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Die Erfindung betrifft eine Metalldampf-Entladungslampe, die
für photochemische Reaktionen oder zum Härten von
Anstrichmitteln und Druckfarben verwendet wird.
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Ultraviolettstrahlen werden oftmals dazu verwendet, um
photochemische Reaktionen oder die Härtung von Anstrichmitteln und
von Druckfarben einzuleiten, wobei solche mit einer
Wellenlänge im Bereich von etwa 280 bis 400 nm für solche Zwecke
geeignet sind.
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Metalldampf-Entladungslampen werden oftmals als Quellen für
solche Ultraviolettstrahlen verwendet. Eine derartige
Metalldampf-Entladungslampe weist ein Paar von Elektroden auf, die
an jedem Ende einer rohrförmigen Glühlampe so angeordnet
sind, daß sie einander gegenüberliegen. Die rohrförmige
Glühlampe enthält ein Metallhalogenid zusammen mit genügenden
Mengen von Quecksilber und eines Edelgases, so daß eine
Bogenentladung aufrechterhalten wird, um die Menge der
Lichtemission im wirksamen Wellenlängenbereich zu erhöhen.
Insbesondere solche Metalldampf-Entladungslampen, in die Eisen in
Form eines Metallhalogenids eingearbeitet worden sind, werden
zweckmäßig zum Zwecke der Härtung von Anstrichmitteln und von
Druckfarben verwendet, da sie kontinuierlich
Ultraviolettstrahlen im Wellenlängenbereich von 350 bis 400 nm emittieren
können. Anders ausgedrückt, da die mit Eisen gefüllte
Metalldampf-Entladungslampe eine große Menge von
Ultraviolettstrahlen emittieren kann, können die Ultraviolettstrahlen den
Innenteil der Anstrichmittel- oder Druckfarbenschicht rasch
durchdringen, so daß das Härten des- Materials innerhalb einer
kurzen Zeitspanne gestattet wird.
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Wenn jedoch eine derartige, mit Eisen gefüllte Metalldampf-
Entladungslampe über einen langen Zeitraum betrieben wird,
dann scheidet sich das Eisen auf der innenwandoberfläche der
Glühlampe ab, wodurch ein dünner Film gebildet wird, so daß
die Eisenmenge, die zu der Lichtemission beitragen kann,
vermindert wird. Der auf diese Weise gebildete dünne Eisenfilm
verhindert den Durchgang der Ultraviolettstrahlen hindurch,
wodurch die Abgabe der Ultraviolettstrahlen vermindert wird.
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Um das obige Problem zu lösen, haben die benannten Erfinder
früher eine Metalldampf-Entladungslampe entwickelt, in die
zusätzlich Magnesium eingearbeitet worden ist, so daß die
Abgabe der Ultraviolettstrahlen über einen langen Zeitraum
aufrechterhalten wird (JP-OS 220325/1985; US-PS 4 769 576).
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Eine derartige Metalldampf-Entladungslampe wird gelegentlich
bei einem geringeren Leistungsbedarf als die Nennleistung, je
nach dem Anwendungszweck, eingesetzt. Wenn einmal die
Metalldampf-Entladungslampe abgeschaltet worden ist, dann dauert es
mehrere Minuten, bis sie erneut gezündet werden kann. Wenn
daher Materialien intermittierend mit Ultraviolettstrahlen
bestrahlt werden, dann kann der Ein-/Aus-Vorgang der
Metalldampf-Entladungslampe innerhalb kurzer Zyklen nicht
wiederholt werden, so daß die Lampe mit einem Verschluß abgedeckt
werden muß, wenn die Strahlung abgeschirmt werden sollte.
Daher wird, während der Verschluß geschlossen ist, die
Metalldampf-Entladungslampe bei einer Leistung entzündet, die
beispielsweise 1/2mal so groß ist wie die Nennleistung. Im
Fall einer Magnesium-gefüllten Metalldampf-Entladungslampe
und wenn sie bei einer Leistung, die niedriger ist als die
Nennleistung, gezündet wird, entstehen daher die folgenden
Probleme. Wie in Fig. 1 gezeigt, verschiebt sich der Bogen 4,
der sich zwischen den Elektroden 2, 3, die an beiden
Innenenden
der rohrförmigen Glühlampe einander gegenüberliegend
angeordnet sind, ausbilden soll, in die Nachbarschaft der
Elektroden 2, 3, wie mit X angegeben. Eine derartige
Bogenverschiebungserscheinung erfolgt an einer oder beiden
Elektroden 2, 3, und das Ausmaß und der Zustand davon variieren
in weitem Umfang. Wenn eine solche Bogenverschiebung
auftritt, dann wird der Teil der Glühlampe unmittelbar oberhalb
des verschobenen Teils X durch den sich annähernden Bogen
überhitzt. Demgemäß wird das Quarzglas opak, und es weist
eine verminderte Lebensdauer auf. Im Falle, daß die
Metalldampf-Entladungslampe in Kombination mit einem langen
konvergierenden Reflektor mit ellipsenförmigem Querschnitt oder
dergleichen eingesetzt wird, fällt die Position des Bogens in
der Metalldampf-Entladungslampe mit dem Brennpunkt des
Reflektors zusammen. Das Licht an dem verschobenen Teil X
weicht jedoch vom Brennpunkt ab und kann nicht verwertet
werden, was zu einer niedrigen Verwertungswirksamkeit des
Lichts führt.
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Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, eine Metalldampf-
Entladungslampe, in die Quecksilber, Eisen und Magnesium
eingefüllt worden sind, bereitzustellen, bei der keine
Bogenverschiebung auftritt, wenn sie bei einer Leistung entzündet
wird, die niedriger ist als die Nennleistung, so daß die
Glühlampe nicht opak wird.
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Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, eine Metalldampf-
Entladungslampe, in die Quecksilber, Eisen und Magnesium
eingefüllt worden sind, bereitzustellen, bei der die
Lichtverwertungswirksamkeit bei Verwendung in Kombination mit einem
konvergierenden Reflektor nicht abfällt.
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Diese Aufgaben werden durch eine Metalldampf-Entladungslampe
nach dem Anspruch gelöst.
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Die benannten Erfinder haben gefunden, daß Thallium (Tl) dazu
wirksam ist, um die obigen Aufgaben zu lösen. Nach
Durchführung verschiedener Versuche haben sie diese Erfindung
vervollständigt. Genauer beschrieben kann die Verschiebung des
Bogens dadurch verhindert werden, daß Thallium in einer Menge
von 3,2 x 10&supmin;&sup9; bis 2,0 x 10&supmin;&sup7; mol pro cm³ des Volumengehalts
der Lampe eingearbeitet wird, und sogar selbst dann, wenn die
Metalldampf-Entladungslampe bei einer Leistung gezündet wird,
die erheblich niedriger als die Nennleistung ist. Es wird
daher verhindert, daß die Glühlampe durch Überhitzung opak
wird, und sie kann eine lange Lebensdauer haben. Wenn die
Metalldampf-Entladungslampe in Kombination mit einem
konvergierenden Reflektor verwendet wird, dann fällt der Bogen
mit dem Brennpunkt des Reflektors zusammen, so daß keine
Verminderung der Verwertungswirksamkeit des Lichts auftritt.
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Wenn die Menge des Thalliums weniger als 3,2 x 10&supmin;&sup9; mol pro
cm³ des Volumengehalts der Lampe beträgt, dann kann es sein,
daß sich der Effekt der Verhinderung der Verschiebung des
Bogens nicht genügend zeigt. Wenn er umgekehrt größer als
2,0 x 10&supmin;&sup7; mol pro cm³ ist, dann wird die Abgabe des
Lumineszenzspektrums von Quecksilber, Eisen und Magnesium
erniedrigt, wodurch folglich die Intensität der
Ultraviolettstrahlen im wirksamen Wellenlängenbereich von 280 bis 400 nm in
nachteiliger Weise erniedrigt wird.
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Die Fig. 1 stellt eine Veranschaulichung einer Metalldampf-
Entladungslampe dar.
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Die erfindungsgemäße Metalldampf-Entladungslampe hat die in
Fig. 1 gezeigte Grundstruktur. Ein Paar Elektroden 2, 3 ist
in einer röhrenförmigen Lampe 1, welche aus Quarz hergestellt
worden ist und einen Innendurchmesser von 22 mm hat, an jedem
Ende einander gegenüberliegend mit einem Zwischenabstand von
750 mm angeordnet. Diese Metalldampf-Entladungslampe wird bei
einer Nennleistung von 9 kW betrieben, und sie hat ein
Volumen von 285 cm³. Die Lampe 1 enthält 285 mg Quecksilbermetall
(Hg), 30 mg Quecksilberiodid (Hg&sub2;I&sub2;), 5,0 mg Eisen (Fe),
0,7 mg Magnesium, 1,9 mg Thalliumiodid und 4000 Pa (30 mmHg)
Xenongas. Die eingearbeitete Menge an Thallium beträgt
2,0 x 10&supmin;&sup8; mol pro cm³ Volumengehalt der Lampe 1.
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Als eine derartige Metalldampf-Entladungslampe bei einer
Nennleistung von 9 kW gezündet wurde, betrug der Lampenstrom
10,3 A, und es trat keine Verschiebung des Bogens 4 auf.
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Als die obige Metalldampf-Entladungslampe in Kombination mit
einem konvergierenden Reflektor verwendet wurde, fiel der
Bogen vollständig mit dem Brennpunkt des Reflektors zusammen,
so daß keine Verminderung der Verwertungswirksamkeit des
Lichts auftrat.
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Als nächstes wurden solche Lampen, die Thallium in
verschiedenen Mengen enthielten, hergestellt (20 Stück pro Menge), um
die Bogenverschiebung und die Variation der
Ultraviolettabgabe zu untersuchen. Es wurde bei einer Energie von 5,4 kW,
d.h. der Hälfte der Nennleistung, gearbeitet. Die
Testergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1
Menge an Tl (mol/cm3)
Bogenverschiebung
Ultraviolettabgabe
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In Tabelle 1 bedeutet die Markierung X in der Spalte der
Bogenverschiebung, daß eine Bogenverschiebung an beiden
Endteilen der Lampe bei 18 Lampen von 20 und an einem der Endteile
der Lampe bei den restlichen 2 Lampen auftrat. Die Markierung
bedeutet, daß keine Bogenverschiebung in irgendeiner der
20 Lampen auftrat. Die Zahlenwerte in der Spalte der
Ultraviolettabgabe sind relative Werte im Wellenlängenbereich von
280 bis 400 nm.
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Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, daß bei einer eingearbeiteten
Thalliummenge von 2,5 x 10&supmin;&sup9; mol/cm³ eine Bogenverschiebung
beobachtet wurde. Jedoch wurde in den Fällen, wo die genannte
Menge 3,0 x 10&supmin;&sup9; mol/cm³ oder mehr betrug, keine
Bogenverschiebung beobachtet. Andererseits wird ersichtlich, daß die
Ultraviolettabgabe zu einer Erniedrigung neigt, wenn die
Thalliummenge erhöht wird. Mit anderen Worten, wenn die
zugegebene Menge von Thallium 2,0 x 10&supmin;&sup7; mol/cm³ beträgt,
dann ist der Verlust der Ultraviolettabgabe nur 10%. Ein
derartiger Verlust ist in keiner Weise signifikant, und er
gestattet eine praktische Anwendung dieser
Metalldampf-Entladungslampen. Wenn jedoch die eingearbeitete Thalliummenge
2,2 x 10&supmin;&sup7; mol/cm³ beträgt, dann wird der Verlust der
Ultraviolettabgabe stark auf 17% erhöht. Daher ist eine
Zugabemenge von 3,2 x 10&supmin;&sup9; bis 2,0 x 10&supmin;&sup7; mol/cm³ Thallium
praktisch, da in diesem Fall der Ultraviolettverlust im
effektiven Wellenlängenbereich von 280 bis 400 nm gering ist und
weil praktisch keine Bogenverschiebung erfolgt.
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Bei der erfindungsgemäßen Metalldampf-Entladungslampe wird
selbst nach ausgedehntem Betrieb das Eisen nicht auf der
Innenoberfläche der Lampe 1 unter Bildung eines dünnen
Eisenfilms abgeschieden, so daß die Abgabe der
Ultraviolettstrahlen aufrechterhalten werden kann. Andererseits wurde der
Effekt des zusätzlich in die Metalldampf-Entladungslampe
eingearbeiteten Thalliums auf die Spektralabgabe von Quecksilber
und von Eisen und Magnesium untersucht. Es wurde gefunden,
daß bei der Metalldampf-Entladungslampe dieser
Ausführungsform der Verlust in der Spektralabgabe des Quecksilbers 4%,
derjenige von Eisen 4% und derjenige von Magnesium 1% betrug.
Bei diesen Werten handelt es sich um nicht-signifikante Werte
im Vergleich zu einer Thallium-freien
Metalldampf-Entladungslampe.
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Die obigen Werte zeigen daher, daß, wenn Thallium in einer
Menge von 2,0 x 10&supmin;&sup8; mol/cm³ des Volumengehalts der Lampe 1
eingearbeitet wird, die Spektralabgaben von Quecksilber,
Eisen und Magnesium nicht durch das Thallium beeinträchtigt
werden. Weiterhin übt die Zugabe von Thallium keinen
wesentlichen Effekt auf die elektrischen Eigenschaften, wie den
Startstrom und die Wiederzündungsspannung, aus.
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Obgleich bei dieser Ausführungsform ein Thalliumhalogenid
verwendet wurde, kann dieses durch metallisches Thallium
ersetzt werden. Der gleiche Effekt kann auch erhalten werden,
wenn man ein Gemisch von solchen Materialien verwendet.