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Die Irfindung betrifft eine Spektrallampe mit den im Oberbegriff
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de Hauptanspruchs genannten Merkmalen, die Eisen(II)-halogenid zum
Anregen des Eisenlinienspektrums enthält.
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Nach der DT-OS 23 63 843 ist eine Eisenspektrallampe bekannt, bei
der neben einem die Zündung erleichternden Edelgas Eisenjodid (FeJ2) und Wasserstoff
in das Entladungsgefäß eingegeben ist. Um ein Herausdiffundieren des Wasserstoffes
aus dem Entladungsgefäß während des Betriebs zu vermeiden, ist auch im Außenkolben
der Lampe Wasserstoff vorhanden, wobei die Wasserstoff-Partialdrücke im Entladungsgefäß
und im Außenkolben bei Betriebstemperatur gleich sein sollen. Zur Verhinderung von
elektrischen Durchschlägen im Außenkolben, weist dieser noch ein Löschgas auf, vorzugsweise
Stickstoff. Aufgrund des Wasserstoffanteils in der Füllung ist das Entladungsgefäß
nicht beliebig minimal zu gestalten; Abmessungen bestimmter Größe müssen eingehalten
werden, um ein Herausdiffundieren des Wasserstoffes zu erschweren. Die relativ großen
Abmessungen von Entladungsgefäß und Außenkolben machen natürlich die Verwendung
unhandlich im Vergleich zu Lampen der üblichen Spektrallampenserie (Quecksilber-,
Natrium-, Cadmum-Spektrallampen etc.), die in ihren Abmessungen aufeinander abgestimmt
sind. Gegenüber den sonst bekannten Vorrichtungen, die zur Anregung des Eisenlinienspektrums
verwendet werden, stellt diese Eisenspektrallampe bereits einen gewissen Fortschritt
dar. Sie bildet ein abgeschlossenes System, ähnlich wie die Hohlkathodenlanpen,
besitzt jenen gegenüber aber eine größere Linienintensität. Diese kommt jedoch nicht
an die des offenen Eisenbogens heran.
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Bei den Hohlkathodenlampen wird das Eisenspektrum mit Hilfe einer
Glimnrentladung erzeugt, die an einer hohlförmigen Kathode aus Eisenmaterial ansetzt.
Die Spektrallinien sind äußerst scharf, aber nur von eringer Intensität, so daß
lange Belichtungszeiten zum Aufnehmen des Spektrums notwendig sind. Neben dem gewünschten
Bogenspektrum tritt bei einer solchen Niederdruckentladung noch das sogenannte Funkenspektrum
auf, das eine schnelle Orientierung im Linienspektrum stark erschwert. Beim offenen
Eisenbogen fällt dieser Nachteil weg, es wird ein reines Bogenspektrum abgegeben.
Dieses ist auch sehr kräftig in der Intensität, was kürzere Belichtungszeiten ermöglicht.
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Von Nachteil beim offenen Eisenbogen ist aber die umständliche Handhabung
und,
da im offenen Raum gearbeitet wird, auch die relativ unsaubere Arbeitsweise.
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Es ist auch ein UV-Strahler (DT-PS 18 Ol 834), der für therapeutische
und kosmetische Zwecke bzw. für die Verwendung im grafischen Gewerbe vorgesehen
ist, bekannt, dem eine Quecksilberdampf-Hochdruckentladung zugrundeliegt und der
außer einem Edelgas als Zündgas noch einen Zusatz zur Füllung von Eisen- und/oder
Manganhalogenid enthält; zum Beispiel soll 0,01 bis 1 mg/cm³ metallisches Eisen
und eine zum Eisen(II)-halogenid äquivalente Menge an Halogen (Jod) enthalten sein.
Da dieser Strahler auf einen völlig anderen Verwendungszweck ausgerichtet ist, liegt,
abgesehen von der Dosiermenge des Eisen(II)-halogenids, eine Ausführung vor, die
eine Verwendung als kompakte Spektrallampe ungeeignet macht. Auch bei dem im Ausführungsbeispiel
genannten 400 Watt-Strahler ergäbe eine Verkleinerung des Entladungsgefäßes keine
stabil betreibbare Spektrallampe. Es würde die Wiederzündung nach den jeweiligen
Nulldurchgängen der Wechselspannungsversorgung Schwierigkeiten machen und die lebensdauer
dieser Lampen wäre unzureichend.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spektrallampe zur Erzeugung
des Eisenlinienspektrums - nur Spektrum des Eisenbogens -zu schaffen, die kompakte
Abmessungen aufweist und für eine normale Betriebsweise (mit üblicher Vorschaltdrossel)
geeignet ist. Die Lampe soll einfach in der Handhabung sein, schnell einsatzbereit
sowie gegen andere Spektrallampen der üblichen Spektrallampenserie austauschbar
sein. Gegenüber den bekannten Eisenspektrallampen ist eine höhere Intensität der
Spektrallinien gewünscht.
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Die Spektrallampe mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas, das an
den Enden eingeschmolzene Elektroden aufweist und von einem für UV-Strahlung durchlässigen
Außenkolben umgeben ist und das als Füllung neben einem Edelgas als Zündgas Eisen(II)-halogenid
zum Anregen des Eisenlinienspektrums enthält, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß in der Füllung auch ein zur Entladung beitragender Anteil an Quecksilber enthalten
ist und die Abmessungen des Entladungsgefäßes klein gehalten sind, das heißt, daß
der Elektrodenabstand weniger als 22 mm beträgt, wobei das Verhältnis zum Innendurchmesser
des Entladungsgefäßes kleiner als 3,0 und größer als 1,2 ist, und daß die Elektroden
als Hohlelektroden ausgebildet sind.
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Das Quecksilber, das in einer Menge von 1,0 bis 2,5 mg/cm³ im Entladungsgefäß
enthalten ist und mit zur Entladung beiträgt, ergibt die charakteristischen Quecksilberlinien
im Spektrum, die bekanntlich sehr intensiv sind. Diese Quecksilberlinien ermöglichen
eine Schnellorientierung in dem sehr linienreichen Spektrum des Eisens (über Bereich
von 200 bis 700 nm). Da eine Hochdruckentladung stattfindet, kommt nur das sogenannte
Bogenspektrum; das störende Eisen-Funkenspektrum tritt nicht auf. Die zur Bildung
des Eisen(II)-halogenids im Entladungsgefäß enthaltene Menge an metallischem Eisen
kann 0,03 bis 3 mg/cm³ betragen. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Menge von
0,08 bis 0,13 mg/cm³ erwiesen.
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Das Halogen ist in einer zur Bildung des Eisen(II)-halogenids äquivalenten
Menge vorhanden; vorzugsweise ist Jod verwendet. Durch die Äquivalentdosierung wird
eine hohe Konstanz der Intensitätsverhältnisse der Linien während der Lebensdauer
erreicht. Die Größe des Entladungsgefäßes soll so gewählt sein, daß die Lampe mit
umgebenden Hüllkolben an die übliche Spektrallampenserie angepaßt ist.
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Dies kommt auch einer anderen Forderung entgegen, nämlich, daß eine
bestimmte hohe Wandbelastung vorliegen soll, bei der eine vollständige Verdampfung
des Eisen(II)-halogenids erfolgt; bei einem hohen Eisenhalogenid-Dampfdruck ergibt
sich eine intensive Eisenstrahlung. Die Wandbelastung sollte bei 6 bis 12 Vatt/cm²
liegen. Es hat sich eine Entladungsgefäßgröße bewährt, bei der der Elektrodenabstand
etwa 17 mm beträgt und ein Verhältnis zum Innendurchmesser des Entladungsgefäßes
von 1,5 bis 1,7 gegeben ist. Ein solches Entladungsgefäß läßt sich nicht mit den
in üblicher Weise gewickelten Elektroden (bei diesen ragt der Elektrodenstab über
die auf geschobene Wendel hinaus, in Bildung einer sogenannten Elektrodenspitze)
stabil betreiben; auch die erreichten Lebensdauern sind unzureichend. Als vorteilhaft
haben sich sogenannte Hohlelektroden herausgestellt, dis vorzugsweise durch - nur
mit einem Teil ihrer Windungen - auf einen Kernstift aufgeschobene Vendeln gebildet
sind.
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Als günstig hat sich erwiesen, die Vendeln etwa bis zur Hälfte ihrer
Länge auf die Kernstifte aufzubringen. Durch die hohlförmigen Elektroden ist ein
gewisser Wärmestau erreicht, durch den sich gegenüber einem Betrieb mit üblichen
Elektroden verbesserte Zünd- und Betriebseigenschaften ergeben. Die Viederzündspitzen
nach den jeweiligen Nulldurchgängen der Wechselstromversorgung sind wesentlich kleiner,
und es kann sich ein stabil brennender Bogen ausbilden. Der
Bogenansatz
liegt jeweils in der Höhlung der Wendel, wodurch eine Zerstäubung weitestgehend
unterbunden ist. Als Material sowohl für die Kernstifte als auch für die aufgeschobenen
Wendeln ist vorteilhaft reines Wolfram verwendet. Um den1 in der Lampe stattfindenden
Kreisprozeß nicht zu beeinflussen und um störende Linien zu vermeiden, weist das
Elektrodenmaterial keine die Emission fördernden Zusätze auf bzw. es sind auch keine
solchen Zusatze auf den Elektroden aufgebracht. Durch die kleinen Gefäßabmessungen
ist auch die Form der Elektrodenräume kritisch. Sie müssen gerade so weit sein,
daß keine unzulässig hohen Wiederzündspitzen während der Anlaufphase auftreten,
aber so schmal, daß die Wandtemperatur für die Verdampfung des Eisen(II)-halogenids
hoch genug ist. Es haben sich paraboloidförmige Elektrodenräume bewährt. Die Enden
des Entladungsgefäßes können dann ohne wärmereflektierende Beläge sein. Der das
Entladungsgefäß umgebende Außenkolben ist ohne Schutzgas; er ist lediglich evakuiert.
Der Brenner könnte, im Gegensatz zu der bekannten Eisenspektrallampe mit Eisenjodid
und Wasserstoff, auch ohne Außenkolben betrieben werden. Ein Außenkolben bietet
jedoch eine einfachere Handhabung; die Abmessungen sind der üblichen Spektrallampenserie
angepaßt und am unteren Ende ist ein sogenannter Pico9-Sockel angebracht (dieser
weist mehrere Steckerstifte auf).
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Der Betrieb der Spektrallampe erfolgt an 220 Volt-Netzspannung und
als Vorschaltgerat ist eine normale Drossel eingesetzt. Zur Zündung der Lampe dient
ein herkömmliches, Spannungsspitzen in Höhe von 3 bis 4,5 Kilovolt erzeugendes Zündgerät
oder ein sogenannter Starter.
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Die Erfindung ist anhand eines in den folgenden Figuren wiedergegebenen
Ausführungsbeispiels veranschaulicht: Figur 1 zeigt eine Spektrallampe in der Seitenansicht.
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Figur 2 ist die Ansicht einer der Elektroden der Lampe, teilweise
im Schnitt wiedergegeben.
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Die in Figur 1 dargestellte Spektrallampe 1 - etwa in natürlicher
Größe wiedergegeben - besteht aus einem Entladungsgefäß (Brenner) 2 aus Quarzglas,
das von einem Außenkolben 3, vorzugsweise aus UV-durchlässigem Hartglas, umgeben
ist. In den Brenner 2 sind an den Quetschenden 4, 5 die Elektroden 6 und 7 eingeschmolzen.
Die Abdichtung
erfolgt über Molybdänfolien 8, 9. Der Brenner 2
ist von dem Gestellaufbau 10 gehaltert. Der Seitenstab 11 dient gleichzeitig als
Stromzuführung für die obere Elektrode 7 über die Leiterverbindung 12. Die Stromzuführung
der unteren Elektrode 6 erfolgt über eine Litze 13. Beim Außenkolben 3, der vorteilhaft
gepumpt ist, ist die Kolbenkuppe 14 innen mit einem Getterspiegel versehen.
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Am unteren Ende trägt der Außenkolben 3 einen sogenannten Pico9-Sockel
15. Dieser ist mit den Steckerstiften 16 versehen, wobei über zwei der Steckerstifte
16 die Stromzuführung erfolgt. Der Elektrodenabstand d im Entladungsgefäß 2 beträgt
17 mm und es ist ein Verhältnis zum Innendurchmesser des Entladungsgefäßes1 dieser
beträgt 10,5 mm, von 1,6 gegeben. Die Elektroden 6, 7 sind als Hohlelektroden ausgebildet
(in Figur 2 näher erläutert) und die Form der Elektrodenräume ist paraboloidförmig.
Der Brenner 2, der ein Volumen von 2,1 cm3 aufweist, enthält Quecksilber (Hg) in
einer Menge von 2,2 mg. Jodid (J) ist durch die Eingabe von Quecksilberjodid (HgJ2)
enthalten; die Dosiermenge beträgt 1,6 mg. Außerdem ist metallisches Eisen (Fe),
zum Beispiel als Eisenspan, in einer Menge von 0,2 mg beigegeben. Als Zündgas ist
Argon verwendet, das einen Druck von 30 Torr aufweist. Beim Einbrennen des Entladungsgefäßes
bildet sich Eisen(II)-jodid (FeJ2), das im Betrieb der Lampe dissoziiert; es kommt
zur Aussendung der Eisenspektrallinien. Gleichzeitig treten auch die relativ kräftigen
Quecksilberspektrallinien auf, die eine schnelle Orientierung im Viellinienspektrum
des Eisens ermöglichen. Die Spektrallampe hat eine Leistungsaufnahme von etwa 70
Watt und kann zum Beispiel über eine auf eine 125 Watt-Quecksilberdampf-Hochdrucklampe
abgestimmte Drossel ar 220 Volt-Netz betrieben werden. Zur Zündung kann ein mit
einem Glimmzünder aI:sgestatteter Starter verwendet werden.
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In Figur 2 ist eine der beiden Hohlelektroden 6, 7, die ii Brennergefäß
der Spektrallampe eingeschmolzen sind, vergrößert gezeigt. Auf einen Kernstift 17
aus Wolfram ist eine mehrere Windungen aufweisende Wendel 18 aus Wolfram aufgeschoben.
Da die Wendel 18 nur etwa bis zur Hälfte ihrer Länge auf den Kernstift 17 aufgebracht
ist, wird ein Hohlraum 19 gebildet, in dem der Entladungsbogen ansetzen kann. Bei
dieser Anordnung wird verhindert, daß von der Elektrodenwendel
18
abstäubendes Material an die Wände des Brenners gelangt.
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Es kann sich ein stabil brennender Bogen ausbilden. Das für die Elektroden
6, 7 Verwendung findendo Wolfram enthält keine die Emission fördernden Zusätze;
es sind auch keine solchen Zusitze auf die Teile 17, 18 aufgebracht.
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Die erfindungsgemaße Eisenspektrallampe kann als direkter Ersatz für
den offenen Eisenbogen hergenommen werden. Das abgegebene Eisenbogcnspektrum ist
intensiv und ein stabil brennender Entladungsbogen schafft reproduzierbare Intensitätsverhältnisse;
die Lampe ist ein ausgezeichnetes Eichnormal. Durch die gleichzeitig auftretenden
Quecksilberlinien ist eine Schnellorientierungshilfe gegeben. Die Spektrallampe
ist aufgrund ihrer kompakten Abmessungen handlich und erlaubt einen schnellen Einsatz,
nicht zuletzt auch wegen ihrer einfachen Betriebsweise. Diese Eisenspektrallampe
ist gegen eine große Anzahl anderer, aufeinander abgestimmter Spektrallampen austauschbar.