UV im elektromagnetischen Spektrum

Ultraviolett reaktive Druckfarben und Beschichtungen erfordern eine hochintensive Quelle ultravioletten Lichts, um eine chemische Reaktion auszulösen, die die Druckfarbe oder die Beschichtung fast augenblicklich härtet. Ultraviolettes Licht ist ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums, das von Radiowellen am langwelligen Ende bis zu Röntgen- und Gammastrahlen am kurzwelligen Ende reicht. Die Grafik zeigt, wie sich die ultravioletten Wellenlängen in das elektromagnetische Spektrum einfügen.

Wege zur Heilung und Lampenstile

Die für die Härtung von Druckfarben am besten geeigneten ultravioletten Wellenlängen liegen zwischen 200 und 400 Nanometern.

Es gibt verschiedene Lampentypen, die für die Erzeugung dieser Wellenlängen geeignet sind. Die wichtigsten sind Quecksilberhochdrucklampen, elektrodenlose Lampen und Mitteldruck-Quecksilberbogenlampen.

Die Hochdruck-Quecksilberdampflampe ist im Allgemeinen als Kapillarröhre konstruiert und benötigt einen Wassermantel, um die richtige Betriebstemperatur zu halten. Diese Lampen sind nur auf kurze Längen beschränkt, und die Lebensdauer der Lampe beträgt in der Regel weniger als 1.000 Stunden.

Die elektrodenlose Quecksilberdampflampe hat, wie ihr Name schon sagt, keine Elektroden. Ein Lichtbogen wird durch die Erzeugung von Mikrowellen erzeugt. Diese Lampentypen werden im Allgemeinen in zwei Standardlängen hergestellt, 6 Zoll und 10 Zoll.

Die bei weitem am häufigsten verwendete Lampe ist die Mitteldruck-Quecksilberdampflampe (MPMA-Lampe). Diese kann luft- oder wassergekühlt sein und in einer Vielzahl von Längen hergestellt werden. Einzelne Lampen mit einer Länge von zwei Metern sind keine Seltenheit, und die Lebensdauer von MPMA-Lampen kann mit weit über 1.000 Stunden veranschlagt werden.

Über Lampendesign

Der Lampenkörper besteht aus einem transparenten Quarzglasrohr mit verschiedenen Durchmessern und Wandstärken. Dieses Material, das als Quarz bezeichnet wird, hat wichtige Eigenschaften, die für den effizienten Betrieb eines Ultraviolettsystems unerlässlich sind. Es ist zu 90 % durchlässig für ultraviolettes Licht, während normales Glas nur die längeren, schwächeren Wellenlängen herausfiltert. Die Oberflächentemperatur einer Ultraviolettlampe liegt unter normalen Betriebsbedingungen zwischen 600°C und 800°C. Quarz ist in der Lage, diesen Temperaturen standzuhalten, da es eine sehr geringe Wärmeausdehnung und eine hohe Schmelztemperatur aufweist.

Die Elektroden, die den Hochspannungslichtbogen erzeugen, bestehen aus einem Wolframstab, der mit Wolframdraht umwickelt ist. Wolfram ist notwendig, um den internen Lichtbogentemperaturen von über 3000°C standzuhalten. Die Elektroden müssen sorgfältig entworfen werden, um einen effizienten, zuverlässigen Betrieb und eine lange Lebensdauer der Lampe zu gewährleisten. Die Parameter, die diese Konstruktion beeinflussen, sind äußerst komplex.

Aufgrund der extrem hohen Betriebstemperaturen und der geringen Ausdehnungseigenschaften des Quarzes ist die richtige Auswahl eines geeigneten Materials für die Verbindung der Elektrode im Inneren der Hülle mit der Stromversorgung an der Außenseite der Hülle äußerst wichtig.

Als Material wurde eine Molybdänfolie gewählt, die einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten hat und die für einen stabilen Lichtbogen erforderliche hohe Spannung aufnehmen kann.

Zusätzliche elektrische Verbindungen werden mit Hochtemperaturdraht hergestellt. Die elektrische Isolierung am Ende der Lampe kann durch die Verwendung einer Keramikendkappe erreicht werden.

Spektrale Leistung einer MPMA-Lampe

Wie bereits erwähnt, ist es für ein hocheffizientes System sehr wichtig, genau die Wellenlängen des ultravioletten Lichts zu finden, die für die Aushärtung von UV-Farben und -Beschichtungen geeignet sind.

MPMA-Lampen emittieren nicht nur ultraviolettes Licht, sondern auch sichtbares Licht und Wellenlängen im Infrarotspektrum. Tatsächlich geben alle Lampen etwa 20 % ultraviolettes Licht, 60 % infrarotes Licht und 20 % sichtbares Licht ab. Daher ist es wichtig, dass bei der Auswahl einer Lampe die Leistung im ultravioletten Spektrum genau untersucht wird: Die ultraviolette Spektralleistung wird manchmal grafisch dargestellt, wobei die proportionale Leistung bei den wichtigen ultravioletten Wellenlängen gezeigt wird. Ein Diagramm einer typischen Primarc MPMA-Lampe ist hier abgebildet.

Lebensdauer der Lampe

Mitteldruck-Quecksilberdampflampen fallen in der Regel nicht plötzlich aus, wie dies bei gewöhnlichen Haushaltsglühbirnen der Fall ist. Die Effizienz nimmt relativ langsam ab, bis nicht mehr genügend UV-Licht ausgestrahlt wird, um die Lampe effektiv zu härten. Dieser Rückgang wird in erster Linie durch die Verschlechterung der UV-Transparenz des Quarzmantels verursacht und hängt von einer Reihe von Faktoren ab: Kühlleistung der Lampe, Nennleistung, Stromstärke der Elektroden, Kühlleistung der Elektroden, Verschmutzung der Außenfläche der Lampe (Staub usw.) und Schaltfrequenz.

Bei richtiger Anwendung garantieren Primarc-UV-Härtungslampen eine hohe Aushärtungseffizienz für mindestens 1.500 Stunden, und bei richtiger Handhabung sind sie immer noch in der Lage, mindestens 80 % der ursprünglichen Leistung zu erbringen.