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Die Erfindung betrifft eine Metalldampf-Entladungslampe,
welche für fotochemische Reaktionen, zur Aushärtung von
Decklack und Tinte und zu ähnlichen Zwecken verwendet wird.
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Häufig werden zum Erzeugen von fotochemischen Reaktionen
oder zur Aushärtung von Decklack, Tinte und dergleichen
ultraviolette Strahlen benutzt. Zur Aushärtung von Decklack,
Tinte und dergleichen sind ultraviolette Strahlen in einem
Wellenlängenbereich von ca. 280 nm bis 400 nm wirksam.
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Deshalb wird mittlerweile immer häufiger eine Metalldampf-
Entladungslampe verwendet, bei welcher in eine
Lichtbogenröhre einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe zusammen mit
Quecksilber ein anderes Metall, das heißt, ein Metalljodid,
ein Metallbromid, ein Metallchlorid bzw. ein
Misch-Metallhalogenid, das aus einer Zusammensetzung dieser Metalle
besteht, als Lumineszenzstoffe eingekapselt und somit die
Strahlungsmenge des wirksamen Wellenlängenbereichs vermehrt
wird. Insbesondere ist eine Metalldampf-Entladungslampe, in
welche zusammen mit Quecksilber Eisen eingekapselt wird,
wegen ihres kontinuierlichen Strahlungsspektrums in einem
Wellenlängenbereich von 350 nm bis 400 nm zum Zweck
fatochemischer Reaktionen oder zur Aushärtung von Decklack oder
zu dergleichen Zwecken günstig.
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Wenn jedoch eine Metalldampf-Entladungslampe, in welche
Eisen eingekapselt wird, über eine lange Zeit in Betrieb
bleibt, wird infolge einer Adhäsion des Eisens auf der
Innenwand der Lichtbogenröhre eine Dünnschicht ausgebildet.
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Um insbesondere die Produktivität bei einem
Trocknungsvorgang von Decklack oder Tinte oder dergleichen zu erhöhen,
ist eine Metalldampf-Entladungslampe erwünscht, die
stärkere, wirksame ultraviolette Strahlen ausstrahlt.
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Wenn jedoch, um diesen Bedarf zu decken, eine größere Menge
Eisen eingekapselt wird, wird auf der Innenwand der
Lichtbogenröhre nach einer relativ kurzen Zeit eine Dünnschicht
des Eisens in einer noch größeren Menge ausgebildet. Bei
dieser Maßnahme wird deshalb als nachteilig angesehen, daß
die auf der Innenwand der Lichtbogenröhre ausgebildete
Eisendünnschicht die Durchdringung der wirksamen
ultravioletten Strahlen verhindert und daß dadurch die Stärke der
ultravioletten Strahlen im Wellenlängenbereich von 280 nm bis
400 nm nach einem Leuchtbetrieb von einigen Dutzend Stunden
verringert wird.
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Um den vorstehend beschriebenen Mangel zu beseitigen, wird
eine Metalldampf-Entladungslampe vorgeschlagen, in welche
zusammen mit Quecksilber Eisen und zusätzlich ein anderes
Metall eingekapselt werden, so daß keine Eisendünnschicht
ausgebildet wird. Bekanntlich kann die Ausbildung der
Eisendünnschicht auf der Innenwand der1Lichtbogenröhre
verhindert werden, wenn beispielsweise Blei
(JP-bekanntgemachtes Gebrauchsmuster SHO 54-15503), Zinn
(JP-Patentschrift SHO 58-18743), Magnesium (JP-Offenlegungsschrift
SHO 62-80959), Kadmium (JP-Offenlegungsschrift HEI
1-161655) Mangan (JP-Offenlegungsschrift HEI 1-128345) oder
dergleichen hinzugefügt wird.
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Es besteht jedoch in letzter Zeit ein großer Bedarf an
einer Lampe, welche über eine starke Strahlung im
Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm und auch noch über eine
längere Haltbarkeit verfügt. Im Fall, daß einer Lampe die
vorgenannten Metalle zugesetzt werden, zeigte sich jedoch,
daß doch eine Eisendünnschicht auf der Innenwand der
Lichtbogenröhre ausgebildet wird, wenn die Leuchtdauer
verlängert wird. Das bedeutet, daß der Zusatz der vorgenannten
Metalle zu einer Lampe, in welche Quecksilber und Eisen
eingekapselt werden, die Ausbildung einer Eisendünnschicht
nicht vollständig verhindern kann, sondern nur die
Geschwindigkeit der Ausbildung der Dünnschicht vermindert.
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Die vorstehend beschriebenen Lampen werden üblicherweise in
der Weise verwendet, daß die Außenseite der Lichtbogenröhre
mit Kühlluft im Inneren des Lampengehäuses auf ca. 850º C
gekühlt wird. Es zeigte sich dabei, daß die Ausbildung
einer Eisendünnschicht bedeutend verringert werden kann, wenn
die Höchstemperatur der Außenseite der Lichtbogenröhre der
Metalldampf-Entladungslampe bei ca. 800º C aufrechterhalten
wird, indem eine derartige Kühlung verstärkt wird. Durch
die Herabsetzung der Höchsttemperatur der Außenseite der
Lichtbogenröhre auf ca. 800º C sinkt jedoch auch die
Temperatur des kühlsten Teils der Innenseite der Lichtbogenröhre
ab, was die Stärke der Ausstrahlung durch Lumineszieren des
Eisens schwächt und somit die zur Aushärtung von Decklack
und dergleichen wirksame Strahlungsstärke der
ultravioletten Strahlen ebenfalls verringert, obwohl keine
Eisendünnschicht gebildet wird.
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Eine Metalldampf-Entladungslampe, die im sichtbaren Bereich
des elektromagnetischen Spektrums ausstrahlt und Hg, Fe,
Brom, Edelgas und Sn und/oder Cd neben Alkalimetall als
Hauptbestandteile enthält, wird in der FR-A-2 270 673
offenbart. Bei dieser bekannten Lampe wird Hg als Puffergas
und Fe als komplexer Bestandteil zur Anhebung des
Alkalimetall-Dampfdrucks verwendet.
Summary of the Invention
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe/object zugrunde,
die Adhäsion des Eisens auf der Innenwand der
Lichtbogenröhre zu verhindern und eine Metalldampf-Entladungslampe
zu schaffen, welche über eine große Strahlungsstärke der
ultravioletten Strahlen im Wellenlängenbereich von 280 nm
bis 400 nm über eine lange Zeit verfügt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei
einer Metalldampf-UV-Entladungslampe mit ihrer
Lichtbagenröhre, in die Eisen als UV-emittierendes Material,
Quecksilber, Halogen und Edelgas eingekapselt werden und
mindestens eines der Metalle Zinn, Magnesium, Wismut,
Thallium, Kadmium oder Mangan enthalten sind und daß im Halogen
mindestens Brom in der Weise enthalten ist, daß das Halogen
mindestens 0,26 Gewichtsprozent Brom bezogen auf das
gesamte Halogen enthält.
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Aufgrund der Maßnahme, durch welche der Bromgehalt zur
Gesamthalagenmenge bei einem Gewichtsverhältnis von
größer/gleich 0,26% liegt, nimmt die Strahlungsstärke durch
Lumineszieren des Eisens fast kaum ab, auch wenn die
Höchsttemperatur der Außenwand der Lichtbcgenröhre auf ca. 800º C
gesenkt wird, und deshalb sinkt auch die zur Aushärtung
wirksame Ultraviolettstrahlungsstärke fast kaum ab, was die
Verwendung als eine Metalldampf-Entladungslampe zum Zweck
einer Aushärtung ausreichend ermöglicht.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Maßnahme,
bei welcher ein Leuchtbetrieb bei einer verringerten
Höchsttemperatur der Innenwand der Lichtbogenröhre
durchgeführt wird, die Ausbildung einer infolge einer Adhäsion
des Eisens auf der Innenwand der Lichtbogenröhre
entstehenden Dünnschicht verhindert und somit die
Ultraviolettstrahlungsstärke über eine lange Zeit aufrechterhalten werden
kann.
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Im Fall, daß der Bromgehalt zur gesamten Halogenmenge bei
einem Gewichtsverhältnis von weniger als 0,26% liegt, kann
bei einem Leuchtbetrieb mit einer Höchsttemperatur von ca.
800º C der Außenwand der Lichtbogenröhre keine wirksame
Verstärkung der Strahlungsstärke im Wellenlängenbereich von
280 nm bis 400 nm erwartet werden, weil eine starke
Verminderung der Ultraviolettstrahlungsstärke auftritt.
Brief Description of the Drawing
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichung genauer beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Metalldampf-
Entladungslampe; und
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Fig. 2 eine schematische Darstellung, die den
Aufrechterhaltungsgrad der Strahlungsstärke der
ultravioletten Strahlen im Wellenlängenbereich von 280 nm bis
400 nm wiedergibt.
Detailed Description
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Fig. 1 veranschaulicht eine Metalldampf-Entladungslampe mit
einer Nennleistung von 24kW, die als Lichtquelle für
Industrieanwendengen verwendet wird, bei welchen fotochemische
Reaktionen, wie eine Aushärtung von Decklack und
dergleichen, verwendet werden.
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Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Lichtbogenröhre mit einem
Innendurchmesser von 22mm, welche aus einer Quarzglasröhre
besteht und in welchem ein Paar Elektroden 2, 2 auf einem
Abstand von 1450 mm einander gegenüber angeordnet sind. An
den beiden Enden der Lichtbogenröhre 1 ist jeweils ein
versiegelter Fußbereich 11 ausgebildet, in welchem eine
Molybdän-Folie 3 hermetisch eingeschlossen ist. Über die
Molybdänfolie 3 sind ein Sockelstift 4 und die Elektrode 2
angeschlossen. Innerhalb der Lichtbogenröhre 1 sind 700 mg
metallisches Quecksilber, 5,8 mg Eisen, 5 mg HgBr&sub2;, 30
mg HgI&sub2;, 27 mg BiI&sub3; sowie 50 mmHg Xenongas
eingekapselt. Das Mischungsverhältnis von Brom zur gesamten
Halogenmenge liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei einem
Gewichtsverhältnis von 6,10%.
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Wenn der Leuchtbetrieb der Metalldampf-Entladungslampe mit
der vorstehend beschriebenen Anordnung unter Kühlung mit
Kühlluft in einem Lampengehäuse durchgeführt wird, so daß
die Höchsttemperatur der Lichtbogenröhre bei 800º C liegt,
werden ultraviolette Strahlen im für eine Aushärtung
erforderlichen Wellenlängenbereich von ca. 280 nm bis 400 nm
wirksam ausgestrahlt.
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Die Intensität der ultravioletten Strahlen im
Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm ist, wie nachstehend anhand
von Tabelle 1 erläutert wird, so groß wie beim Betrieb
einer herkömmlichen Metalldampf-Entladungslampe, welcher
kein Brom zugesetzt wird und bei welcher die
Höchsttemperatur der Außenseite der Lichtbogenröhre bei 850º C
aufrechterhalten wird.
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Ferner beträgt die Stärke der ultravioletten Strahlen, wenn
der Leuchtbetrieb einer herkömmlichen
Metalldampf-Entladungslampe, welcher kein Brom zugesetzt wird, mit einer
konstant gehaltenen Höchsttemperatur der Außenseite der
Lichtbogenröhre von 800º C durchgeführt wird, ca. 70% der
Stärke beim Leuchtbetrieb bei 850º C. Das heißt, die
Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlen im
Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm der Lampe, bei welcher das
Mischungsverhältnis von Brom zur gesamten Halogenmenge bei
einem Gewichtsverhältnis von 6,10% liegt, ist im Vergleich
zur Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlen der
herkömmlichen Lampe, der kein Brom zugesetzt wird, um 43%
größer, wenn die beiden Lampen unter derselben Bedingung
betrieben werden, so daß die Temperatur der Außenseite der
Lichtbogenröhre bei 800º C aufrechterhalten wird.
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Andererseits erweist sich, daß der Leuchtbetrieb der Lampe
bei diesem Ausführungsbeispiel bei 800º C durchgeführt
werden kann, um dieselbe Strahlungsstärke der ultravioletten
Strahlen wie beim Leuchtbetrieb der herkömmlichen Lampe mit
der konstant gehaltenen Höchsttemperatur der Außenseite der
Lichtbogenröhren von 850º C zu erhalten.
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Das heißt, der Betrieb der erfindungsgemäßgen Lampe wird
mit einer niedrigeren Temperatur der Röhrenwand als bei
einer herkömmlichen Lampe ermöglicht. Als Folge davon wird
bei der erfindungsgemäßen Lampe die Ausbildung einer
Eisendünnschicht auf der Innenwand der Lichtbogenröhre besser
verhindert als bei einer herkömmlichen Lampe.
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Das heißt, wie in Figur 2 dargestellt wird, der
Aufrechterhaltungsgrad der Strahlungsstärke im Wellenlängenbereich
von 280 nm bis 400 nm der Lampe beim erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel mit einer Leuchtdauer von 1000 Stunden
bleibt bei größer/gleich 95%, während der
Aufrechterhaltungsgrad der Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen
im Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm der
herkömmlichen Lampe, welcher kein Brom zugesetzt wird, mit einer
Leuchtdauer von 1000 Stunden ca. bei 90% bleibt, weil bei
der herkömmlichen Lampe der Leuchtbetrieb mit einer
Höchsttemperatur der Außenseite der Lichtbogenröhre von 850º C
durchgeführt wird, um dieselbe Ultraviolettstrahlungsstärke
zu erhalten, und infolgedessen die Ausbildung einer
Eisendünnschicht auf der Innenseite der Lichtbogenröhre
leicht auftritt.
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Nachfolgend wird anhand von Tabelle 1 das Meßergebnis des
Verhältnisses zwischen dem Mischungsverhältnis von Brom
(Gewichtsprozent) zur gesamten Halogenmenge und der
Strahlungsintensität der ultravioletten Strahlen (relative
Werte) bei einem Leuchtbetrieb mit einer Höchsttemperatur der
Außenseite der Lichtbogenröhre von 800º C gezeigt. Dabei
sind die Mischungsverhältnisse zwischen dem Jod und dem
Brom durch die Veränderung der Mengen der eingekapselten
HgBr&sub2; und HgI&sub2; verändert worden. Ferner gibt
Tabelle 1 zu Vergleichszwecken die Angaben der vorstehend
beschriebenen herkömmlichen Lampe und ihre
Beleuchtungsbedingungen wieder.
(Tabelle 1)
herkömmliche Lampe
erfindungsgemäße Lampe
eingekapseltes Halogen
Höchsttemperatur der Außenseite der Lichtbogenröhre(arc tube)
Mischungs-Verhältnis
von Brom
Wellenlänge
Jod
Jod und Brom
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In Tabelle 1 bezeichnet der Wellenlängenbereich 350 nm bis
400 nm einen Wellenlängenbereich, in
welchem
kontinuierliche Spektren infolge des Lumineszierens von Eisen besonders
deutlich gezeigt werden, und der Wellenlängenbereich 280 nm
bis 400 nm bezeichnet einen Wellenlängenbereich, welcher,
wie vorstehend beschrieben worden ist, zur Aushärtung
wirksam ist. Da in den beiden Wellenlängenbereichen die
Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen umso mehr
gesättigt wird, je größer das Mischungsverhältnis von Brom zur
gesamten Halogenmenge wird, wurde die Strahlungsstärke, bei
welcher das Mischungsverhältnis von Brom bei 11,5% liegt,
als 100 gesetzt und relative Werte wurden dargestellt.
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Die relativen Werte der Strahlungsstärke der ultravioletten
Strahlen bei einem Leuchtbetrieb der herkömmlichen
Metalldampf-Entladungslampe, bei welcher das Mischungsverhältnis
von Brom bei 0% liegt, mit einer konstant gehaltenen
Höchsttemperatur der Außenseite der Lichtbogenröhre von
850º C, betragen im Wellenlängenbereich von 350 nm bis 400
nm 97 und im Wellenlängenbereich von 280 nm bis 400 nm, wie
vorstehend beschrieben, 100.
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Das heißt, wie in Tabelle 1 veranschaulicht ist, kann beim
Betrieb der erfindungsgemäßen Lampe mit einem
Mischungsverhältnis von Brom im Verhältnis zur Gesamthalogenmenge
von größer/gleich 1,28% mit einer konstant gehaltenen
Höchsttemperatur der Außenseite der Lichtbogenröhre von
800º C in den beiden Strahlungsbereichen genau so viel
Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen erhalten
werden, wie die Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen
beim Leuchtbetrieb der herkömmlichen
Metalldampf-Entladungslampe mit einer Höchsttemperatur der Außenseite der
Lichtbogenröhre von 850º C.
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Außerdem ist die Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen Lampe
ausreichend, wenn das Mischungsverhältnis von Brom bei
0,26% liegt, weil die Strahlungsstärke der ultravioletten
Strahlen dabei höchstens ca. 5% abnimmt im Vergleich zum
Leuchtbetrieb der herkömmlichen Metalldampf-Entladungslampe
mit einer Höchsttemperatur der Außenseite der
Lichtbogenröhre von 850º C. Wenn jedoch das Mischungsverhältnis
vom Brom bei 0,13% liegt, ist die Lampe beim Leuchtbetrieb
mit einer konstant gehaltenen Höchsttemperatur der
Außenseite der Lichtbogenröhre von 800º C wegen einer
beträchtlichen Absenkung der Strahlungsintensität der
ultravioletten Strahlen nicht brauchbar. Daraus folgt, daß das
Mischungsverhältnis von Brom zur gesamten Halogenmenge bei
einem Gewichtsverhältnis von größer/ gleich 0,26% liegen
muß, um eine ausreichende Strahlungsintensität der
ultravioletten Strahlen zu erhalten, auch wenn der Leuchtbetrieb
mit einer konstant gehaltenen Höchsttemperatur der
Außenseite der Lichtbogenröhre von 800º C durchgeführt wird.
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Bei der Lampe, auf welche sich das vorstehende
Ausführungsbeispiel bezieht, wurde als ein eingekapseltes Metall
Wismut verwendet. Bei Verwendung von Zinn, Magnesium,
Thallium, Kadmium und/oder Mangan wurde jedoch auch dieselbe
Tendenz erzielt. Dies bestätigt die Wirksamkeit der Maßnahme,
als Halogen Brom in einem Gewichtsverhältnis zur gesamten
Halogenmenge von größer/gleich 0,26% zu verwenden.
Wirkung der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäßen Metalldampf-Entladungslampe kann,
wie vorstehend erläutert wurde, durch die Verwendung von
Halogen, in dem mindestens Brom enthalten ist, dessen
Gehalt im Verhältnis zur gesamten Halogenmenge bei einem
Gewichtsverhältnis von größer/gleich 0,26% liegt, eine
genügende Strahlungsstärke der ultravioletten Strahlen
erzielt werden, auch wenn die Höchsttemperatur der Außenseite
der Lichtbogenröhre gesenkt und die Ausbildung einer
Eisendünnschicht auf der Innenseite der Lichtbogenröhre
unterdrückt werden. Mit der Erfindung kann deshalb eine
Metalldampf-Entladungslampe geschaffen werden, die über eine
zur Aushärtung von Decklack, Tinte und dergleichen wirksame
Strahlungsstärke der ulatravioletten Strahlen über eine
lange Zeit verfügt.