DE971544C

DE971544C - Discharge vessel for gas discharge lamps

Info

Publication number: DE971544C
Application number: DEH14611A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Mohn
Original assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Priority date: 1952-11-30
Filing date: 1952-11-30
Publication date: 1959-02-12

Description

Entladungsgefäß für Gasentladungsstrahler Gasentladungsstrahler werden zur Erzeugung von UV-Strahlen sowie von sichtbarem Licht und Ultrarotstrahlen benutzt. Insbesondere hat sich hierbei die Quecksilberentladung in Form der Niederdruck-, Hochdruck- und Höchstdruckentladung bewährt und als Werkstoff für das Entladungsgefäß weitgehend Quarzglas eingeführt.Discharge vessel for gas discharge lamps used to generate UV rays as well as visible light and ultrared rays. In particular, the mercury discharge in the form of low-pressure, High-pressure and extremely high-pressure discharge have been tried and tested and as a material for the discharge vessel largely quartz glass introduced.

Um die Emission auf bestimmte Spektralgebiete zu beschränken oder, umgekehrt, bestimmte Spektralgebiete zurückzuhalten, wurden bereits Sonderformen von Quarzgläsern entwickelt, bei denen zur Erzeugung einer Filterwirkung dem Quarzglas in geringen Mengen bestimmte Zusätze gegeben werden. So hat man beispielsweise durch Zusatz von Oxyden: in Mengen unterhalb o,1% ein Quarzglas entwickelt, das zwar die für die Keimtötung erwünschten Spektralbereiche der UV-Strahlung in der Gegend von 2540A durchläßt, aber die die Ozonbildung bewirkende Strahlung um 189o A zurückhält. Mit einem derartigen Quarzglas kann man Sterilisationslampen und UV-Strahler für therapeutische und technische Anwendungen herstellen, die den damit Beschäftigten nicht durch die Ozonbildung belästigen.To limit the emission to certain spectral areas or, conversely, withholding certain spectral regions, already became special forms Developed by quartz glasses, in which the quartz glass is used to generate a filter effect certain additives are given in small quantities. So you have, for example, through Addition of oxides: in amounts below 0.1% a quartz glass develops which, although the for the killing of germs desired spectral ranges of the UV radiation in the area of 2540A lets through, but holds back the radiation causing the ozone formation by 189oA. Such quartz glass can be used for sterilization lamps and UV lamps Manufacture therapeutic and technical applications that benefit the people who work with them do not bother with the formation of ozone.

Die Gasentladungsstrahler mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas, dem in dieser Weise eine optische Filterung bewirkende Stoffe zugesetzt sind, zeigen nun aber recht oft einen Nachteil, der bei Quecksilberdampfentladungslampen allgemein schon lange bekannt ist. Sie weisen nach längerem Gebrauch infolge der Gasentladungen Alterungserscheinungen auf, insbesondere Bräunungen oder andere Verfärbungen, die teilweise auf den Eintritt von Quecksilberionen in das Quarzglas während der Entladung und auf Reduktionserscheinungen zurückgeführt werden können. Die Erfindung hat nun einen überraschend einfachen Weg gefunden, uni die erwähnten Alterungserscheinungen bei den hochwertigen Gasentladungsstrählern mit einem eine optische Filterwirkung aufweisenden Entladungsgefäß erheblich herabzusetzen.The gas discharge lamps with a discharge vessel made of quartz glass, to which substances that effect optical filtering are added in this way show but now quite often a disadvantage, that of mercury vapor discharge lamps in general has been known for a long time. They show after prolonged use as a result of gas discharges Signs of aging, especially tanning or other discoloration that partly due to the entry of mercury ions into the quartz glass during the discharge and can be attributed to reduction phenomena. the The invention has now found a surprisingly simple way of eliminating the aging phenomena mentioned with the high-quality gas discharge streamers with an optical filter effect significantly reduce having discharge vessel.

Erfindungsgemäß wird ein. Entladungsgefäß für Gasentladungsstrahler unter Verwendung von Quarzglas mit geringen Mengen von Zusätzen, die eine optische Filterung bewirken, so gestaltet, daß die Wandung des Entladungsgefäßes aus zwei Schichten besteht, die nach an sich bekannten glastechnischen Verfahren verformt und in der Hitze miteinander vereinigt sind, und zwar aus einer äußeren Schicht aus dem mit Zusätzen versehenen optisch filternden Quarzglas und aus einer mehrere zehntel Millimeter dicken inneren Schicht aus einem ätzbeständigen, von diesen Zusätzen freien Quarzglas.According to the invention a. Discharge vessel for gas discharge lamps using quartz glass with small amounts of additives that have an optical Effect filtering, designed so that the wall of the discharge vessel from two There are layers that are deformed by known glass engineering processes and are united in the heat from an outer layer from the optically filtering quartz glass provided with additives and from one several tenths of a millimeter thick inner layer made of an etch-resistant one of these additives free quartz glass.

Der Erfindung liegen die folgenden Beobachtungen und Überlegungen zugrunde.The present invention has made the following observations and considerations underlying.

Die zur Erzeugung einer optischen Filterwirkung dem Quarzglas beigegebenen Zusätze wirken bei längerer Betriebsdauer der Gasentladungsstrahler als Keime für die Entglasungen. Quarzgläser mnit Oxydzusätzen verändern sich entsprechend der Höhe der Zusätze wesentlich früher als Gläser ohne diese Zusätze und ändern dadurch die Absorption erheblich. Während geringe Zusätze weit unter o, i % die erwünschte Filterwirkung erst nach längerer Betriebszeit merklich verändern und mit einem Quarzglas geringer Zusätze bisher ein Werkstoff mit verhältnismäßig kleinen Alterungserscheinungen erzeugt werden konnte, sind Rohre mit größeren. Zusätzen schon nach sehr kurzer Betriebsdauer - oft bereits nach einigen Stunden - so stark verfärbt, daß sie unbrauchbar sind. Es war deshalb für den praktischen Betrieb bisher kaum möglich, Gasentladungsstrahler herzustellen, die eine selektive Strahlung aussenden. Bei dem Strahler nach der Erfindung wird nun die Schicht des Entladungsgefäßes des Gasentladungsstrahlers, welche die gewünschte optische Filterwirkung ergibt, von der die Alterungserscheinungen auslösenden Dampfentladung, insbesondere Quecksälberdampfentladung, dadurch isoliert, .daß auf ihrer Innenseite eine von den Zusätzen freie Quarzglasschicht aufgebracht wird, die eine erhöhte Ätzfestigkeit aufweist. Die Tiefe der Schicht, innerhalb deren die die Alterungserscheinungen auslösenden Veränderungen vor sich gehen, ist vergleichsweise gering. Um den schädlichen Einfluß der Dampfentladung innerhalb des Entladungsgefäßes zu beschränken., genügt es deshalb, im Inneren des Entladungsgefäßes eine ätzbeständi.ge Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von mehreren zehntel Millimeter vorzusehen, wobei die beiden Schichten nach an sich bekannten glastechnischen Verfahren verformt und in der Hitze miteinander vereinigt sind.The added to the quartz glass to create an optical filter effect Additives act as germs for the gas discharge lamps for longer periods of operation the devitrifications. Quartz glasses with oxide additions change according to the The amount of the additives much earlier than glasses without these additives and change as a result the absorption is significant. While small additions far below 0.1% are desirable Only change the filter effect noticeably after a long period of operation and with a quartz glass low additions so far a material with relatively small signs of aging Could be produced are pipes with larger. Additions after a very short time Operating time - often after a few hours - so strongly discolored that it is unusable are. It has therefore hardly been possible to date for practical operation to use gas discharge lamps produce that emit selective radiation. With the spotlight after the Invention is now the layer of the discharge vessel of the gas discharge lamp, which gives the desired optical filter effect, from which the signs of aging initiating vapor discharge, in particular mercury vapor discharge, thereby isolated, .that a quartz glass layer free of additives is applied to its inside which has an increased etch resistance. The depth of the layer within whose changes that trigger the signs of aging are taking place comparatively low. To avoid the harmful influence of the vapor discharge within of the discharge vessel, it is therefore sufficient inside the discharge vessel an etch-resistant layer with a thickness of the order of several tenths To be provided millimeters, the two layers according to known glass technology Process deformed and united in the heat.

Es ist schon beschrieben worden, Entladungsgefäße von Gasentladungslampen aus einem UV-durchlässigen hochkieselsäurehaltigen Glas mit einer inneren Schicht aus Siliziumdioxyd durch Behandlung der Glashülle mit einer Mischung aus Äthylsilikat und Äthylalkohol zu versehen.. Abgesehen davon, daß die thermische Widerstandsfähigkeit der äußeren Glasschicht im Vergleich zu Quarzglas beschränkt ist, läßt sich die innere Schicht nur als ein schuppenartiger Niederschlag gewinnen, der bei hohen Wandbelastungen .des Gasentladungsstrahlers keinen ausreichenden Schutz gegen Verätzung gibt. Demgegenüber handelt es sich bei der Erfindung um ein Entladungsgefäß, daß praktisch nur aus Quarzglas mit seinen hervorragenden technischen Eigenschaften besteht und bei dem die beiden Schichten wegen ihrer übereinstimmenden Eigenschaften durch die Vereinigung in der Hitze so innig verbunden sind, daß eine Trennungslinie zwischen ihnen nicht zu erkennen ist. Der Schutz durch die innere, von Zusätzen freie Quarzglasschicht gegen die fotochemischen Angriffe ist also denkbar günstig.It has already been described, discharge vessels of gas discharge lamps Made of UV-permeable, high-silica glass with an inner layer made of silicon dioxide by treating the glass envelope with a mixture of ethyl silicate and ethyl alcohol too .. Apart from that the thermal resistance the outer glass layer is limited compared to quartz glass, the inner layer only gain as a flaky precipitate, which at high Wall loads. Of the gas discharge lamp do not provide adequate protection against chemical burns gives. In contrast, the invention is a discharge vessel that practically only made of quartz glass with its excellent technical properties and in which the two layers because of their matching properties are so intimately connected by the union in the heat that a dividing line cannot be seen between them. Protection by the inner, from additives Free quartz glass layer against the photochemical attacks is therefore very cheap.

Die dünne ätzbeständige Quarzglasschicht kann beispielsweise aus einem gewöhnlichen handelsüblichen Quarzglas bestehen, das die erwähnten Filterzusätze nicht enthält. Zweckmäßig wird aber ein besonders reines Quarzglas benutzt.The thin etch-resistant quartz glass layer can, for example, consist of a Ordinary commercially available quartz glass are made up of the aforementioned filter additives does not contain. However, a particularly pure quartz glass is expediently used.

Um die Lebensdauer noch weiter zu steigern, empfiehlt es sich, für die innere Schicht ein Quarzglas zu verwenden, das beispielsweise durch einen mechanischen Rührvorgang oder durch Ultrasch.alldispergierung besonders homogenisiert ist; es handelt sich hierbei um ein Quarzglas. wie es bereits bei einem älteren Vorschlag als Material für die Entladungsgefäßhüllen von Gasentladungsstrahlern genannt ist. Hierdurch werden geringe Fremdeinschlüsse innerhalb der Quarzglasmasse so fein und gleichmäßig verteilt, daß sie nicht mehr als Keime für die die Alterungserscheinungen bewirkenden chemischen und physikalischen Reaktionen dienen können.In order to increase the service life even further, it is recommended for the inner layer to use a quartz glass, for example by a mechanical Stirring process or is particularly homogenized by ultrasound dispersion; it this is a quartz glass. as was the case with an older proposal is named as the material for the discharge vessel envelopes of gas discharge lamps. This makes small foreign inclusions within the quartz glass mass so fine and evenly distributed so that they no longer act as germs for the signs of aging causing chemical and physical reactions.

Die Entladungsgefäße für Gasentladungsstrahler gemäß der Erfindung lassen sich in mannigfacher Weise für die verschiedensten Anwendungen im sichtbaren, ultravioletten und ultraroten Gebiet herstellen. So gelingt es beispielsweise, die Lebensdauer der oben besprochenen Entkeimungslampen und der UV-Strahler für therapeutische und technische Anwendungen mit Absorptionen in bestimmten Gebieten bedeutend zu erhöhen. Darüber hinaus ist es jetzt aber auch möglich, Gas,entladungsstrahler mit selektiver Strahlung in den verschiedensten Spektralgebieten von überraschend hoher Lebensdauer herzustellen, also zwei scheinbar zunächst sich widersprechende Forderungen zu vereinigen.The discharge vessels for gas discharge lamps according to the invention can be used in many ways for a wide variety of applications in the visible, create ultraviolet and ultraviolet area. This is how, for example, the Lifespan of the germicidal lamps and the UV lamps for therapeutic use discussed above and technical applications with absorptions in certain areas are increasing significantly raise. In addition, it is now also possible to use gas discharge lamps selective radiation in the most varied of spectral regions of surprisingly high Establish service life, i.e. two apparently contradicting requirements to unite.

Beispielsweise ist es jetzt möglich, Quecksilberentladungslampen hoher Lebensdauer herzustellen, deren Emission erst von einer bestimmten Wellenlänge an beginnt. Auch kann der Forderung nach langen Betriebszeiten entsprochen werden bei der Herstellung von Entladungsgefäßen für Gasentladungsstrahler, deren Absorptionskante im UV-B und UV-C an einer beliebigen. Stelle beginnt, also auch für Strahler, die von 28oo bis 3150 A emitteeren (UV-B oder Dorn,ostrahlung), während die Strahlung unter 2800 A (UV-C) unterdrückt wird, oder für Strahler, welche die Emission so abgrenzen, daß nur das Gebiet oberhalb von 2500 A durchgelassen wird.For example, it is now possible to manufacture mercury discharge lamps with a long service life, the emission of which only begins at a certain wavelength. The requirement for long operating times can also be met in the manufacture of discharge vessels for gas discharge lamps, the absorption edge of which in UV-B and UV-C at any one. Place begins, so also for emitters that emitter from 2,800 to 3,150 A (UV-B or mandrel, radiation), while the radiation below 2800 A (UV-C) is suppressed, or for emitters that delimit the emission in such a way that only the area above 2500 A is allowed through.

Jetzt ist es möglich, Gasentladungsstrahler mit Entladungsgefäßen aus Quarzglas mit filternden Zusätzen herzustellen, die auch mit großen Strahlungsintensitäten während sehr erheblicher Zeiten ohne wesentliche Verfärbungs- und Alterungserscheinungen betrieben werden können. Bemerkt sei auch, daß für medizinische Zwecke auf diese Weise Strahler hergestellt werden können, die beispielsweise die in hohem Maßre erythemerzeugende Strahlung des Gebietes um 2537 A unterdrücken, während sie vorzugsweise die Dornostrah.lung zwischen 2800 und 315o A .durchlassen, d. h. ohne die rötende Wirkung lediglich ein Pigment auf der Haut erzeugen. Auf dem Wege der Erfindung lassen sich also Entladungsgefäße für Hochleistungsstrahler mit solchen die Strahlung filternden Wirkung erzeugen, während bisher solche Wirkungen mit Hartgläsern bzw. mit UV-durchlässigen Gläsern lediglich mit vergleichsweise schwachen Intensitäten erzielt werden konnten.It is now possible to manufacture gas discharge lamps with discharge vessels made of quartz glass with filtering additives, which can also be operated with high radiation intensities for very considerable times without significant discoloration and aging phenomena. It should also be noted that radiators can be produced in this way for medical purposes which, for example, suppress the high erythema-producing radiation of the area around 2537 A, while preferably allowing the thorny radiation between 2800 and 315o A to pass through, i.e. without the reddening radiation Only produce a pigment on the skin. On the way of the invention, discharge vessels for high-power radiators with such a radiation-filtering effect can be produced, whereas up to now such effects could only be achieved with hard glasses or with UV-permeable glasses with comparatively weak intensities.

Für besondere Zwecke lassen sich in Entladungsgefäßen für Gasentladungsstrahler an Stelle einer äußeren Schicht aus dem mit Zusätzen versehenen optisch filternden Quarzglas auch mehrere Schichten aus Quarzgläsern mit verschiedenen optisch filternden Zusätzen anordnen, ohne daß von dem Cisundgedanken der Erfindung abgewichen. wird. Ebenso bleibt die Bedeutung der Erfindung auch bei Füllungen des Entladungsgefäßes mit anderen Stoffen als Quecksilber bestehen.For special purposes, gas discharge lamps can be used in discharge vessels instead of an outer layer of the optically filtering agent provided with additives Quartz glass also has several layers of quartz glasses with different optical filters Arrange additions without deviating from the basic concept of the invention. will. The importance of the invention also remains when the discharge vessel is filled with substances other than mercury.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Discharge vessel for the discharge lamp underneath Use of quartz glass with small amounts of additives that provide optical filtering cause, characterized in that the wall of the discharge vessel consists of two There are layers that are deformed according to known glass engineering processes and combined in heat, an outer layer of the one with additives provided, optically filtering quartz glass and one several tenths of a millimeter thick inner layer made of an etch-resistant quartz glass free of these additives.

2. Discharge vessel according to claim i, characterized in that the inner layer consists of a commercially available quartz glass that is as pure as possible.

3. Discharge vessel according to claim i, characterized in that the inner layer consists of, for example homogenized by mechanical stirring or by ultrasonic dispersion Quartz glass is made up of finely distributed impurities contains. Discharge vessel according to claim. i, characterized in that in place an outer layer made of the optically filtering quartz glass provided with additives several layers of nuarzgl, one on top of the other, with different optics filtering additives are provided. 5. discharge vessel according to claim i to 4, characterized in that the outer layer for use in sterilization lamps or the outer layers consist of quartz glass, the small amounts. from te.mpenaturbestierenden Oxides are added, which are important for germ killing spectral area in in the vicinity of 2540 A largely let through, but the spectral region that stimulates ozone formation largely hold back by 189o A. 6. Discharge vessel according to claim i to 4, characterized characterized in that the outer layer or layers are made of quartz glasses with additives that suppress the UV-C and preferably the dorno area let through. 7. Discharge vessel according to claim i to 4, characterized in that that the outer layer or the outer layers of quartz glasses with additives exist that suppress the area below 315o A. Considered publications: German Patent Nos. 604 486, 513 306, 632 435; German patent application H 35 VIIIc / 21 f (published on 30 B. 1951); U.S. Patent No. 2,295,626; British Patent No. 681 18o; Festschrift from W. C. Heraeus G. m. B. H. for the zoo year anniversary, 1951, pp. 337 to 354.