DE977152C

DE977152C - Ultraviolettstrahler

Info

Publication number: DE977152C
Application number: DEH35A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Mohn
Original assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Priority date: 1949-10-06
Filing date: 1949-10-06
Publication date: 1965-04-15

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. APRIL 1965

H 35 VIII c12i f

Ultraviolettstrahler

Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Ultraviolettstrahler stellen Sterilisationslampen dar. Sie finden in großem Maße in pharmazeutischen Fabriken — beispielsweise bei der Abfüllung von Penicillin — und in der Lebensmittelkonservierung Anwendung. Entladungslampen mit einer Hülle aus dem üblichen, reinen Quarzglas lassen sich hierbei nicht verwenden, weil sie außer der für die Keimtötung wirksamen Strahlung auch Strahlung durchlassen, die zur Ozonbildung in der Atmosphäre Anlaß gibt. Das Ozon belästigt die Arbeiter und ist in größeren Mengen gesundheitsschädlich; außerdem fördert es die Säuerung vieler Erzeugnisse.

Man benutzte deshalb bisher für derartige Zwecke Entladungslampen mit einer Hülle aus ultraviolettdurchlässigen Spezialgläsern, welche die Strahlung mit Wellenlängen unterhalb 2000 A weitgehend absorbieren, und ist dabei gezwungen, das Vielfache an Entladungslampen zu verwenden, das man unter den gleichen Bedingungen bei Quarzlampen benutzen müßte, weil die Durchlässigkeit der genannten Gläser gegenüber den für die Keimtötung wirksamen Strahlen oberhalb 2000 A nur einen Bruchteil der Durchlässigkeit des Quarzglases beträgt.

Bei dem vorliegenden Stand der Technik und der Anordnung der handelsüblichen Sterilisationslampen nahm der Fachmann als selbstverständlich den Nachteil der Schwächung der Ultraviolettstrahlung in dem bei der Anwendung von Quecksilberlampen zur Keimtötung erwünschten Spektralbereich in der Gegend von 2540 A hin, weil man

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eben mit den Gläsern, welche die die Ozoiibildung bewirkende Strahlung um 1890 A zurückhalten, zwangläufig eine Schwächung in dem nutzbaren Spektralbereich erhielt.
Es wurde nun gefunden, daß es sich hierbei um ein Vorurteil handelt, da sich die genannten Schwierigkeiten mit einfachen technischen Mitteln beheben lassen.

Bei dem Ultraviolettstrahler nach der Erfindung besteht die Hülle aus reinem Quarzglas, welches in der Größenordnung von 0,01 bis höchstens 0,1 % temperaturbeständige Oxyde von einem oder mehreren der Metalle Aluminium, Zink, Cadmium, Eisen, Zer, Titan, Zirkon, Thor, Wismut, Silber oder von Erdalkalimetallen enthält, welche die kurzwellige Ultraviolettstrahlung unterhalb 2000 A weitgehend absorbieren.

Als Zusätze geeignete Substanzen mit den geforderten spektralen Eigenschaften finden sich unter den verschiedenen Stoffgruppen, insbesondere bei homöopolaren Verbindungen. Dabei werden solche Verbindungen ausgewählt, die bei den Herstellungs- und Verarbeitungstemperaturen der Quarzglashülle beständig sind.

Bewährt haben sich Zusätze geringer Mengen \^ron Oxyden, insbesondere die genannten Oxyde. Zweckmäßig werden die genannten Oxyde ausgewählt, die keinen so stark basischen Charakter aufweisen wie etwa die Oxyde der Alkalimetalle, die leicht zu einer Entglasung des Quarzglases führen. Mit besonderem Vorteil werden die Oxyde in der Form in das Quarzglas eingebracht, daß man die Metalle als Lösungen — beispielsweise Chloride, Sulfate oder Nitrate — dem Ausgangsstoff für das Quarzglas, also beispielsweise dem Bergkristallpulver, beimischt und diese Mischung trocknet; bei dem Erschmelzen des Quarzglases zersetzen sich dann diese Zusätze, und bei Herstellung des Quarzglases unter oxydierenden Arbeitsbedingungen liegen dann die Metalle in dem Quarzglas als Oxyde vor.

Allgemein werden bei Ultraviolettstrahlern nach der Erfindung den Ausgangsstoffen für die Herstellung des Quarzglases die entsprechenden geringen Mengen solcher Verbindungen zugesetzt, die entweder selbst oder in Form ihrer bei der Herstellung des Quarzglases entstehenden Zersetzungsprodukte, die Ultraviolettstrahlen bei 1890 A absorbieren, oder die bei der Herstellung des Quarzglaskörpers so mit dem Siliziumdioxyd reagieren, daß sich Verbindungen mit den genannten Absorptionseigenschaften ergeben. Soweit die Verbindungen eine Schwächung des Ultraviolette auch in den für die Keimtötung erwünschten Spektralbereichen bewirken, werden die Zusätze so niedrig gehalten — oft nur in der Größenordnung von hundertstel Prozenten —, daß die Schwächung in diesen Absorptionsbereichen noch nicht wesentlich zur Auswirkung kommt.

So hat sich ein Zusatz von Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen, insbesondere Siliziumcarbid, bewährt. Die Carbide werden dem Quarzglas einverleibt, indem die Kieselsäure auf elektrischem Wege, beispielsweise im Kohlelichtbogen oder mit hocherhitzten Kohlewiderstandskörpern, geschmolzen wird. So entstehen bei dem Verfahren des Aufbauens von Quarzglaskörpern durch Verdampfen von Kieselsäure im Kohlelichtbogen Siliziumkarbide, die sich zusammen mit dem Siliziumdioxyd auf dem Kondensationskörper niederschlagen.

Ultraviolettstrahler nach der Erfindung mit einer Hülle aus Quarzglas, das die beschriebenen Zusätze enthält, haben sich in der Praxis hervorragend bewährt, indem die gewünschte Ultraviolettstrahlung im wesentlichen wie bei chemisch reinem Quarzglas durchgelassen, die für die Ozonbildung verantwortliche Ultraviolettstrahlung unterhalb 1900 A aber völlig zurückgehalten wird. Demgegenüber liegt die Absorption der wirksamen Strahlen bei ultraviolettdurchlässigen Spezialgläsern mindestens zwischen 50 und 70%. Die neuen Strahler lassen sich wegen der Ausschaltung der Ozonbildung auch in Fabrikationsräumen anwenden, wo sie — etwa in pharmazeutischen Fabriken, beispielsweise bei der Herstellung von Penicillin und in Anlagen der Lebensmittelkonservierung — in großer Zahl aufgestellt werden müssen. Man kommt dann mit dem halben bis vierten Teil der Lampeneinheiten aus wie bei den bisher benutzten Lampen mit Hüllen aus ultraviolettdurchlässigen Spezialgläsern. Dabei ist außerdem die Lebensdauer der neuen Lampen wegen der hohen Temperaturwechselbeständigkeit des Quarzglases wesentlich größer. Die ultraviolettdurchlässigen Spezialgläser altern stark, wobei das Durchlässigkeitsvermögen für die wirksame Ultraviolettstrahlung weiter sinkt.

Darüber hinaus hat die Erfindung aber auch Bedeutung bei Anwendungen, bei denen bisher Lampen mit Hüllen aus dem üblichen, reinen Quarzglas zwar benutzt, die Bildung des Ozons oft aber als sehr störend empfunden wurde. Hier ist beispielsweise auf therapeutische' Strahler hinzuweisen, die jetzt auch durch das die wirksamen Ultraviolettstrahlen gut durchlassende Quarzglas hergestellt werden können, ohne daß Ozonbildung zu beobachten ist; dies wird von vielen Kranken, denen der Ozongeruch lästig ist, sehr angenehm empfunden. Auch bei einer Füllung der Entladungslampe mit anderen Gasen oder Dämpfen als Quecksilber bleibt der große Fortschritt der Erfindung erhalten, indem durch die beschriebene Hülle bei den Ultraviolettstrahlern nach der Erfindung die Strahlung unterhalb 1900 A im Gegensatz zu der nutzbaren Strahlung oberhalb 2000 A praktisch völlig zurückgehalten wird.

In der Zeichnung ist eine Quarzlampe üblicher Bauart dargestellt, deren Hülle A aus einem Quarzlas mit einem geringen Zusatz von einem der obenenannten Oxyde besteht.

Claims

Patentansprüche:

i. Ultraviolettstrahler, insbesondere als Sterilisationslampe ausgebildeter Strahler, dessen Hülle die Strahlung in dem die Ozonbildung bewirkenden Spektralgebiet mit Wellenlängen

unterhalb 2000 A weitgehend absorbiert, für Strahlung mit Wellenlängen oberhalb 2000 A hingegen durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus reinem Quarzglas besteht, welches in der Größenordnung von 0,01 bis höchstens 0,1% temperaturbeständige Oxyde von einem oder mehreren der Metalle Aluminium, Zink, Cadmium, Eisen, Zer, Titan, Zirkon, Thor, Wismut, Silber oder von Erdalkalimetallen enthält, welche die kurzwellige Ultraviolettstrahlung unterhalb 2000 A weitgehend absorbieren.
2. Verfahren zur Herstellung des Quarzglases für die Hüllen der Ultraviolettstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Ausgangsstoff für die Herstellung des Quarzglases, beispielsweise dem Bergkristallpulver, die entsprechenden Mengen von Verbindungen zusetzt, deren bei der Herstellung der Quarzglaskörper entstehenden Zersetzungsprodukte das die Ozonbildung bewirkende Spektralgebiet weitgehend zurückhalten.
3. Verfahren zur Herstellung des Quarzglases für die Hüllen der Ultraviolettstrahler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man die entsprechenden Mengen löslicher Verbindungen der betreffenden Metalle, z. B. Chloride, Sulfate oder Nitrate, dem Ausgangsstoff für die Herstellung des Quarzglases, beispielsweise dem Bergkristallpulver, beimischt, die Mischung trocknet und die Verbindung beim Erschmelzen des Quarzglaskörpers entsprechend den oxydierenden Bedingungen in Oxyde überführt.
4. Verfahren zur Herstellung des Quarzglases für die Ultraviolettstrahler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Ausgangsstoff für die Herstellung des Quarzglases die entsprechenden Mengen von Verbindungen zusetzt, die bei der Herstellung des Quarzglases mit der Kieselsäure Verbindungen bilden, die das die Ozonbildung anregende Spektralgebiet weitgehend zurückhalten.
5. Verfahren zur Herstellung des Quarzglases für die Ultraviolettstrahler nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Quarzglas bei der Herstellung die entsprechenden Mengen von Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen, z. B. Siliziumkarbid, einverleibt, beispielsweise bei der Herstellung im Kohlelichtbogen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 263410, 445 592; USA.-Patentschriften Nr. 1 830 902, 2 362 385, 382 056, 2 469 410.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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