DD287591A5 - Dosierkoerper zur aufnahme von quecksilber und verfahren zur herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dosierkoerper zur Aufnahme von Quecksilber und ein Verfahren zur Herstellung. Der Dosierkoerper dient zum Einbringen einer genau dosierbaren Menge Quecksilber in das Entladungsgefaesz oder den Elektrodenbereich einer Entladungslampe, insbesondere einer kompakten Leuchtstofflampe. Ein Dosierkoerper fuer die Aufnahme von Quecksilber besteht aus einem Skelettwerkstoff und Quecksilber als Traenkwerkstoff. Erfindungsgemaesz ist der Skelettwerkstoff ein vorlegiertes Pulver, das aus mehreren Metallen mit der Ausgangsteilchengroesze zwischen 0,05 und 0,5 mm besteht, die durch einen Schmelz- bzw. Sinterprozesz eine Legierung bilden. Der Skelettwerkstoff enthaelt als Hauptbestandteil der Legierung mindestens eines der Metalle Zink, Antimon oder Eisen und als weitere Legierungsbestandteile mindestens eines der Metalle Aluminium, Kupfer und Nickel oder deren Verbindung mit Eisen. Der Skelettwerkstoff bildet mit dem Traenkwerkstoff einen Metall-Quecksilber-Verband. Die Herstellung des Dosierkoerpers erfolgt in 2 Verfahrensschritten. Zuerst wird der Skelettwerkstoff durch Schmelzen oder Sintern der Legierungsbestandteile hergestellt. Danach wird der Skelettwerkstoff mit dem Traenkwerkstoff Quecksilber getraenkt und gleichzeitig gepreszt.{Entladungslampe; Dosierkoerper; Quecksilber; Skelettwerkstoff; vorlegiertes Pulver; Legierungsbestandteile; Zink; Antimon; Eisen; Metall-Quecksilber-Verband; Herstellung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Dosierkörper zur Aufnahme von Quecksilber und ein Verfahren zur Herstellung. Der Dosierkörper dient zum Einbringen einer genau dosierbaren Menge Quecksilber in das Entladungsgefäß oder den Elektrodenbereich einer Entladungslampe, insbesondere einer kompakten Leuchtstofflampe.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine Voraussetzung für den Betrieb von fast allen Entladungslampen ist das Einbringen einer genau dosiorbaren Menge Quecksilber in das Entladungsgefäß. Im Betrieb der Lampe verdampft das Quecksilber (bei Hochdrucklampen vollständig). Damit wird durch die eingebrachte Quecksilbermenge im Zusammenhang mit dem Fülldruck des Argons der Betriebsdruck der Lampe und über den Retriebsdruck die Brennspannung und die elektrische Leistung eingestellt.

Bei den üblichen Dosierverfahren wird das Quecksilber in Tropfenform oder in Form von Halogenidverbindungen aus einer Dosiervorrichtung über einen Pumpstengel oder direkt in das Entladungsgefäß eingebracht. Bei Anwendung von flüssigem Quecksilber kann eine genaue Dosierung kleinster Mengen auf Grund der Oberflächenspannung nicht gewährleistet werden. Die Entladungsgefäße werden dabei mit einer größeren Menge Quecksilber dosiert, dadurch kann die Qualität der Lampen, insbesondere hinsichtlich des Lichtstroms und des Farbortos, vermindert werden. Weiterhin entsteht ein erhöhter Verbrauch an Quecksilber und damit eine größere Arbeitsplatz- und Umweltbelastung.

Des weiteren sind Verfahren bekannt, bei denen sich das flüssige Quecksilber in geschlossenen Behältern befindet. Nach der DE-AS 2511417 befindet sich das flüssige Quecksilber in einem Behälter, der im Pumpstengel angeordnet ist. In der DE-OS 2340859 enthält ('ne innerhalb eines Lampenkolbens angebrachte Kapsel den Dosierstoff. Die Kapsel wird von außen durch einen Strahl eines Lasergerätes geöffnet. Nachteilig wirkt sich bei dieser Methode aus, daß ein Bereich des Entladungsgefäßes frei von Leuchtstoff zu halten ist, damit dieser für den Laserstrahl transparent ist. Weiterhin ist die DE-OS 2161024 bekannt. Hierbei befindet sich das Quecksilber wiederum in einer geschlossenen Kapsel in Elektrodennähe. Geöffnet wird die Kapsel durch Induktion. Nach der DE-AS 2410400 wird das Quecksilber, daß sich als Vorrat von Quecksilberamalgam im Pumpstengel befindet, durch Erhitzen freigesetzt. In der DE-OS 3545073 wird ein poröser Preßkörper als Speicherelement für flüssiges Quecksilber zum Dosieren vorgestellt und in der DE-OS 3545048 wird das Verfahren zur Herstellung des Speicherelements beschrieben. Der Preßkörper besteht entweder aus einem einzigen Metall, dessen Schmelzpunkt über 250°C liegt oder aus mindestens zwei eine Mischung bzw. eine Legierung bildenden Metallen. In seinen Poren speichert der Preßkörper die

festgelegte Menge Quecksilber, wobei das den Preßkörper bildende Metall bzw. die Mischung oder Legierung mit dem Quecksilber keine Legierung eingeht. Die Herstellung des Speicherelements unterliegt einem aufwendigen Bearbeitungsverfahren. Sie erfolgt über einen Elektrolysevorgang mit nachfolgender Temperung und einem Granulierverfahren. Bei Anwendung eines Preßkörpers als Quecksilberspeicherelement kann eine Belastung der Umwelt durch Quecksiioer jedoch nicht ausgeschlossen werden, da Quecksilber sich in Tropfenform an der Oberfläche des Speicherelements anlagern kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine technisch einfache und genaue Quecksilberdosierung einer Entladungslampe zu ermöglichen sowie eine Erniedrigung der Arbeitsplatz- und Umweltbelastung durch Quecksilber zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dosierkörper zur Aufnahme von Quecksilber und ein Verfahren zur Herstellung

anzugeben, das eine genaue Dosierung einer Entladungslampe, insbesondere einer kompakten Leuchstofflampe, mit einerdefinierten Menge Quecksilber ermöglicht und gleichzeitig die Arbeitsplatz- und Umweltbelastung durch Quecksilber herabsetzt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Dosierkörper zur Aufnahme von Quecksilber aus einem Skelettwerkstoff und einem Tränkwerkstoff besteht. Der Skelettwerkstoff und der Tränkwerksxoff bilden einen Metall- Quecksilber-Verband unter Beibehaltung der physikalischen Eigenschaften des Quecksilbers, der zu einem festen und

luftstabilen porösen Dosierkörper geformt ist. Den Skelettwerkstoff bildet ein vorlegiertes Pulver, welches durch Schmelzen oder

Sintern von Metallen mit einer Ausgangsteilchengröße zwischen 0,05 und 0,5mm gebildet wird. Die entstandene Legierung

bildet den Skelettwerkstoff und ist die Grundlage für die Aufnahme einer definierten Menge des Tränkwerkstoffes. Der

Tränkwerkstoff ist Quecksilber. Als 'Metalle für den Skelettwerkstoff eignen sich Elemente der 2., 3. und 5. Hauptgri.ppe sowie Elemente der 1., 2. und 8. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente. Besonders vorteilhaft eignet sich als Hauptbestandteil der Legierung mindestens eines der Metalle Zink, Antimon oder Eisen. Weitere Legierungsbestandteile

können die Metalle Aluminium, Kupfer und Nickel sowie deren Verbindung mit Eisen sein.

Nachfolgende Kombinatione von Elementen sind einsetzbar: Zn-Co,Zn-Ni-Co,Zn-Fe-Co,Z. Cu,Zn-Cu-Co,Zn-Al,Zn-Al-Li,Zn-Al-Co,Zn-Ni,Zn-Al-Ni,Zn-Sb-Co,Zn-FeAI₃Co,SbCu,Sb-CuCo, FeAI₃-Cu, FeAI₃-Co. Der Skelettwerkstoff kann ein oder mehrere Schmelzzusätze enthalten. Als Schmelzzusätze können Lithium und/oder Kobalt

und/oder Kupfer eingesetzt werden.

Dio Herstellung des Dosierkörpers erfolgt durch Einfüllen der Legierungsbestandteil für den Skelettwerkstoff mit einer Ausgangsteilchengröße von 0,05 bis 0,5mm in einen Schmelztiegel, anschließendem Schmelzen oder Sintern bei einer Temperatur zwischen 460 bis 760 K unter Argon, Abkühlen mittels Zonenschmelzverfahrens bei einer Abkühlgeschwindigkeit

zwischen 20 bis 60 K/min und Zerkleinern des entstandenen Filterkuchens in einem Mahlprozeß zu Pulver.

Das vorlegierte Pulver wird mit dem Tränkwerkstoff getränkt und gleichzeitig in einer Preßform bei einem Preßdruck bis

10Mpcm"² gepreßt. Anschließend erfolgt das Portionieren des Dosierkörpero.

Durch den geregelten isostatischen Preßvorgang erfolgt die Verdichtung und Ausfüllung der Porenräume des S' alettwerkstoffe?

mit einer definierten Menge flüssigen Quecksilbers, der bis zu einer Aufnahme von 25Gew.-% Quecksilber führt. Um eine

Aufnahmefähigkeit des Skelettwerkstoffes für Quecksilber zu gewährleisten, muß die Teilchengröße der Ausgangsstoffe im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm liegen. Dadurch wird eine Porosität von 30 bis 60% erreicht. Lithium, Kobalt und Kupfer können als Schmelzzusätze verwendet werden, um die Alterungsbeständig'teit zu verbessern, die interkristalline Korrosion zu vermindern

und die Festigkeitseigenschaften zu erhöhen.

Der vorgeschlagene quecksilberhaltige Dosierkörper kann mit dem Argon-Dosierstrom leicht in ein Entladungsprozeß gebracht

werden. Nach Einbringung des Dosierkörpers in die Entladungslampe erfolgt eine Freisetzung des Quecksilbers während der

Zündphase innerhalb des Klarbrennprozesses und/oder während der Aktivierungsphase der Elektroden. Ausführungsbeispiele Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Beispiel 1 Es wurden als Legierungsbestandteile elementares Zink, Kupfer und Cobalt mit folgendem Gewichtsverhältnis eingesetzt:

Zink 75,0-98,5 Gew.-%

Kupfer 24,0-1,0 Gew.-% Cobalt 1,0-0,5 Gow.-%

Zink und Kupfer bilden den Skelettwerkstoff. Als Schmelzzusatz wird bis zur Erreichung von 100Gew.-% Cobalt zugesetzt. Die eingesetzten Metalle werden mit einer Auflösegeschwindigkeit von 5 bis 20K/min unter Argonathmosphäre auf eine Temperatur von 460 bis 760K gebracht. Die Haltezeit beträgt 2 bis 10min. Die Abkühlungsgeschwindigkeit unter Argonatmosphäre liegt zwischen 20 und 60 K/min.

Der zerkleinerte Filterkuchen wird je nach Zusammensetzung und Herstellung mit einer festgelegten Menge Quecksilber in eine Preßform gebracht. Durch den Preßvorgang wird der Dosierkörper in der erforderlichen Form und Ausmaß hergestellt.

Die Teilchengröße der Ausgangsstoffe liegt zwischen 0,05 und 0,30mr.i. Damit wird unter Beachtung der Sinter- bzw. Schmelztemperatur, Sinterdauer und nachfolgendem Preßdruck bis zu maximal lOMPa/cm² eine Porosität von 15 bis 35% erreicht. Der Dosierkörper wird mit dem Argon-Dosierstrom in das Entladungsgefäß eingebracht.

Beispiel 2

Zur Herstellung eines quecksilberhaltigen Dosierkörpers wird wie nach Beispiel 1 verfahren. Als Ausgangsmaterialien werden Zink, Aluminium, und Kobalt mit einer Teilchengröße um 0,25mm in folgendem Verhältnis eingesetzt:

Zink 75Gew.-%

Aluminium 20Gew.-% Kobalt 5Gew.-%

Die angegebenen Metalle werden unter Argonatmosphäre auf eine Temperatur von 460 bis 760K erhitzt. Nach einer Haltezeit von 2 bis 10min wird die Schmelze bei 20 bis 60 K/min unter Argonatmosphäre abgekühlt. Der entstandene Filterkuchen mit einem Porenraum von 25VoI.-% wird mit einer festgelegten Menge Quecksilber in eine Preßform gebracht und bei einem Preßdruck von 1 Mp/cm² gepreßt. Dabei wird eine Quecksilberaufnahme von 2,5Gew.-% erreicht. Der so hergestellte Dosierkörper wird mit dem Argon-Dosierstrom in das Entladungsgefäß eingebracht.

Claims (8)

1. Dosierkörper zur Aufnahme von Quecksilber, bestehend aus Skelettwerkstoff und Quecksilber als Tränkwerkstoff, gekennzeichnet dadurch, daß der Skelettwerkstoff ein vorlegiertes Pulver ist, das aus mehreren Metallen mit der Ausgangsteilchengröße zwischen 0,05 und 0,5 mm, die durch einen Schmelz- bzw. Sinterprozeß eine Legierung bilden, besteht und daß der Skelettwerkstoff mit dem Tränkwerkstoff ein Metall-Quecksilber-Verband ist.

2. Dosierkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Skelettwerkstoff als Hauptbestandteil der Legierung mindestens eines der Metalle Zink, Antimon oder Eisen enthält.

3. Dosierkörper nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Skelettwerkstoff als weiteren Legierungsbestandteil mindestens eines der Metalle Aluminium, Kupfer und Nickel oder deren Verbindung mit Eisen enthält.

4. Dosiorkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, Gdß der Skelettwerkstoff einen Schmelzzusatz enthält.

5. Dosierkörper nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Schmelzzusatz Lithium und/oder Kobalt und/oder Kupfer ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Dosierkörpers zur Aufnahme von Quecksilber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte

- Einfüllen der Legierungsbestandteile für den Skelettwerkstoff mit einer Ausgangsteilchengröße von 0,05 bis 0,5mm in einen Schmelztiegel, anschließendem Schmelzen oder Sintern bei einer Temperatur zwischen 460 bis 760 K unter Argon, Abkühlen mittels Zonenschmelzverfahrens bei einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 20 bis 60 K/min und Zerkleinern des entstandenen Filterkuchens in einem Mahlprozeß zu Pulver,

- Tränken des vorlegierten Pulvers mit dem Tränkwerkstoff Quecksilber und gleichzeitigem Pressen in einer Preßform bei einem Proßdruck bis 10Mpcm~² und anschließendem Portionieren des Dosierkörpers.

7. Verfahren zur Herstellung eines Dosierkörpers nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß den Legierungsbestandteilen ein Schmelzzusatz zugesetzt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Dosierkörpers nach Anspruch 6 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß als Schmelzzusatz Lithium und/oder Kobalt und/oder Kupfer verwendet wird.