DE2609273C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungseinrichtung
für photobiologische Zwecke, insbesondere zur Bräunung
und zur Behandlung von Krankheiten.
Die DE-C-7 57 286 beschreibt ein Bräunungsgerät
mit Quecksilberdampfentladung, das die Linie von 313 nm
für besonders wesentlich hält und von der Grundvor
stellung ausgeht, daß sich bei vollkommener Unter
drückung der Strahlen unter 320 nm keine befriedigende
Hautbräunung erzielen läßt.
Nach der DE-C-8 86 497 ist es zwar bekannt, zur Hautbräunung
ohne Erythembildung eine Quecksilberdampfhochdrucklampe
zu verwenden, wobei durch Vorschalten
eines Filters die Strahlung unterhalb 320 nm weit
gehend unterdrückt ist.
Gegenstand der DE-C-8 53 620 ist ein Bräunungsgerät, das
einen Quecksilberdampfhochdruckstrahler verwendet, wobei
durch Filter die Strahlung der Quecksilberlinien
313, 302, 297, 292, 289 und 280 nm ganz oder weitgehend
bis auf etwa 1/40 bis 1/80 ihres ursprünglichen
Wertes abgefiltert wird. Abgefiltert werden ferner auf
einen Bruchteil ihrer Intensität die Linien bei 546,
577 und 579 nm. Der Strahler ist hierbei im Innern
eines Reflektors angeordnet.
Durch die DE-OS-21 52 933 ist ein Bestrahlungsgerät mit
einer Mischdampflampe bekannt, die eine Quecksilber-
und Metallhalogenidfüllung, vorzugsweise Zinnjodid, besitzt,
wobei das Verhältnis der UV-A- und UV-B-
Strahlung einstellbar ist.
Die DE-OS 19 00 765 beschreibt einen Quecksilberdampf
hochdruckstrahler mit einem Zusatz von Eisenhalogenid
und Zinnhalogenid.
Die viele Jahrzehnte strittige Frage, ob zur Hautbräunung
auch UV-B-Strahlung notwendig sei, wurde
1974 in einem Fachgespräch diskutiert, an dem Ärzte,
Biologen, Physiker und Solarienhersteller teilnahmen
(vgl. "Schwimmbad & Sauna" Heft 23, Juli/August 1974).
Man gelangte hier bei zu dem Ergebnis, daß neben der
UV-A-Strahlung ein gewisser Mindestanteil an UV-B-Strahlung
zur Bräunung notwendig ist.
In der Dissertation "Über photobiologische und psycho-
physische Gesichtspunkte für Beleuchtungsanlagen und
Solarien" (TU Berlin 1975) kam Steck zu dem Ergebnis,
daß es nahezu unmöglich ist, Solarien zu bauen, die
innerhalb einer Bestrahlungszeit von 15 Minuten eine
direkte Pigmentierung der Haut (d. h. eine Bräunung
ohne vorhergehendes Erythem) erzeugen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
kostengünstig herstellbare Bestrahlungseinrichtung für
photobiologische Zwecke zu schaffen, die in kurzer Zeit
eine Bräunung ohne Erythem bewirkt und die auch vorteilhaft
zur Behandlung von Krankheiten verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
Wird die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit Eisen-
oder Galiumjodid dotiert, so ergibt sich im Bereich
von 320 bis 450 nm eine besonders hohe Intensität
der Strahlung.
Der aus glanzeloxiertem Aluminium hergestellte
Reflektor erhöht die Strahlungsausbeute im Bereich von
320 bis 450 nm.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
sind Gegenstand Unteransprüche. Ein sehr einfacher
Ultraviolett-Kantenfilter läßt sich aus handelsüblichem Spiegelglas
herstellen.
Wenn keine zu hohen Temperaturen auftreten, kann als Ultraviolett-Filter
auch Polyester Verwendung finden, entweder in Platten oder in Folien.
Wenn Polyesterfolie direkt auf den Lampenkolben der Leuchtstofflampe
aufgebracht wird, ist die Gewähr gegeben, daß aus der Lampe keine
Strahlen unterhalb von 320 nm austreten.
Die Strahlungsbelastung im sichtbaren Bereich oberhalb von 450 nm,
läßt sich durch Verwendung von Farbfiltern (vorzugsweise Blauviolettfilter)
erreichen.
Dieser Filter kann entweder aus Glas, aus Quarz oder aus Kunststoff
bestehen, in dem fein verteilte Schwermetalloxyde z. B. Kobalt-, Nickel-,
Eisenoxyd gelöst oder auf der Oberfläche aufgebracht sind.
Zweckmäßigerweise wird aus dem Blauviolettglas ein Farbfilterkolben
gefertigt, der über den Brennerkolben der Hochdrucklampe geschoben
werden kann und gleichzeitig als Schutzrohr für das empfindliche Brennerrohr
aus Quarz dient.
Wenn der Quarzschmelze Kobaltoxyd beigegeben wird, kann das Brennerrohr
gleichzeitig als Blauviolettfilter dienen, wobei bei entsprechender
Bemessung der Zuschlagsmenge auch eine Ultraviolett-Filterwirkung im
Bereich unterhalb 320 nm erzielt werden kann.
In den Strahlengang zwischen Ultraviolett-Strahlenquelle und
Bestrahlungs-Objekt wird zweckmäßig ein Infrarotfilter eingeschaltet, der entweder
als Absorptions- oder Reflexionsfilter wirken kann.
Die einfachste Lösung dieser Art ist es, ein handelsübliches Wärme
absorptionsglas als Infrarotfilter zu verwenden.
An Stelle der maximal erforderlichen 3 Filtertypen, kann auch ein
einziges Filter die drei Funktionen erfüllen, wenn z. B. der Spiegelglasschmelze
die entsprechenden Zuschlagstoffe für die Farbfilterung
und/oder Infrarotfilterung in entsprechenden Mengen beigegeben
werden. Das Gleiche gilt, wenn an Stelle der Spiegelglasschmelze
eine Quarzschmelze verwendet wird, oder die Filtermaterialien
in Kunststoff fein verteilt oder auf der Oberfläche aufgebracht werden.
Zur Kühlung der Gehäuses befinden sich in diesem Lüftungsöffnungen,
die mit Abschirmblechen versehen sind, damit keine ungefilterten
Strahlen aus dem Gehäuse austreten können.
Die Anordnung dieser Zu- und Abluftöffnungen wird zweckmäßigerweise
so vorgenommen, daß die Strahlenquelle, das Gehäuse und
die Filter ausreichend gekühlt werden.
Wenn der Zwischenraum zwischen dem Brennerkolben und dem Schutzkolben
evakuiert wird, läßt sich der Temperaturbereich des Brennerkolbens
optimal durch die dabei auftretende Konvektionskühlung regeln.
Der Raum zwischen Brennerkolben und Schutzkolben kann jedoch auch
durch durchströmende Luft, die vorzugsweise vom vorher beschriebenen
Lüfter ausgeht, gekühlt werden. Diese Luftkühlung kann gegebenenfalls
durch eine entsprechend angeordnete Wasserkühlung unterstützt werden,
oder diese ersetzen. Dabei ist darauf zu achten, daß die Flüssigkeitskühlung
nicht direkt am Brennerkolben erfolgt, da dieser z. B. bei der
Quecksilberdampf-Hochdrucklampe Temperaturbereiche von 700-900 °C
aufweisen muß.
Als besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Bestrahlungseinrichtung
zeigen sich:
Vermeidung von Konjunktivitis und Erythem durch die Ausfilterung der Strahlen unterhalb 320 nm, die außerdem in der einschlägigen Literatur auch als die Strahlen angesehen werden, die kanzerogene Wirkung haben.
Vermeidung von Konjunktivitis und Erythem durch die Ausfilterung der Strahlen unterhalb 320 nm, die außerdem in der einschlägigen Literatur auch als die Strahlen angesehen werden, die kanzerogene Wirkung haben.
Durch das Ausfiltern der Infrarotstrahlung wird die Wärmebelastung
des Bestrahlungsobjektes erheblich herabgesetzt, so daß auch bei sehr
intensiven Bestrahlungen z. B. kein Wärmeerythem hervorgerufen wird.
Bei einer pigmentierungwirksamen Bestrahlungsstärke von ca. 150 W/m²
ergäbe sich eine gesamt Bestrahlungsbelastung von ca. 2500 W/m²,
wenn die Infrarotanteile und die Anteile des sichtbaren Lichtes nicht ausgefiltert
würden. Wenn diese ausgefiltert sind, verringert sich dieser
Wert um ca. 80%.
Durch den Blauviolettfilter wird die Leuchtdichte der Lichtquelle so erheblich
herabgesetzt, daß diese im Normalfalle keine nachhaltige Blenderscheinungen
mehr hervorrufen kann.
Aus dem handelsüblichen Spiegelglas hergestellte Ultraviolett-Kantenfilter
sind außergewöhnlich preisgünstig. Das gleiche gilt für Filter aus
Polyester. Wenn der Farbfilter als Blauviolett-Glasrohr Verwendung
findet, so ergibt dies eine erhebliche Kostenverbilligung gegenüber
ebenen Blauviolett-Filtergläsern.
Fig. 1 zeigt 3 photobiologische Wirkungskurven.
Fig. 2 zeigt den spektralen Verlauf des Transmissionsgrades einer
Filtervorrichtung.
Fig. 3 zeigt den spektralen Strahlungsfluß einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe
mit Filtervorrichtung.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Bestrahlungseinrichtung.
In Fig. 1 ist die Konjunktivitis-Empfindlichkeit (1), die Erythem-Empfindlichkeit (2)
und die Spektralwirkungskurve der direkten Pigmentierung (3)
im relativen Maßstab dargestellt.
Das Maximum für die Empfindlichkeit der Photo-Konjunktivitis liegt
bei ca. 260 nm, wobei der Dosisschwellenwert, bezogen auf diese Wellenlänge,
etwa 50 Ws/m² beträgt.
Das Maximum der Erythem-Empfindlichkeit liegt bei ca. 297 nm, 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 (4) einer
Filtervorrichtung dargestellt, die aus einem Ultraviolett-Kantenfilter
(Spiegelglas 5 mm) 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 Metalljodidzusätzen mit der in Fig. 2 erwähnten Filtervorrichtung
als unstetige Kurve (5) in relativem Maßstab dargestellt.
Die Messungen erfolgten jeweils mit einer Bandbreite von 10 nm.
In Fig. 4 wird ein Ausführungsbeispiel einer Bestrahlungseinrichtung
mit einer Ultraviolett-Strahlenquelle (7), die mit einem Schutzrohr
(8) umgeben ist, das zweckmäßigerweise als Filterglasrohr ausgeführt
ist, dargestellt. Der mit (9) bezeichnete Zwischenraum zwischen Brenner
und Schutzrohr kann aus thermischen Gründen evtl. evakuiert werden.
Die Innenseite des Gehäuses 10 dient als Reflektor. Die Wärme
absorptionsscheibe 11 und der Rest-Ultraviolett-Absorber 12 werden
durch den Rahmen 13 gehalten. Der Lüftermotor 14 mit seinen
Lüfterflügeln 15 saugt die Luft durch den Einlaßstutzen 16 an,
drückt sie an der Lampe vorbei, so daß die Abluft durch die Öffnungen
17 a und 17 b entweichen kann. Die Abschirmbleche 18 a und 18 b
verhindern das Nachaußendringen der ungefilterten Strahlen. Der vorzugsweise
beidseitig angebrachte Bügel 19 erlaubt es, das Lampengehäuse
10 in einem bestimmten Bereich zu schwenken. Die Bügel
sind am Vorschaltgerät-Gehäuse 20 befestigt, dessen Bodenblech
21das Zündgerät 22 und die Drossel 23 trägt.
Wenn eine 2000 W Quecksilberdampflampe mit Metalljodidzusätzen als
Strahlenquelle verwendet wird, 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 um ein Erhebliches herabzusetzen.
Als Wärmeschutzfilter bietet sich an, ein handelsübliches Wärmeabsorptionsglas
zu verwenden, das im Bereich von 800 nm bis ins langwellige
Infrarot hinein einen Transmissionsgrad von nur etwa 6% hat. Evtl.
Reste von Ultraviolettstrahlungen, die kürzerwellig als 320 nm sind,
lassen sich durch Ultraviolett-Kantenfilter beseitigen.
Wenn eine derartige Bestrahlungseinrichtung verwendet wird, so ergeben
sich pigmentierungswirksame Bestrahlungsstärken, die in der
Größenordnung von über 150 W/m² liegen. Daraus ergibt
sich, daß nach einer Bestrahlungszeit von ca. 10 Minuten bereits der
Schwellenwert für die Direktbräunung erreicht wird.
Die gesamte Bestrahlungstärke, wenn die Bestrahlungseinrichtung
mit einem entsprechend dimensionierten Entlüfter versehen
ist, beträgt dann ca. 500 W/m².
Die Erythemschwelle würde rein rechnerisch nach ca. 7 Stunden erreicht
werden, ein Wert der sich praktisch nicht nachprüfen läßt.
Claims (13)
1. Bestrahlungseinrichtung für photobiologische Zwecke,
insbesondere zur Bräunung, enthaltend
- a) eine Ultraviolett-Strahlenquelle, die durch eine mit Zusätzen von Galliumjodid und Eisenjodid versehene Quecksilberdampf-Hochdrucklampe gebildet wird,
- b) einen die Erythem erzeugende Strahlung mit einer Wellenlänge unter 320 nm unterdrückenden Ultraviolett-Kantenfilter sowie einen die Strahlung mit einer Wellenlänge über 450 nm im sichtbaren Bereich weitgehend unterdrückenden Filter,
- c) ein die Ultraviolett-Strahlenquelle aufnehmendes, den Reflektor bildendes Gehäuse aus glanzeloxiertem Aluminium,
- d) einen das Gehäuse und die Ultraviolett-Strahlenquelle kühlenden Lüfter,
- e) wobei die pigmentierungswirksame Bestrahlungsstärke mindestens 150 W/m² beträgt.
2. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein die Strahlung mit einer Wellenlänge
über 800 nm weitgehend unterdrückender Infrarotfilter
(11) vorgesehen ist.
3. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ultraviolett-Kantenfilter aus
handelsüblichem Spiegelglas (Floatglas)
besteht.
4. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ultraviolett-Kantenfilter aus
Polyestermaterial in Platten- oder Folienform besteht.
5. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Polyesterfolie direkt auf die
Lampenoberfläche aufgebracht ist.
6. Bestrahlungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der die Strahlung mit einer Wellenlänge
über 450 nm im sichtbaren Bereich weitgehend
unterdrückende Filter aus Glas, Kunststoff oder Quarz
besteht, in dem fein verteilte Schwermetalloxyde
(z. B. Kobalt, Nickel, Eisenoxyd) gelöst oder auf der
Oberfläche aufgebracht sind.
7. Bestrahlungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennerkolben (7) der Ultraviolett-
Strahlenquelle mit einem Farbfilterkolben (8) abgedeckt ist.
8. Bestrahlungseinrichtung nach wenigstens einem der Anspruch 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Brennerkolben (7) der Ultraviolett-
Strahlenquelle als Farbfilterkolben ausgebildet
ist und aus Quarz besteht, in dem Kobaltoxyd in
feiner Verteilung gelöst ist.
9. Bestrahlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Infrarotfilter durch ein
Wärmeabsorptions- und/oder Wärmereflexionsfilter,
vorzugsweise durch ein handelsübliches Wärmeabsorptionsglas,
gebildet wird.
10. Bestrahlungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter vorgesehen ist,
der zugleich die Funktion der Ultraviolett-Kantenfilters,
des die Strahlung mit einer Wellenlänge über
450 nm unterdrückenden Farbfilters und/oder des
Infrarotfilters erfüllt.
11. Bestrahlungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß im vorderen Bereich des Gehäuses
(10) Luftdurchtrittsöffnungen (17 a, 17 b) vorgesehen
sind, wobei im Bereich dieser Luftdurchtrittsöffnungen
Abschirmbleche (18 a, 18 b) zur Verhinderung eines Austritts
ungefilterter Strahlen angeordnet sind.
12. Bestrahlungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Brennerkolben (7) der Ultraviolett-
Strahlenquelle von einem vorzugsweise als
Filterglasrohr ausgebildeten Schutzrohr (8) umgeben
ist, wobei der Raum Brennerkolben (7) und
Schutzrohr (8) evakuiert ist.
13. Bestrahlungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Brennerkolben (7) der
Ultraviolett-Strahlenquelle von einem vorzugsweise als
Filterglasrohr ausgebildeten Schutzrohr (8) umgeben
ist, wobei der Raum zwischen Brennerkolben (7) und
Schutzrohr (8) von einem durch Wasser oder Luft gebildeten
Kühlmittel durchströmt ist.
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