Tinten und Beschichtungen, die auf ultraviolette Strahlung reagieren, benötigen eine Quelle ultravioletten Lichts von hoher Intensität, um eine chemische Reaktion zu starten, durch die die Tinte oder die Beschichtung fast sofort ausgehärtet wird. Ultraviolettes Licht ist ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums mit Radiowellen am langwelligen und Röntgen- und Gammastrahlen am kurzwelligen Ende des Spektrums.  

Die nachstehende Grafik zeigt den Aufbau der ultravioletten Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum.  

Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, Ultraviolett, Infrarot, Mikrowellen, Radiowellen

Die zum Aushärten von Druckfarben am besten geeigneten ultravioletten Wellenlängen sind die zwischen 200 und 400 Nanometer.  

Es gibt verschiedene Typen von Lampen, die diese Wellenlängen erzeugen, wobei die wichtigsten die Hochdruckquecksilberbogenlampen, die elektrodenlosen Lampen und die Mitteldruckquecksilberbogenlampen sind.  

Die Hochdruckquecksilberbogenlampe wird normalerweise als eine Art Kapillarröhre hergestellt und erfordert eine Wasserkühlung für die gleichbleibend richtige Betriebstemperatur. Bei diesen Lampen handelt es sich lediglich um Lampen kurzer Längen und die Lampenlebensdauer liegt normalerweise bei unterhalb von 1000 Std.  

Die elektrodenlose Lampe hat, wie der Name nahelegt, keine Elektroden. Ein Bogen wird durch die Erzeugung von Mikrowellen gebildet. Diese Lampentypen werden normalerweise in zwei Standardlängen hergestellt: 15,24 cm (6 Inch) oder 25,4 cm (10 Inch).  

Die am weitesten verbreitete Lampe ist die Mitteldruckquecksilberlampe. Sie ist entweder  luft- oder wassergekühlt und kann in ganz unterschiedlichen Längen produziert werden. UV Lampen von 3,5 m sind nicht ungewöhnlich und die Betriebsstundenlebensdauer einer Mitteldruckquecksilberlampe liegt bei weit über 1.000 Stunden.

Typischer Aufbau einer Mitteldruckquecksilberlampe

Der Hauptkörper der Lampe wird aus geschmolzenem Quarzglas hergestellt. Hierbei handelt es sich um abgebautes Material, das soweit gereinigt und veredelt wird, dass es nur eine Verunreinigung von weniger als 50 Teilen pro Million und OH (water born in solids) von weniger als 5 Teilen pro Million hat. Das von uns eingesetzte Quarz hat typischer Weise weniger als 3 Teile pro Million.  

Quarz verfügt über einige wesentliche Eigenschaften für die UV Lampenherstellung. Zu allererst erlaubt Quarz die Übertragung von UV Licht im gesamten Spektralbereich, der für die UV Trocknung benötigt wird. Vergleicht man Quarz mit einem Fenster, so kann man feststellen, dass man bei Verwendung von Normalglas mit einem höheren Verunreinigungsgrad die Hitze der Sonne spürt, Licht und Farben sieht, aber keinen Sonnenbrand bekommt. Wäre das Fenster jedoch aus Quarz gefertigt, würde man auch einen Sonnenbrand bekommen.  

Die zweite Eigenschaft von Quarz ist, dass es hohen Temperaturen widersteht. Bestünde es aus Glas, würde es lediglich bis zu 600°C bis zum Schmelzpunkt erreichen. Quarz dagegen ändert seine Form erst bei bis zu 1075°C. Die durchschnittliche Oberflächenbetriebstemperatur der Lampe liegt irgendwo zwischen 600 und 800°C.  

Die dritte physikalische Eigenschaft von Quarz ist, dass es kaum Einschränkungen in Bezug auf Ausdehnung oder Temperaturschock gibt, d.h., wenn sich die Lampe über ihre Länge aufheizt und abkühlt, so entsteht keine interne Spannung, die möglicherweise zu Bruch führen würde.

Die Elektrode besteht aus einem zentralen Wolframstift, der von einer Wolframspule umgeben ist. Die Wolframspule hat die Aufgabe, die Hitzeverteilung zu fördern und spezielle Emittermaterialien zu beherbergen, die die Lebensdauer der Elektrode verlängern und die Leistung der Lampe während ihrer Lebensdauer erhöhen. Wolfram ist ein sehr haltbares Metall – es kann extrem hohe Temperaturen aushalten und ist ein guter Leiter.

Elektrische Anforderungen an Mitteldruckquecksilberlampen
Wegen der elektrischen Eigenschaften einer Mitteldruckquecksilberbogenlampe kann die Lampe normalerweise nicht allein aufgrund der Voltzahl betrieben werden. Deshalb wird ein Step-up Trafo verwendet. Diese Trafos müssen richtig an die elektrischen Anforderungen jeder Lampe in Bezug auf Größe und Type angepasst sein.  

Eine Lampe kann entweder mittels eines induktiven oder kapazitiven Systems gesteuert werden. Bei einem induktiven System ist die Lampe direkt mit der Leistungsausgabe des Trafos verbunden. Bei einer Fluktuation der Eingangsspannung variiert die Leistungsausgabe des Trafos im Verhältnis dazu. Dadurch verändert sich dann die Leistungsausgabe der Lampe. Bei einem Niedergang der Eingangsspannung sinkt die Lampenleistungsausgabe entsprechend.

Das kapazitive System überwindet dieses Problem durch die Verwendung von Kondensatoren, die mit der Lampe seriell geschaltet sind. Hierdurch wird die Wirkung erzielt, eine beständige Leistungsausgabe der Lampe beizubehalten, selbst wenn die Eingangsspannung variiert. Dies ist bekannt als das System mit konstanter Wattleistung und aufgrund dieser Eigenschaften ist es das Effizienteste.

Typisches Schaubild eines Trafos mit konstanter Wattleistung

Elektronische Stromversorgungen  
In den vergangenen Jahren wurden elektronische Stromversorgungen immer beliebter. Im Vergleich zu konventionellen Bauarten von Vorschaltgeräten mit Eisenkern sind die wesentlichen Vorteile:

• Kompakt und geringes Gewicht
• Faktor einheitliches Leistungsvermögen
• Kompatibel mit Quecksilber- und Metallhalogenidbauarten
• Voll einstellbare und stufenlos verstellbare Leistungssteuerung
• Verbesserte Lampenlebensdauer aufgrund von verringerter Spitzen- und In-rush- Stromzufuhr.
• Kann mit Zufuhr von Drehstrom ausbalanciert werden
• Keine Schwankungen der Lampenausgabeleistung aufgrund irgendwelcher Netzspannungsschwankungen

Eigenschaften der Spektralausgabe 
Die Primarc Lampen mit Elektroden und die elektrodenlosen Lampen können mit Standard-Quecksilber oder Metallhalogenidfüllungen gemäß der speziellen Kundenanwendung hergestellt werden.











In den meisten Fällen ist die am weitesten verbreitete Härtungslampe die Quecksilberlampe und in beinahe jeder Anwendung wird eine Standard-Quecksilberlampe eine ausreichende Härtung leisten. Es gibt jedoch besondere Anwendungen, bei denen es vorteilhaft ist, spektral erweiterte Metallhalogenidlampen zu verwenden.  

Gallium wird wegen seiner langwelligen Trocknungseigenschaften – im 417 nm Wellenlängenbereich - benutzt und wird vorwiegend in der Möbelherstellungsindustrie eingesetzt, wo eine größere Trocknungstiefe für Harz, Lacke, Oberflächenbeschichtungen etc. erforderlich ist. Es wird auch verwendet, um weiße Beschichtungen auf Möbeln zu härten, die eine höhere Konzentration von Titaniumoxid haben, welches die kürzeren Wellenlängen herausfiltert.  

Blei- und Eisenfüllungen werden normalerweise bei Tintenstrahlanwendungen verwendet, bei denen es einen Bedarf an außergewöhnlicher Oberfläche und Durchhärtungseigenschaften gibt.
 
Eisen findet vornehmlich im fernöstlichen Markt Verwendung und wird in der Herstellung von PCB, bei Beschriftung und Photoresist-Druck eingesetzt, bei dem die Chemie der Bestandteile insbesondere auf die Frequenzen zugeschnitten ist, die in diesen Lampen angetroffen wird.
 
Lampen mit Additiven sind schwieriger herzustellen und zu steuern und benötigen eine genauere Temperaturkühlung als ihre Standard-Quecksilber Gegenstücke. Es ist unbedingt notwendig, dass die spektrale Verteilung der Lampe exakt auf die Photoinitiator-Verteilung innerhalb des zu härtenden Materials abgestimmt ist, d.h. es kann sein, dass die Quecksilberlampe eine bei Weitem überlegene Härtungsleistung gegenüber einer Eisen- oder Gallium-Lampe hat, vorausgesetzt, dass das zu härtende Substrat eher auf diese Frequenzen eingestimmt ist. Die Situation funktioniert umgekehrt ebenso, wenn ein Substrat, eine Druckfarbe oder Oberflächenbeschichtung auf Eisen oder Gallium abgestimmt ist.  

Eine Eisen, Gallium, Zinn, Blech oder jede andere Halogenid-Lampe wird die gleiche Gesamtausgabeleistung wie die Quecksilberlampe haben. Die spektrale Verteilung wird jedoch rückverteilt, d.h. an manchen Stellen zerquetscht oder hervorgehoben, je nach Metallhalogenidadditiv. Jede Metallhalogenidlampe benötigt einen Quecksilberbestandteil in sich, damit das Additiv im Bogen funktioniert.

Lampenlebensdauer 
Mitteldruckquecksilberbogenlampen fallen normalerweise nicht plötzlich aus, wie z.B. Haushaltsglühbirnen. Der Wirkungsgrad verringert sich relativ langsam, bis zu wenig UV Licht ausgestrahlt wird, um effektiv auszuhärten. Dieser Niedergang wird hauptsächlich durch den Rückgang der UV Tranzparenz des Quarzmantels hervorgerufen und ist von einer Reihe von Faktoren abhängig, wie z.B. Lampenkühlungseffektivität, Belastbarkeit, Leistungsfähigkeit der Elektroden, Elektrodenkühlungseffektivität, Verschmutzungen der Außenoberfläche der Lampe (Staub etc.) und An- und Abschalthäufigkeit. 

Solange sie korrekt benutzt werden, ist garantiert, dass die Primarc UV Aushärtungslampen einen hohen Härtungsgrad herstellen. Bei Standard-Quecksilberlampen wird eine Lebensdauer von 1.500 Stunden garantiert und bei richtiger Handhabung sind sie dann immer noch in der Lage, mindestens 75% der Originalausgabeleistung zu bringen.

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