, bei denen man den Eisenbogen, Kohlenbogen oder den Funken zwischen Magnesium, Zink, Aluminium, Eisen, Cadmiumelektroden auf in Quarzgefäße eingeschlossene Substanzen einwirken ließ, praktisch aber hat sich diese Art von Quellen nicht bewährt, weil die Erzeugung von mittlerem Ultraviolett sich dabei recht unökonomisch gestaltete.

Es war nun von vornherein anzunehmen, daß

verschiedene Bedingungen in dem oszillierenden Kreise auch die Strahlungsenergie für verschiedene Gebiete des Ultravioletts in bestimmter Weise beeinflussen würde. Versuche haben nun folgende Grundsätze ergeben:

i. Mit dem Anwachsen der maximalen Stromamplitude im Schwingungskreis verschiebt sich das Gebiet, das der maximalen Strahlungsenergie entspricht, nach kurzen Wellen hin.

ίο 2. In Funkenstrecken, in denen die sogenannte Funkendämpfung größer ist, ist die Wellenlänge, die der maximalen Ausstrahlungsenergie entspricht, kürzer als für Funkenstrecken mit kleiner Funkendämpfung. Dieses Resultat könnte man wohl so deuten, daß die maximale Strahlungsenergie gegen kurze Wellenlängen hin verschoben wird, wenn viel elektrische Energie im Funken verzehrt wird.

3. Schließlich haben Versuche mit verschiedenen Elektroden gezeigt, daß die Lage der maximalen Ausstrahlung im Funkenlicht sehr von dem Elektrodenmaterial abhängig und im besonderen für die Legierung zweier Metalle verschieden ist von derjenigen, die sich aus den Versuchen mit reinen Metallen ergeben hätte.

Aus diesen Resultaten ergibt sich nun, daß, um einen günsitigen Leistungsgrad der Strahlung im mittleren Ultraviolett zu erzielen, zunächst eine möglichst große Stromamplitude der Schwingung erzeugt werden muß. Diese ist aber sowohl von der Kapazität wie von der Selbstinduktion, insbesondere aber der ersteren, des oszillierenden Stromkreises abhängig.

Eine weitere Bedingung zur Erzielung einer möglichst intensiven Wirkung im mittleren Ultraviolett ist die Herbeiführung einer möglichst großen Funkendämpfung. Es war bekannt, daß die Dämpfung zunächst von dem Funkenmaterial abhängig ist. Neu ist gefunden, daß bei gewissen Legierungen, wie z. B. Inwar, die Funkendämpfung größer ist als bei dem reinen Metall.

Anderseits wurde aber gefunden, daß die Funkendämpfung allein nicht genügt, um in dem mittleren Ultraviolett eine beträchtliche Strahlungsenergie hervorzurufen. Verschiedene Metalle oder Metallegierungen besitzen in diesem Gebiet ein verschiedenes spezifisches Strahlungsvermögen; dieses letztere geht nicht immer parallel mit der großen Funkendämpfung.

Es mußten also Metalle und Metallegierungen ausfindig gemacht werden, die bei gegebenen elektrischen Verhältnissen gleichzeitig große Funkendämpfung und großes spezifisches Strahlungsvermögen für das mittlere Ultraviolett aufweisen. Als solche wurden gefunden

a. die Metalle: Nickel, Zirkon, Tantal, Wolfram, Platin, Iridium;

b. die Metallegierungen aller dieser Metalle miteinander, sowie Inwar, Eisen-, Chrom-, Mangan-, Silizium-Nickellegierung, wie auch Nickel und Eisen mit kleinen Zusätzen der Metalle der sogenannten seltenen Erden (Cer, Lanthan usw.). Ein Beispiel aus den Messungsreihen des Erfinders wird das am besten beleuchten. Unter sonst gleichen elektrischen Bedingungen bekommt man für die spezifische Strahlungsintensität im mittleren Ultraviolett folgende Zahlen in willkürlichen Einheiten: Inwar 128, Messing 85, Zink 78, Kupfer 73, Aluminium .99. Es ist auch bekannt, daß man die Funkendämpfung bei demselben Material durch eine entsprechende elektrische Anordnung steigern kann. So sind die Funkendämpfungen für ein bestimmtes Material bestimmte Funktionen der Funkenlänge und der dem Funken in der Zeiteinheit zugeführten Energie. Es wurde geprüft, ob auch diese Methode die Strahlungsintensität im mittleren Ultraviolett zu steigern imstande sei. Die Versuche haben diese Vermutung bestätigt, so z. B. wächst die Funkendämpfung mit der Abnahme der Zahl der Partialentladung im Funken, und in der Tat zeigte es sich, daß bei demselben Material und denselben elektrischen Bedingungen die Strahlungsintensität in dem betreffenden Gebiete wächst mit der Abnahme der Funkenzahl. So erhält man z. B. für Inwarelektroden bei einer Funkenlänge von 22 mm die Strahlungsintensität pro Funken:

bei 20 Funken pro Sekunde 41,5,

- 30 ' - - - 32,6,

- . 40 - - - 26,4,
. - 50 - - - 20,3.

Benutzt man zum Laden des Oszillationskreises einen Resonanztransformator, so ergibt sich auf Grund dieser Versuche ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Anzahl der Funken pro Sekunde, der zu ladenden Kapazität und der Frequenz des Primärstromes, bei dem eine günstigste Ausnutzung der Primärenergie für Strahlungszwecke im mittleren Ultraviolett erzielt wird. ,

Aus den vorgetragenen Erwägungen ergibt sich das zu schützende Verfahren zur Erzeugung ultravioletter Strahlen mittels einer Funkenstrecke dahin, daß durch Anwendung geeigneter Elektroden aus Nickel, Wolfram oder Legierungen untereinander oder mit anderen Metallen oder mit seltenen Erden oder durch andere Mittel eine möglichst große Dämpfung der Funkenstrecke herbeigeführt wird unter gleichzeitiger Verwendung einer großen Stromamplitude, die durch geeignete Wahl der elektrischen Konstanten des Schwingungskreises, in dem der Funken entsteht, erzeugt wird, und unter fernerer Verwendung einer Wellenlänge, die unter 3000 m liegt.

Das Verfahren wird wie folgt beispielsweise ausgeführt:

Vermöge eines geeigneten Transformators oder einer Hochspannungsgleichstrommaschine wird ein Oszillationskreis, bestehend aus Kondensatoren und Selbstinduktion, durch eine Funkenstrecke entladen. Dabei wird man, indem man die Wellenlänge der elektrischen Oszillation im Maximum 3000 m wählt, bei möglichst großer Kapazität möglichst kleine Selbstinduktion wählen und so die maximale Stromamplitude möglichst hoch steigern.

Als Funkenelektroden wählt man eins der ■ vorerwähnten Metalle oder Metallegierungen, um große Dämpfung im Funken zu erhalten und so den größeren Anteil der Schwingungsenergie im Funken zu verzehren. Dabei wird man den jeweiligen Verhältnissen entsprechend durch Variierung der Funkenlänge, der Funkenzahl pro Sekunde usw. die für das bestimmte Material günstigste Bedingung der Funkendämpfung einhalten.

Sterilisationsversuche haben ergeben, daß die Einwirkung derartig hergestellter Funkenstrecken als Quellen für ultraviolette Strahlung eine so viel, schnellere und gründlichere Sterilisation herbeiführt, daß sie den besten bisher bekannten Apparaten überlegen ist. Dazu kommt noch weiter die außerordentliche Betriebssicherheit, die für Sterilisation im Ernstfalle von entscheidender Wichtigkeit ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Erzeugung ultravioletter Strahlen mittels einer Funkenstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anwendung von Nickel, Wolfram oder deren Legierungen untereinander und mit anderen Metallen, insbesondere mit den Metallen der seltenen Erden als Elektroden oder durch andere bekannte Mittel eine große Dämpfung in der Funkenstrecke hervorgerufen wird, unter gleichzeitiger Verwendung einer großen Stromamplitude, die durch geeignete Wahl der elektrischen Konstanten des Schwingungskreises, in dem der Funke entsteht, erzeugt wird, und einer Wellenlänge, die unter 3000 m liegt.

   Berlin, gedruckt in der Reichsdruckerei.