DE7606779U1

DE7606779U1 - Bestrahlungseinrichtung mit ultraviolett-strahlenquelle

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Publication number: DE7606779U1
Application number: DE19767606779
Authority: DE
Original assignee: Mutzhas Maximilian Friedrich Dipl-Ing Dr-Ing 8000 Muenchen
Current assignee: Mutzhas Maximilian Friedrich Dipl-Ing Dr-Ing 8000 Muenchen
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1979-07-19

Description

Mz 4433 Bestrahlungseinrichtung

Die Neuerung betrifft eine Bestrahlungseinrichtung für photobiologische und/oder photochemische Zwecke, enthaltend mindestens eine Ultraviolett-Strahlenquelle in Form einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe sowie wenigstens einen Filter zur Unterdrückung d=r erythemerzeugenden Strahlung mit einer Wellenlänge unter 320 nm.

Ultraviolett-Bestrahlungseinrichtungen finden für die verschiedensten photobiologischen und photochemischen Anwendungszwecke Verwendung, beispielsweise zur kosmetischen Bräunung, zur Behandlung von Hautkrankheiten, zum Trocknen von Lacken, Aushärten von Kunststoffen usw.

Bei kosmetischen Bestrahlungseinrichtungen, insbesondere zur Bräunung der Haut, versucht man nach Möglichkeit, den Wellenlängenbereich von 320 bis 450 nm (UV-A-Bereich) auszunutzen, dagegen die Erythem (Sonnenbrand) erzeugenden Strahlen mit einer Wellenlänge unter 320 nm (UV-B-Bereich) zu unterdrücken. Dabei erweist es sich jedoch als schwierig, mit einfachen technischen Mitteln einerseits die erwünschte hohe Bestrahlungsstärke im erwünschten Wellenlängenbereich oberhalb 320 nm zu erzielen und andererseits die unerwünschte Strahlung unterhalb 320 nm vollständig zu unterdrücken. Bestrahlungsgeräte, die diesen Forderungen genügen und sich zugleich so wirtschaftlich fertigen lassen, daß sie für eine breitgestreute Nutzung geeignet erscheinen, sind demgemäß in der Praxis bisher nicht bekannt geworden.

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Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine sehr hohe Bestrahlungsleistung im Wellenlängenbereich oberhalb 320 nm besitzt, die unerwünschte Strahlung im Bereich unterhalb 320 nm vollständig unterdrückt, weiterhin nur eine kleine bzw. mäßige Wärmebelastuug der bestrahlten Person bzw. des sonstigen Bestrahlungsobjektes ergibt und sich im übrigen durch, eine kostengünstige Herstellung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) Die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe ist mit Metahlhalogendampf-Zusätzen versehen;

b) es ist ein die Strahlung mit einer Wellenlänge über 800 nm unterdrückender Infrarotfilter vorgesehen;

c) das die Ultraviolett-Strahlenquelle aufnehmende Gehäuse ist als Reflektor ausgebildet;

an

d) das Reflektorgehäuse ist ein das Gehäuse

und/oder die Ultraviolett-Strahlenquelle kühlender !Lüfter angeschlossen.

Bei den der Neuerung zugrundeliegenden umfangreichen Versuchen stellte sich heraus, daß mit Metallhalogendampf-Zusätzen (insbesondere mit Eisen- und Galliumjodid) versehene Quecksilberdampf-Hochdrucklampen eine besonders hohe Strah-

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lungsintensität in dem erwünschten Wellenlängenbereich zwischen 320 und 450 nm besitzen. Dabei werden die Erythem erzeugenden Strahlen mit einer Wellenlänge unter 320 nm durch einen Ultraviolett-Kantenfilter unterdrückt, während ein Infrarotfilter Strahlen mit einer Wellenlänge über 800 n:cn ausfiltert und auf diese Weise die Wärmebelastung bei der Bestrahlung wesentlich verringert.

Zur Erzielung einer hohen Bestrahlungsstärke werden Ultraviolett-Strahlenquellen hoher Leistung verwendet, und es wird das die UV-Strahlenquelle aufnehmende Gehäuse als Reflektor ausgebildet. Durch den neuerungsgemäßen Anschluß eines Lüfters an das Reflektor-Gehäuse wird eine ausreichende Kühlung T5 des Gehäuses und/oder der UV-Strahlenquelle gewährleistet und damit die Erzielung einer sehr hohen Bestrahlungsstärke auf engem Raum überhaupt erst ermöglicht.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Neuerung ist auch ein die Strahlung mit einer Wellenlänge über 450 nm unterdrückender Farbfilter vorgesehen. Er besteht vorzugsweise aus Glas, Kunststoff oder Quarz, in dem feinverteilte Schwermetalloxyde (z.B.

Kobalt-, Nickel- oder Eisenoxyd) gelöst oder auf der Oberfläche aufgebracht sind.

Der die Strahlung mit einer Wellenlänge unter

320 nm unterdrückende Filter kann aus handelüb-30 lichem Spiegelglas (Floatglas) oder aus Polyester

material in Platten- oder Folienform bestehen.

Wird zur Unterdrückung der Strahlung mit einer Wellenlänge über 450 nm ein Farbfilter vorgesehen, so kann neuerungsgemäß der Brennerkolben der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe von einem Farbfilterkolben umgeben sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Brennerkolben der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe selbst als Farbfilterkolben auszubilden; dieser Farbfilterkolben wird vorzugsweise aus Quarz hergestellt, in dem Kobaltoxyd in feiner Verteilung gelöst ist.

Der Infrarotfilter wird durch ein Wärmeabsorptions- und/oder Wärmereflektionsfilter, vorzugsweise durch ein handelsübliches Wärmeabsorptionsglas, gebildet.

Anstelle der maximal erforderlichen drei Filter kann auch ein einziger Filter die drei erwähnten Funktionen erfüllen, wenn beispielsweise der Spiegelglasschmelze die entsprechenden Zuschlagstoffe für die Farbfilterung und/oder die Infrarotfilterung in entsprechenden Mengen beigegeben werden. Das gleich gilt, wenn anstelle der Spiegelglasschmelze eine Quarzschmelze verwendet wird oder wenn die Filtermaterialien in Kunststoff feinverteilt bzw. auf die Oberfläche aufgebracht werden.

Ist der Brennerkolben der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe von einem Farbfilterkolben umgeben, so kann der Raum zwischen Brennerkolben und Farbfilterkolben evakuiert oder mit einem Anschluß für Kühlwasser bzw. Kühlluft versehen sein. Dabei ist darauf

zu achten, daß eine Flüssigkeitskühlung nicht direkt am Brennerkolben erfolgt, da dieser bei einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe eine Temperatur zwischen 700 und 900°C aufweisen muß.

Die neuerungsgemäß verwendete Quecksilberdampf-Hochdrucklampe kann als Mischlichtlampe ausgeführt werden, um die sonst zum Betrieb der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe notwendigen Vorschaltgeräte einzusparen. Die Strombegrenzung erfolgt hierbei" durch die Glühlampenwendel.

Die neuerungsgemäße Bestrahlungseinrichtung zeichnet sich - wie anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert wird - durch eine bisher nur im Labor erreichbare sehr hohe Bestrahlungsstärke im Wellenlängenbereich zwischen 320 und 450 nm aus. Durch die vollständige Ausfilterung der Strahlen unterhalb 320 nm werden Erythem (Sonnenbrand) und Konjunktivitis (Bindehautentzündung) mit Sicherheit vermieden.

Das Ausfiltern der Infrarotstrahlung setzt ferner die Wärmebelastung des Bestrahlungsobjektes erheblich herab, so daß auch bei sehr intensiven Bestrahlungen kein Wärmeerythem hervorgerufen wird. Bei einer pigmentierungswirksamen Bestrahlungsstärke von ca. 150 W/m² ergäbe sich eine gesamte Bestrahlungsbelastung von ca. 2500 W/m², wenn die Infrarotanteile und die Anteile des sichtbaren Lichtes nicht

ausgefiltert würden. Sind diese jedoch ausgefiltert, so verringert sich der Wert um ca. 80%.

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Durch den Farbfilter wird die Leuchtdichte der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe so erheblich herabgesetzt, daß diese im Normalfalle keine nachhaltigen Blenderscheinungen mehr hervorrufen kann.

Weitere Merkmale der Neuerung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles. Es zeigen

Fig.1 verschiedene photobiologische Wirkungskurven,

Fig.2 den spektralen Verlauf des Transmissonsgrades einer Filtervorrichtung,

Fig.3 den spektralen Strahlungsfluß einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit Filtervorrichtung,

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel der neuerungsgemäßen Bestrahlungseinrichtung.

In Fig.1 zeigt die Kurve 1 die Konjunktivitis-Empfindlichkeit, die Kurve 2 die Erythem-Empfindlichkeit und die Kurve 3 die Spektralwirkungskurve der direkten Pigmentierung (jeweils im relativen Maßstab S, in Abhängigkeit von der Wellenlänge Λ ).

Das Maximum für die Empfindlichkeit der Photo-Konjunktivitis liegt bei ca. 250 nm, wobei der Dosis-Schwellenwert, bezogen auf diese Wellenlänge, etwa 50 Ws/m^s beträgt.

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. Das Maximum der Erythem-Empfindlichkeit liegt bei ca. 297 run, wobei der Dosisschwellenwert bei dieser Wellenlänge etwa 250 Ws/m² beträgt.

Das Maximum der Pigmentierungskurve liegt bei ca. 340 nm, wobei der Dosisschwellenwert bei dieser Wellenlänge etwa 100 000 Ws/m² beträgt.

In Fig.2 ist der Spektralverlauf des Transmissionsgrades (Kurve 4) einer Filtervorrichtung dargestellt, die aus einem Ultraviolett-Kantenfilter (Spiegelglas 5 mm), einem Infrarot-Absorptionsfilter (Wärmeabsorptionsgrad 4 mm) und einem Farbfilter (Blauviolettglas 1 mm) besteht. Im nicht dargestellten Bereich ab ca. 600 nm bis hin zum fernen Infrarot beträgt der Transmissionsgrad etwa 6%.

In Fig.3 ist die spektrale Strahlenflußverteilung einer 2000 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit der in Fig.2 veranschaulichten Filtervorrichtung als unstetige Kurve 5 in relativem Maßstab dargestellt. Die Messungen erfolgten jeweils mit einer Bandbreite von 10 nm. Man erkennt, daß die neuerungsgemäße Bestrahlungseinrichtung praktisch ausschließlich im erwünschten Wellenlängenbereich zwischen 3 20 und 450 nm emittiert.

Fig.4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der neuerungsgemäßen Bestrahlungseinrichtung. Es enthält eine Ultraviolett-Strahlenquelle 7, deren Brennerkolben von einem Schutzrohr 8 umgeben ist, das zweckmäßig als Filterglasrohr ausgeführt ist. Der Zwischenraum 9 zwischen Brennerkolben und Schutz-

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rohr kann aus thermischen Gründen eventuell evakuiert werden.

Die Innenseite des Gehäuses 10 dient als Reflektor. Eine Wärmeabsorpbionsscheibe 11 und ein Rest-Ultraviolett-Absorber 12 werden durch einen Rahmen 13 gehalten. Ein Lüftermotor 14 mit Lüfterflügeln 15 saugt Luft durch einen Einlaßstutzen 16 an und drückt sie an der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe vorbei, so daß die Abluft durch öffnungen 17a, 17b entweichen kann. Abschirmbleche 18a, 18b im Bereich dieser öffnungen 17a, 17b verhindern, daß ungefilterte Strahlen nach außen dringen. Ein vorzugsweise beidseitig angebrachter Flügel 19 gestattet es, das Lampengehäuse 10 in einem bestimmten Bereich zu scnwenken. Der Flügel ist am Vorschaltgerät-Gehäuse 20 befestigt, dessen Bodenblech 21 ein Zündgerät 22 und eine Drossel 23 trägt.

Zur näheren Erläuterung der Neuerung diene folgendes Ausführungsbeispiel: Wird eine 2000 W Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit Metalljodid-Zusätzen als Strahlenquelle verwendet, so bietet es sich an, ein Filterglasrohr mit ca. 40 mm Durchmesser und 1 mm Wandstärke als Farbfilter zu verwenden, um die Leuchtdichte der Lampe herabzusetzen.

Als Wärmeschutzfilter kann ein handelsübliches Wärmeabsorptionsglas benutzt werden, das im Bereich von 800 nm bis ins langwellige Infrarot hinein einen Transmissionsgrad von nur etwa 6% hat. Eventuelle Reste von UV-Strahlungen, die kürzerwellig als 320 nm sind, lassen sich am einfachsten durch normales

Spiegelglas beseitigen, das in diesem Bereich als Kantenfilter wirkt.

Mit einer solchen Bestrahlungseinrichtung ergeben sich pigmentierungswirksame Bestrahlungsstärken, die · in der Größenordnung von über 150 W/m² liegen (Vergleichswert für ungefilterte Sonnenstrahlung ca. 50 W/m², 90° Sonnenstand). Daraus ergibt sich, daß der Schwellenwert für die Direktbräunung bereits nach einer Bestrahlungszeit von ca. 10 Minuten erreicht wird (Vergleichswert für die ungefilterte Sonnenstrahlung bei 90° Sonnenstand ist ca. 30 Minuten)· Die gesamte Bestrahlungsstärke beträgt dann ca. 500 W/m², wenn die Bestrahlungsein-, richtung mit einem entsprechend dimensionierten Lüfter versehen ist (Vergleichszahl für die ungefilterte Sonnenstrahlung bei 90° Sonnenstand ist ca. 1100 W/m²).

Die Erythemschwelle würde rein rechnerisch nach ca. 7 Stunden erreicht werden, ein Wert der sich praktisch nicht nachprüfen läßt (im Vergleich hierzu beträgt die Erythem-Schwellenzeit für ungefilterte Sonnenstrahlung bei 90° Sonnenstand ca. 4 Minuten)

Claims

Schutzansprüche:

1. Bestrahlungseinrichtung für photobiologische und/oder photochemische Zwecke, enthaltend mindestens eine Ultraviolett-Strahlenquelle in Form einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe sowie wenigstens einen Filter zur Unterdrückung der erythemerzeugenden Strahlung mit einer Wellenlänge unter 320 nm_r

gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe ist mit Metallhalogendampf-Zusätzen versehen;

b) es ist ein die Strahlung mit einer Wellenlänge über 800 nm unterdrückender Infrarotfilter (11) vorgesehen;

c) das die Ultraviolett-Strahlenquelle (7) aufnehmende Gehäuse (10) ist als Reflektor ausgebildet;

an

d) das Reflektorgehäuse (10) ist ein das Gehäuse

und/oder die Ultraviolett-Strahlenquelle (7) kühlender Lüfter (14,15) angeschlossen.

2. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (14,15) an den hinteren Bereich des Reflektor-Gehäuses (10) angeschlossen ist.

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3. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektor-Gehäuse (10) mit Luftdurchtrittsöffnungen (17a,17b) versehen ist.

4. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdurchtrittsöffnungen (17a, 17b) im vorderen Bereich des Reflektor-Gehäuses (10) vorgesehen sind.

5. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Luftdurchtrittsöffnungen (17a, 17b) Abschirmbleche (18a, 18b) zur Verhinderung eines Austritts ungefilterter Strahlen vorgesehen sind.

6. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Strahlung mit einer Wellenlänge über 450 nm unterdrückender Farbfilter vorgesehen ist.

7. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbfilter aus Glas, Kunststoff oder Quarz besteht, in dem fein verteilte Schwermetalloxyde, wie Kobalt-, Nickel- oder Eisenoxyd, gelöst oder auf der Oberfläche aufgebracht sind.

8. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung mit einer Wellenlänge unter 320 nm unterdrückende Filter aus handelsüblichem Spiegelglas (Floatglas) besteht.

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Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung mit einer Wellenlänge unter 320 nm unterdrückende Filter aus Polyestermaterial in Plattenoder Folienform besteht.

10. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkolben

(7) der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe von einem Farbfilterkolben (8) umgeben ist.

11. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkolben der Quecksilberdampf-Hochdrucklampe als Farbfilterkolben ausgebildet ist, der aus Quarz besteht, in dem Kobaltoxyd in feiner Verteilung gelöst ist.

12. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarotfilter durch ein Wärmeabsorptions- und/oder Wärme-

reflektionsfilter, vorzugsweise durch ein handelsübliches W.ärmeabsorptionsglas, gebildet wird.

13· Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung mit einer Wellenlänge unter 320 nm unterdrücken-

de Filter sowie der Infrarotfilter durch einen einzigen Filter gebildet werden.

14. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch \o, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (9) zv;isehen Brennerkolben (7) und Farbfilterkolben (8) evakutiert ist.

15. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (9) zwischen Brennerkolben (7) und Farbfilterkolben (8) mit einem Anschluß für Kühlwasser oder Kühlluft versehen ist.

.16. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit Eisen- und Galliumjodid dotiert ist.

17. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1? dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe als Mischlichtlampe ausgeführt ist.

18. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe eine Leistung besitzt, bei der sich eine pigmentierungswirksame Bestrahlungsstärke ergibt, die mehr als dreimal so groß wie die der ungefilterten Sonnenstrahlung (bei 90° Sonnenstand) ist.