DE102005035191A1

DE102005035191A1 - Niederdruckgasentladungslampe mit neuer Gasfüllung

Info

Publication number: DE102005035191A1
Application number: DE102005035191A
Authority: DE
Inventors: Martin Beck; Jürgen Dichtl; Roland Hoffmann
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-01
Also published as: CN101361162A; JP4700733B2; EP1908092A2; WO2007012467A2; US20090284154A1; US7948182B2; CN101361162B; JP2009503771A; WO2007012467A3; CA2616060A1

Abstract

Die Erfindung betrifft neue Gasfüllungen von Niederdruckentladungslampen zur Verringerung der Zünd- und Brennspannungen bei niedrigen Hg-Dampfdrücken. Zugunsten einer Mischung aus Ne und Kr wird dabei der Ar-Anteil der Gasfüllung erheblich reduziert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruckgasentladungslampe mit einer neuen Gasfüllung.

In Niederdruckgasentladungslampen wird in einem gasförmigen Entladungsmedium eine Entladung gezündet und aufrecht erhalten, um UV-Licht oder – über Vermittlung eines Leuchtstoffs – sichtbares Licht zu erzeugen. Die in einem Entladungsgefäß der Lampe enthaltene Gasfüllung enthält in der Regel Quecksilber (Hg), das aus einer in dem Entladungsgefäß befindlichen Hg-Quelle stammt. Die Hg-Dosierung muss so abgestimmt sein, dass sich im Dauerbetrieb der Lampe ein für die Effizienz der Lichterzeugung günstiger Hg-Dampfdruck ergibt.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Niederdruckgasentladungslampe mit einer neuen Gasfüllung anzugeben, die die Einsatz- oder die Konstruktionsmöglichkeiten bei Niederdruckgasentladungslampen erweitert.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruckgasentladungslampe mit einem Entladungsgefäß und einer Gasfüllung in dem Entladungsgefäß, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung besteht aus 25 Vol.-% bis 70 Vol.-% Ne; bis 25 Vol.-% Ar, bis 10 Vol.-% weitere Edelgase und übliche Verunreinigungen und als Rest Kr.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfinder sind davon ausgegangen, dass unter verschiedenen denkbaren Umständen Niederdruckgasentladungslampen bei relativ hohen Dauerbetriebstemperaturen der Lampe insgesamt oder jedenfalls einer Hg-Quelle in dem Entladungsgefäß arbeiten sollen. Die erhöhten Temperaturen einer Hg-Quelle können dabei konstruktionsbedingt sein, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird. Sie können also auch bei im Übrigen in üblichen Bereichen liegendenden Lampentemperaturen und Umgebungstemperaturen auftreten. In solchen Fällen müssen die Lampen mit einer im Vergleich sehr viel niedrigeren Temperatur der Hg-Quelle gezündet werden können.

Wenn sich die erhöhte Temperatur unter bestimmten Betriebsbedingungen für die Lampe insgesamt ergibt, kann es dennoch im Einzelfall vorkommen, dass die Lampe auch bei sehr viel niedrigeren Temperaturen gezündet werden soll. Ein Beispiel wäre eine Niederdruckgasentladungslampe für die Außenbeleuchtung in einem relativ geschlossenen Leuchtengehäuse, in dem sich einerseits während des Dauerbetriebs in Folge der Verlustleistung der Lampe eine gegenüber der Außentemperatur deutlich erhöhte Temperatur einstellt, in dem aber andererseits nach längeren Ausschaltphasen tiefe Temperaturen herrschen.

In solchen Fällen kann es dazu kommen, dass die für die erhöhten Temperaturen während des Betriebs ausgelegte Hg-Quelle bei einem Zündversuch unter relativ kalten Bedingungen einen so niedrigen Hg-Dampfdruck zur Verfügung stellt, dass mit konventionellen Gasfüllungen relativ hohe Zündspan nungen auftreten. Diese hohen Zündspannungen machen aufwendigere Konstruktionen von Vorschaltgeräten notwendig oder können Vorschaltgeräte auch überfordern, also zu erfolglosen Zündversuchen oder Instabilitäten im Dimmbetrieb führen.

Vergleichbares gilt für relativ niedrige Dimmstufen bei dimmbaren Lampen, bei denen entsprechend wenig Verlustwärme entsteht und sich dementsprechend ähnlich einem Start unter kalten Bedingungen vergleichsweise tiefe Temperaturen der Lampe insgesamt oder der Hg-Quelle darin ergeben können.

Die oben beschriebene Gasfüllung hat einen im Vergleich zum Stand der Technik erheblich reduzierten Ar-Anteil und deutlich erhöhten Anteil von Kr und Ne und löst die beschriebenen Probleme.

Je nach den Gegebenheiten eines Einzelfalls im Hinblick auf die Temperatur, die erforderliche Lichtausbeute, die zulässige oder gewünschte Brennspannung und andere Aspekte können in den angegeben Bereichen geeignete Mischungen zusammengestellt werden. Dabei sieht die Erfindung nicht notwendigerweise vor, Ar gänzlich durch Kr und Ne zu ersetzen, wenngleich dies im Sinne der unteren Grenze 0 Vol.-% für Ar inbegriffen ist. Allerdings verbessert ein gewisser Anteil an Ar die Lichtausbeute, so dass ein Ar-Anteil von mindestens 2 Vol.-%, vorzugsweise 4 Vol.-%, besonders bevorzugterweise 5 Vol.-% vorzuziehen ist. Andererseits sollte der Ar-Anteil aufgrund der grundsätzlichen Zielrichtung der Erfindung nicht zu hoch sein, und zwar vorzugsweise nicht über 20 Vol.-%, besonders bevorzugterweise nicht über 17 bzw. 15 Vol.-%.

Es ist nicht von Interesse, die Brennspannung zu stark zu erniedrigen, weswegen der Kr-Anteil nicht zu groß werden sollte. Es hat sich herausgestellt, dass Kr die Brennspannung senkt, Ne jedoch erhöht. Beide Bestandteile sollten bei der Abstimmung einer erfindungsgemäßen Gasfüllung gegenläufig variiert werden. Es sollten vorzugsweise bei mindestens 35 Vol.-%, besonders bevorzugterweise 40 Vol.-%, 44 Vol.-%, 46 Vol.-% und 48 Vol.-% liegen, wobei die aufgezählten Grenzwerte hier und anderen Stellen in der gegebenen Reihenfolge zunehmend bevorzugt sind. Allerdings sollte der Ne-Anteil, um die Brennspannung nicht zu groß werden zu lassen, vorzugsweise nicht über 65 Vol.-%, besonders bevorzugterweise 60 Vol.-% bzw. 57 Vol.-% liegen.

Erfindungsgemäß kann der Rest der Gasfüllung vollständig Kr entsprechen, wobei natürlich übliche Verunreinigungen inbegriffen sind. Es ist allerdings im Rahmen der Erfindung auch durchaus möglich, jedoch nicht bevorzugt, einen gewissen Anteil des Restes durch andere Edelgase zu bilden. Dieser Anteil übriger Edelgase einschließlich üblicher Verunreinigungen liegt vorzugsweise nicht über 8 Vol.-%, besonders bevorzugterweise nicht über 6 Vol.-%, 4 Vol.-% bzw. 2 Vol.-%.

Ein relevanter Temperaturbereich für die Dampfdruck regelnde Hg-Quelle in der erfindungsgemäßen Lampe liegt zwischen 100 °C und 170°C. In diesem Bereich können sich mit konventionellen Hg-Amalgamen Schwierigkeiten ergeben, weil diese einen zu hohen Hg-Dampfdruck einstellen. Daher eignet sich die Erfindung besonders für eine Kombination der Gasfüllung mit einem Hg-Amalgam und einem Masteralloy, wobei das Masteralloy der allgemeinen Formel In_a-eX_bY_cZ_dR_e entspricht, wobei:
X zumindest ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe aus Ag, Cu, Sn,
Y zumindest ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe Pb, Zn,
Z mindestens ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe aus Ni, Te,
R Zusätze von Bi, Sb, Ga und übliche Reste umfasst, und wobei für a, b, c, d, e gilt:
70% ≤ a ≤ 98%,
b ≤ 25%,
c ≤ 25%,
d ≤ 20%,
e ≤ 15%,
und wobei ferner gilt 2% ≤ b, wenn c = 0%,
5% ≤ b, wenn X Cu ist,
d ≤ 5%, wenn Z Ni ist, und
e ≤ 5%, wenn R Ga ist.

Das sog. Masteralloy ist eine mit Hg zu dem Amalgam zu verarbeitendende Metallmischung bzw. -legierung, die auch separat vom Hg in die Lampe zugegeben werden kann und sich mit dem Hg in der Lampe verbindet.

Grundsätzlich ist ein relativ großer In-Anteil in dem Masteralloy (wobei der Begriff Alloy für Legierung hier in einem allgemeinen Sinn als Oberbegriff von Metallmischungen verschiedenster Art, insbesondere aber für eigentliche Legierungen, zu verstehen ist) einzuhalten. Der In-Anteil liegt in den angegebenen Grenzen des stöchiometrischen Parameters a, also zwischen 70% und 98%. Bevorzugte obere Grenzen sind ferner 97,5% und 97%. Bevorzugte untere Grenzen sind 75%, 80%, 85%, 90%, 92%. In Zusammenhang mit den Anteilen des Masteralloys meinen %-Angaben in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen grundsätzlich Massenprozent.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Stöchiometrie-Parameter a hier noch Zusätze von insbesondere Bi, Sb und Ga von bis zu 15%, im Fall von Ga von bis zu 5%, beinhaltet. Die tatsächliche unterste Grenze für den eigentlichen In-Anteil liegt also bei 55%.

Die Bi-, Sb- oder Ga-Zusätze stören die Erfindung nicht wesentlich, erfüllen jedoch auch keine wichtige eigene Funktion.

Die mit X zusammengefassten Anteile an Ag, Cu und/oder Sn haben die Funktion einer Verbreiterung des Schmelzbereichs. Dies erfolgt durch Einführung von Mehrphasenzuständen in dem Masteralloy. Besonders bevorzugt ist hierbei Ag, unter Umständen auch Kombinationen mit Cu und/oder Sn. Der entsprechende Stöchiometrie-Parameter b liegt erfindungsgemäß höchstens bei 25%. Dabei sind die Obergrenzen 20%, 15%, 12%, 10%, 8% bevorzugt. Wenn die im Folgenden noch erläuterte Komponente Y nicht vorhanden ist, also c = 0%, so soll b mindestens 2% betragen. Wenn ferner Cu für X gewählt wird, soll b mindestens 5% betragen. Im Übrigen sind unabhängig davon die unteren Grenzen 2%, 2,5%, 3% und 3,5% bevorzugt, wobei b auch unter 2% bzw. 0% betragen kann, auf X also weitgehend oder ganz verzichtet werden kann, wenn die im Folgenden erwähnte Komponente Y vorhanden ist.

Die mit Y zusammengefasste Komponente hat die Funktion, die obere Grenze des Schmelzbereichs zu höheren Temperaturen zu verschieben. Insbesondere kann so, wenn gewünscht, die obere Grenze eines typischen nutzbaren Dampfdruckbereichs bis etwa 4 Pa von größenordnungsmäßig um 145 °C auf 160 °C oder 170 °C erhöht werden. Dabei ist Pb gegenüber Zn bevorzugt, weil Zn zu Schwärzungen führen kann. Der entsprechende Stöchiometrie-Parameter c liegt erfindungsgemäß unter 25%. Bevorzugte obere Grenzen sind 20%, 18%, 16%, 14%, 12%, 10%. Da bei sehr guten Masteralloys auch ganz auf Y verzichtet werden kann, wenn nämlich keine Verschiebung der oberen Grenze des Schmelzbereichs erforderlich ist, ist insbesondere auch der Wert 0% erfindungsgemäß bevorzugt.

Hohe Werte von über 20% sind dabei bei relativ hohen Lampenleistungen von über 100 W und/oder bei Lampengeometrien von Interesse, bei denen sich ein besonders hoher Wärmeeintrag ergibt. Ein Beispiel für eine solche Geometrie bildet die im Folgenden noch näher erläuterte helixförmige Lampe, die auch ein Ausführungsbeispiel bildet. In Betracht kommen aber auch konventionelle Stablampen, bei denen die Hg-Quelle so montiert sein kann, dass sie beispielsweise von der Elektrode einen relativ großen Wärmeeintrag erfährt. Der Bestandteil Y ist jedoch optional und für die Erfindung nicht unbedingt notwendig.

Mit Z ist ein weiterer Bestandteil symbolisiert. Damit sind Ni und Te zusammengefasst, die in metallischer Lösung oder intermetallischer Verbindung pastöse Zustände des Amalgams schaffen oder verbessern können. Die entsprechende Viskositätserhöhung kann zur Handhabung des Amalgams und/oder zur Verhinderung des Abtropfens oder Herauslaufens aus der vorgesehenen Stelle in der Lampe relevant sein. Ni oder Te haben keine wesentliche Bedeutung für den Dampfdruck des Hg oder die Amalgambildung. Die Sinnhaftigkeit dieses Zusatzes hängt stark von der Art der Einbringung und Montage des Amalgams in der Lampe ab.

Bevorzugte Werte für den Stöchiometrie-Parameter d liegen zwischen 0% und 5% bei Ni und zwischen 0% und 20% bei Te. Auch hier gilt, dass bei sehr guten Masteralloys auch ganz auf Z verzichtet werden kann. d = 0% ist also auch ein erfindungsgemäß bevorzugter Wert. Wenn relativ viel Te vorgesehen ist, sollte der In-Anteil eher im oberen Bereich liegen, vorzugsweise über 80%, besser 85% und noch besser 90%.

Der Hg-Anteil selbst, der ja nicht zum Masteralloy gerechnet wird, liegt vorzugsweise zwischen 3% und 20%. Der untere Wert von 3% bildet in üblichen Fällen keine wesentliche Reserve, weswegen Werte über 7% und noch besser über 10% bevorzugt sind. Ferner ist bevorzugt, dass der Hg-Anteil höchstens 15% beträgt.

Mit diesen Masteralloys lassen sich Hg-Amalgame erzeugen, die in dem gewünschten Temperaturbereich bzw. einem Ausschnitt desselben günstige Dampfdrücke von etwa 0,5-4 Pa liefern, wobei Dampfdrücke zwischen 1 und 2 Pa bevorzugt sind. Der Bereich von 0,5-0,7 Pa einerseits, bis etwa 4 Pa andererseits, entspricht einer Lichtausbeute von zumindest 90% bei vielen Leuchtstofflampen. Beispielsweise sind bei sog. T8-Lampen mit einem Durchmesser von etwa 26 mm Dampfdrücke in der Größenordnung von 1 Pa günstig, während bei T5-Lampen mit 16 mm Durchmessern eher 1,6 Pa bevorzugt sind. Dabei existiert jedoch eine Toleranzbreite von etwa 20%, besser 10%. Näherungsweise kann man annehmen, dass der Lampendurchmesser bei röhrenförmigen Lampen umgekehrt proportional zu dem bevorzugten Hg-Dampfdruck ist.

Eine mögliche Geometrie für eine erfindungsgemäße Lampe beinhaltet eine Helixform des Entladungsgefäßes, d. h. eines Entladungsrohres, wobei ein an dem Entladungsrohr ansetzendes Rohrstück innerhalb der Helixform angeordnet ist. Das Rohrstück setzt dabei an einem Ende der Helixform an und erstreckt sich im Wesentlichen achsparallel innerhalb der Helixform. Die Helixform ist vorzugsweise eine Doppelhelixform, d. h. aus zwei Entladungsrohrteilen zusammengesetzt, die jeweils helixförmig sind und sich am jeweiligen Ende treffen. Dort setzt dann das Rohrstück an. Neben im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung nicht näher interessierenden Vorteilen als Pumprohr dient dieses Rohrstück als Ort für eine Hg-Quelle, die damit von dem helixförmigen Entladungsrohr weitgehend umgeben und von der Außenwelt "abgeschirmt" ist. Dementsprechend können sich hier höhere und dabei aber von Umgebungsbedingungen und deren Schwankungen weniger abhängige Temperaturen bilden.

Eine andere Möglichkeit besteht in einer konventionellen Stablampe, insbesondere eine mit einem relativ geringen Durchmesser von vorzugsweise höchstens 16 mm, also eine sog. T5-Lampe, oder schmaler. Bei solchen Stablampen mit relativ dünnen Entladungsrohren kommt es leicht zu engen Montageverhältnissen, so dass die Hg-Quelle höheren Temperaturen ausgesetzt sein kann als bei Stablampen mit größerem Rohrdurchmesser. Insbesondere kann eine Halterung für die Hg-Quelle im Bereich der Elektroden und deren Halterung montiert sein, wie das zweite Ausführungsbeispiel näher verdeutlicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Die einzelnen Merkmale können auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Im Einzelnen zeigt:
1a eine schematische Aufrissdarstellung einer Kompaktleuchtstofflampe zur anschaulichen Verdeutlichung einer ersten Anwendungsmöglichkeit der Erfindung im Unterschied zum Stand der Technik,
1b eine Variante zu 1a,
2a eine schematische Aufrissdarstellung eines Entladungsrohres und erfindungsgemäßen Rohrstücks zu einer Kompaktleuchtstofflampe wie in 1a,
2b eine 1b entsprechende Variante zu 2a,
3 eine schematische Aufrissdarstellung eines Endabschnitts einer geraden rohrförmigen Leuchtstofflampe zur anschaulichen Verdeutlichung einer weiteren Anwendungsmöglichkeit der Erfindung,
4 ein schematisches Diagramm zum Vergleich der Zündspannungen erfindungsgemäßer Gasfüllungen mit einer konventionellen Gasfüllung,
5 ein schematisches Diagramm mit Strom-Spannungs-Kennlinien erfindungsgemäßer Lampen im Vergleich zum Stand der Technik.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für Lampen gegeben, bei denen sich Anwendungsmöglichkeiten für an höhere Temperaturbereiche angepasste Gasfüllungen ergeben.
1a zeigt eine Aufrissdarstellung einer Kompaktleuchtstofflampe, anhand der sowohl der Stand der Technik als auch die Erfindung veranschaulicht werden sollen. Die Lampe weist einen Hüllkolben 1 auf, der ein helixförmig gewundenes Entladungsrohr 2 umschließt. Das Entladungsrohr 2 ist an einem nur mit seinem Gehäuse dargestellten elektronischen Vorschaltgerät 3 angeschlossen, an dessen Gehäuse auch der Hüllkolben 1 befestigt ist. Auf der dem Hüllkolben 1 entgegengesetzten Seite endet das Gehäuse des Vorschaltgeräts 3 in einem standardisierten Lampensockel 4. Soweit bisher beschrieben ist die Lampe aus 1a konventionell. Dies gilt auch für die bereits zuvor als Doppelhelix bezeichnete Form des Entladungsrohres 2, das mit zwei Enden von dem Vorschaltgerät aus in zwei Entladungsrohrteilen zu einer Doppelhelix mit alternierender Reihenfolge der Helixgänge der beiden Entladungsrohrteile gewunden ist. Die beiden Entladungsrohrteile gehen in einem oberen Bereich an einer mit 5 bezeichneten Stelle ineinander über.
1a verdeutlicht, dass solche Kompaktleuchtstofflampen trotz kompakter Außenmaße und einer konventionellen Glühlampen recht ähnlichen Form eine insgesamt relativ große Entladungslänge zur Verfügung stellen.
Das Bezugszeichen 6 illustriert einen konventionellen Pumprohransatz an einem der beiden Entladungsrohrenden, wobei der mit 7 bezifferte Kreis verdeutlichen soll, dass hier eine dampfdruckregelnde Hg-Quelle, etwa eine Amalgamkugel, vorgesehen sein kann. Der Pumprohransatz dient in an sich bekannterweise zur Evakuierung des Entladungsgefäßes und zur Befüllung der im Folgenden noch näher diskutierten Gasfüllungen. Weitere, dem Fachmann ohne weiteres vertraute Einzelheiten wie die Elektroden, Tellereinschmelzungen oder Quetschungen sind hier nicht näher dargestellt. 1a verdeutlicht allerdings, dass der Pumprohransatz 6 konventionellerweise einen deutlich kleineren Durchmesser als das Entladungsrohr 2 aufweist. Tatsächlich muss er zudem noch Platz für die Elektroden lassen, was hier nicht eingezeichnet ist. Zudem ragt der Pumprohransatz 6 einerseits in das Entladungsrohrende hinein und steht andererseits von diesem in das Vorschaltgerät hinein ab, so dass er sowohl seitens des Entladungsrohres wie seitens des Vorschaltgeräts eine gewisse zusätzliche Baulänge (in der 1a vertikal) erzwingt. Insbesondere müssen die Elektroden über das in das Entladungsrohr hinein stehende Teil des Pumprohransatzes 6 hinweg ragen. Im Stand der Technik sind sie dabei häufig durch eine zusätzliche Glasperle stabilisiert.
Schließlich wird deutlich, dass die Temperatur der in dem Pumprohransatz 6 untergebrachten Hg-Quelle 7 stark von der Umgebungstemperatur in dem Vorschaltgerätgehäuse abhängt, die wiederum von der äußeren Umgebungstemperatur, der Betriebsdauer und auch der Einbauposition der Lampe abhängt.
Die gestrichelt gezeichnete und mit 8 bezifferte Linie verdeutlicht ein erfindungsgemäßes Rohrstück, das im Bereich der Verbindung 5 der beiden Entladungsrohrteile an dem Entladungsrohr 2 angesetzt ist und sich von dieser in Bezug auf die Helix obersten und axialen Position ausgehend axial und gerade nach unten erstreckt. Dabei nimmt es in diesem Fall im Wesentlichen die axiale Länge der Helixform ein.
Die Positionen 9 und 10, die jeweils mit einem Kreis markiert sind, illustrieren zwei beispielhafte Möglichkeiten für die Anordnung einer dampfdruckregelnden Hg-Quelle in dem erfindungsgemäßen Rohrstück 8. Die eine Position 9 befindet sich etwas unterhalb der Verbindung 5 der Entladungsrohrteile, also bereits in dem Innenraum der Helix, jedoch in deren oberem Bereich. Die andere Position 10 befindet sich in etwa der Mitte der Helix in axialer Richtung (wobei die Helix von dem unteren Knick der Entladungsrohrteile an bis zu der Verbindungsposition 5 reicht). An beiden Positionen, aber insbeson dere an der bevorzugten Position 10, ist die Temperatur einer Hg-Quelle in der Helix weitgehend durch die von dem Entladungsrohr 2 ausgehende Strahlung bestimmt, weil sie gewissermaßen von dem helixförmigen Entladungsrohr 2 eingeschlossen ist. Es handelt sich dabei näherungsweise um einen strahlenden Zylindermantel.
Die Position 9 soll in Bezug auf die axiale Länge der Helix bei gut 20 % und die Position 10 bei gut 50 % liegen. Beide Positionen zeigen den Vorteil einer schnellen Angleichung an die endgültige Temperatur nach Einschalten der kalten Lampe. Beide Positionen sind gegenüber dem Stand der Technik deutlich unempfindlicher gegenüber Schwankungen der Umgebungstemperatur und Änderungen der Einbaulage. Die Position 10 ist jedoch noch weniger abhängig von der Orientierung der Lampe im Betrieb, also von der Frage, ob das Entladungsrohr 2 in Bezug auf das Vorschaltgerät 3 im Betrieb oben, seitlich oder unten angeordnet ist und von den sich daraus ergebenden unterschiedlichen Konvektionsverhältnissen.
In 1a erkennt man weiterhin, dass die Pumprohrfunktion zur Befüllung mit den erfindungsgemäßen Gasfüllungen ebenfalls von dem erfindungsgemäßen Rohrstück 8 übernommen werden kann, und zwar über dessen in 1a unteres Ende. Es stellt nicht nur einen großen Pumpquerschnitt zur Verfügung, weil es nicht in das Entladungsrohr 2 eingepasst ist und nicht auf Elektroden und andere Teile Rücksicht genommen werden muss. Es ist überdies auch ohne weiteres zugänglich. Schließlich kann das erfindungsgemäße Rohrstück 8, falls gewünscht, auch in Kombination mit konventionellen Pumprohren 6 für Spülvorgänge und dgl. verwendet werden und darüber hinaus (unabhängig von konventionellen Pumprohren 6) als Halterung dienen, etwa wenn an den unteren Enden des Entladungsrohres 2 Tellereinschmelzungen oder Quetschungen angebracht werden.
1b zeigt eine Variante zu 1a, wobei für entsprechende Teile der Lampe die gleichen Bezugsziffern verwendet wurden, jedoch nicht alle Details gezeichnet sind. Es handelt sich hier im Unterschied zu 1a um ei ne hüllkolbenlose Lampe, bei der im Übrigen die Entladungsrohrenden in der Doppelhelixform in den Sockel 4 hineinlaufen. Zum Vergleich wird auf die im Folgenden noch beschriebene 2b verwiesen. Es lässt sich leicht erkennen, dass die Lampe aus 1b besonders kompakt aufgebaut ist.
2a zeigt ein 1a entsprechendes Entladungsrohr 2 mit einem zur 1a ähnlichen, wiederum axial durch den Innenraum der Helixform verlaufenden Rohrstück 8. Zusätzlich verdeutlicht 2a in schematischer Weise Elektroden 11 an den Entladungsrohrenden. Der Hüllkolben 1, das Vorschaltgerät 3 und der Sockel 4 sind jedoch nicht mit eingezeichnet.
Das Rohrstück 8 erstreckt sich hier nicht über die gesamte Länge der Helix sondern nur etwa über ¾ davon. Es enthält eine Glaseinschmelzung 12, die dazu dient, einen Rückhaltekörper in Form einer Eisenpille 13 daran zu hindern, in das Entladungsrohr 2 zu fallen. Die Eisenpille 13 wiederum verhindert in Folge von Oberflächenspannungseffekten und weil sie eine großen Teil des Querschnitts des Rohrstücks 8 versperrt, dass eine Amalgamkugel 14 in das Entladungsrohr 2 fällt. Die Amalgamkugel 14 als Hg-Quelle liegt bei diesem Beispiel etwa zwischen 60 und 70% der axialen Länge der Helix (von oben aus gemessen). Die Verwendung der Eisenpille 13 als Rückhaltekörper erlaubt es insbesondere, die Einschmelzung 12 so zu gestalten, dass sie vor dem Einlegen der Eisenpille 13 und der Amalgamkugel 14 einen guten Pumpquerschnitt durch das Rohrstück 8 zur Verfügung stellt, wenn dieses als Pumprohr verwendet wird. Die Eisenpille 13 und die Amalgamkugel 14 werden nämlich erst nach Abschluss aller Verfahrensschritte des Spülens, Pumpens, Formierens usw. eingebracht. Nach der Verwendung als Pumprohr wird das Rohrstück 8 an seinem unteren Ende durch Abschmelzen verschlossen, wie durch die mit 15 bezeichnete Form des Endes angedeutet sein soll. Vor dem Verschließen sind die Eisenpille 13 und Amalgamkugel 14 eingelegt worden und dann in dem Raum zwischen dem Verschluss 15 und der Einschmelzung 12 gefangen. Zu der Positionierung der Amalgamkugel gelten die Aussagen zu der Position 10 in 1a. Das Rohrstück 8 weist im Bereich der Amalgamkugel 14 eine IR-absorbierende Außenbeschichtung (nicht eingezeichnet) auf.
2b zeigt eine der Lampe aus 1b entsprechende Variante zu 2a, wobei wiederum dieselben Bezugsziffern verwendet worden sind.
Letztlich ergeben sich je nach Lampenleistung im Betrieb Temperaturen der Amalgamkugel 14 von über 100 °C und damit deutlich über dem konventionell üblichen Bereich. Diese Temperaturen können bis in den Bereich von 160-170 °C hinaufgehen. Mit den erfindungsgemäßen Legierungen lässt sich eine solche Entladungslampe problemlos betreiben.
Nachfolgend wird eine Stablampe des Durchmessers T5, d. h. mit einem Durchmesser von 16 mm, beschrieben, bei der sich ebenfalls höhere Temperaturbereiche des Arbeitsamalgams ergeben.
3 zeigt in Aufrissdarstellung ein Ende einer geraden rohrförmigen Leuchtstofflampe 16 ohne Sockel. Das freie Ende des rohrförmigen Gefäßes 17 der Leuchtstofflampe 16 ist dabei durch eine Tellereinschmelzung 18 verschlossen, in die Stromzuführungen 19 eingequetscht sind. Die Stromzuführungen tragen an ihrem inneren Ende eine Wendel 20. An einer Stromzuführung 19 ist zwischen der Tellereinschmelzung 18 und der Wendel 20 ein Draht 21 angelötet, der an seinem freien Ende ein dachförmig abgewinkeltes Metallblech 22 trägt. Der Draht ist dabei so gebogen, dass das Metallblech 22 in Entladungsrichtung vor der Wendel 20 angeordnet ist.
Auf dem Metallblech ist ein Masteralloy 23 bestehend aus 96 % In und 4 % Ag aufgebracht. Der Lampe wird bei Füllung soviel Hg beigegeben, dass die Hg-Konzentration des aus Masteralloy und Quecksilberanteil zusammengesetzten Quecksilberamalgam bei diesem Typ von gerader rohrförmiger Leuchtstofflampe zu Beginn der Brenndauer 12 % beträgt. Durch Hg-Aufzehrung sinkt die Hg-Konzentration im Laufe der Lebensdauer bis auf 3 % ab.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus einer detaillierteren Beschreibung in einer früheren Patentfamilie der Anmelderin, nämlich in den Dokumenten WO 98/14983, US 6,043,603 , EP 0 888 634 , JP 11 500 865 T2 und verwandten Dokumenten.
Als Arbeitsamalgame für die erhöhten Temperaturen im Einsatz in den vorstehend beschriebenen Lampen haben sich folgende Beispiele bewährt: Als erstes Ausführungsbeispiel wird ein Anteil von 10 Gewichtsteilen Hg mit einem Masteralloy aus 97 Gew.-% In und 3 Gew.-% Sn verwendet, so dass das Masteralloy sich schreibt als In₉₇Sn₃. Hier wurde als Element X Sn ausgewählt, wenngleich Ag vergleichsweise bevorzugt ist. Ferner wird hier ein relativ geringer Wert von 3 Gew.-% Sn eingesetzt, wenngleich Werte von über 3,5 Gew.-% noch günstiger sind.
Ein weiteres Beispiel enthält das Masteralloy In₉₆Cu₄. Hier ist der Stöchiometrie-Parameter für das Element X bereits im besonders bevorzugten Bereich. Allerdings wurde hier für das Element X die Auswahl Cu getroffen.
Ferner wurde ein Amalgam untersucht und für gut befunden, bei dem das Masteralloy In₈₈Pb₁₂ eingesetzt wurde. Der Pb-Anteil ist relativ hoch und nicht mehr im besonders bevorzugten Bereich. Allerdings konnte wegen des Pb-Anteils auf einen X-Zusatz ganz verzichtet werden.
Ein weiteres Beispiel, das bei der weiter unten noch beschriebenen helixförmige Lampe Verwendung gefunden hat, weist einen kleineren Pb-Anteil von 10 Gew.-% auf, also ein Masteralloy In₉₀Pb₁₀. Hier wird allerdings ein Verhältnis von 3 Gew.-% Hg zu 97 Gew.-% Masteralloy verwendet.
Ein zweites, mit der im Folgenden erläuterten helixförmigen Lampe verwendetes Amalgam verwendet das Masteralloy In₉₆Ag₄ (bei 10 Gew.-% Hg), verzichtet also auf das Element Y und wählt für X das tatsächlich bevorzugteste Element Ag aus.
Weitere Beispiele sind Masteralloys In₈₄Ag₆Pb₁₀ und In₈₄Ag₇Pb₉.
Diesen letztgenannten Masteralloys können zur Erhöhung der Viskosität bzw. Zähigkeit jeweils Ni oder Te zugesetzt werden, und zwar z. B. wie folgt: In₈₀Ag₆Pb₁₀Ni₄, In₈₁Ag₇Pb₉Ni₃, In₇₂Ag₆Pb₁₀Te₁₂, In₇₀Ag₇Pb₉Te₁₄.
Zusätze des Elements R bringen keinen technischen Nutzwert und sind daher bei bevorzugten Masteralloys nicht vorgesehen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass in den beschriebenen Lampen mit den beschriebenen Amalgamen bei Startversuchen bei niedrigeren Temperaturen Schwierigkeiten auftreten können. Die Zündspannungen steigen deutlich an, und auch die Brennspannungen bei niedrigen Dimmstufen in den an sich dimmbaren Niederdruckentladungslampen gemäß dieser Erfindung können relativ hoch werden. Daraus ergeben sich erhöhte Anforderungen an elektronische Vorschaltgeräte, die allerdings mit erfindungsgemäßen Gasfüllungen vermieden werden können.
4 zeigt als Beispiel eine schematische Darstellung der Zündspannungen verschiedener Gasfüllungen. Die vertikale Achse zeigt die Zündspannung in Volt, auf der horizontalen Achse sind die verschiedenen Gasfüllungen aufgetragen. Die vier dargestellten Gasfüllungen dienen zur Illustration im Vergleich. Dabei sind die zweite bis vierte Gasfüllung (von links) erfindungsgemäß und die Gasfüllung ganz links nicht. Letztere besteht aus 90 Vol.-% Ar und 10 Vol.-% Kr. Die Zündspannung gilt für einen verschwindenden Hg-Dampfdruck, also sozusagen für einen Tieftemperaturgrenzwert. Auch wenn in der Praxis natürlich endliche, wenngleich relativ niedrige Hg-Dampfdrücke zu berücksichtigen sind, werden die qualitativen Verhältnisse aus 4 gut deutlich.
Der sich ergebende Wert von über 550 V ist für die Schaltungstechnik des Vorschaltgeräts ungünstig. Die ebenfalls dargestellte Mischung aus 60 Vol.-% Ne und 40 Vol.-% Kr zeigt, dass sich mit einer geeigneten Abstimmung zwischen diesen beiden Edelgasen deutlich niedrigere aber auch nicht zu niedrige Zündspannungen erreichen lassen, im vorliegenden Fall knapp 400 V. Allerdings hat sich herausgestellt, dass ein Restanteil von Ar für die Effizienz der Lichterzeugung vorteilhaft ist. Die dritte dargestellte Gasfüllung enthält daher 5 Vol.-% Ar und ist gegenüber der zweiten Gasfüllung anteilig im Ne- und den Kr-Wert reduziert.
Bei dem vierten Beispiel ganz rechts liegen bereits 15 Vol.-% Ar vor und dementsprechend nur noch anteilig reduzierte 51 Vol.-% Ne und 34 Vol.-% Kr. Der Bereich zwischen 5 und 15 Vol.-% Ar wird erfindungsgemäß als besonders günstig angesehen. Bei Werten unter 5 Vol.-% ergibt sich keine ausgeprägte Wirkung auf die Lichterzeugungseffizienz mehr, bei Werten über 15 Vol.-% wird, wie bereits 4 veranschaulicht, die Brennspannung immer höher.
5 zeigt im Vergleich die dritte (5 Vol.-% Ar, 57 Vol.-% Ne, 38 Vol.-% Kr) Gasfüllung (Kennlinie 3) und die vierte (15 Vol.-% Ar, 51 Vol.-% Ne, 34 Vol.-% Kr) Gasfüllung (Kennlinie 4) aus 4 und reines Ar (Kennlinie 5) jeweils als Strom-Spannungs-Kennlinie, also Dimmkennlinie, einer 54 W-Stablampe gemäß 3, wobei der Strom I in A und die Brennspannung U in V angegeben sind. Man erkennt deutlich, dass sich insbesondere im Bereich kleinerer Lampenströme, also niedrigerer Brennspannungen, im Vergleich zu reinem Ar deutliche Spannungsverringerungen ergeben, die die Stabilität der Strom- oder Leistungsregelung des Dimmbetriebs und die Auslegung des elektronischen Vorschaltgeräts erleichtern. Man erkennt auch hier, dass die erfindungsgemäße Gasfüllung mit dem höheren Ar-Anteil von 15 Vol.-% diesen Vorteil gegenüber der ebenfalls erfindungsgemäßen Gasfüllung mit 5 Vol.-% Ar in geringerem Maße zeigt. Andererseits ergibt sich ein umgekehrtes Verhalten hinsichtlich der Lichterzeugungseffizienz. Im Einzelfall muss also ein geeigneter Kompromiss gefunden werden.
Bei den hier vorgestellten erfindungsgemäßen Gasfüllungen sind keine weiteren Edelgase enthalten und Verunreinigungen nur in einem unerheblichen Umfang vorhanden. Bei den obigen Beispielen für die Gasfüllungen wurde ein Verhältnis von Ne zu Kr von näherungsweise 3:2 eingehalten. Von die sem Verhältnis kann auch abgewichen werden, wobei ein höherer Ne-Anteil die Brennspannung erhöht und ein höherer Kr-Anteil die Brennspannung verringert.

Claims

Niederdruckgasentladungslampe mit einem Entladungsgefäß (2, 17) und einer Gasfüllung in dem Entladungsgefäß (2, 17), dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung besteht aus: – 25 Vol.-% bis 70 Vol.-% Ne, – bis 25 Vol.-% Ar, – bis 10 Vol.-% weitere Edelgase und übliche Verunreinigungen und – als Rest Kr.
Lampe nach Anspruch 1, bei der die untere Grenze des Ne-Anteils der Gasfüllung bei, in der gegebenen Reihenfolge zunehmend bevorzugt, 35 Vol.-%, 40 Vol.-%, 44 Vol.-%, 46 Vol.-%, 48 Vol.-% und die obere Grenze bei, in der gegebenen Reihenfolge zunehmend bevorzugt 65 Vol.-%, 60 Vol.-%, 57 Vol.-% liegt.
Lampe nach Anspruch 1 oder 2, bei der die untere Grenze des Ar-Anteils der Gasfüllung bei, in der gegebenen Reihenfolge zunehmend bevorzugt, 2 Vol.-%, 4 Vol.-%, 5 Vol.-% und die obere Grenze bei, in der gegebenen Reihenfolge zunehmend bevorzugt 20 Vol.-%, 17 Vol.-%, 15 Vol.-% liegt.
Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die obere Grenze der Anteile der weiteren Edelgase einschließlich üblicher Verunreinigungen der Gasfüllung bei, in der gegebenen Reihenfolge zunehmend bevorzugt, 8 Vol.-%, 6 Vol.-%, 4 Vol.-%, 2 Vol.-% liegt.
Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Hg-Amalgam (9, 10, 23) als Dampfdruck regelnde Hg-Quelle, welche Lampe so ausgelegt ist, dass das Hg-Amalgam (9, 10, 23) im Normalbetrieb eine Temperatur von 100 °C bis 170 °C erreicht.
Lampe nach Anspruch 5, bei der das Hg-Amalgam (9, 10, 23) gebildet ist aus einem Hg-Anteil und einem Masteralloy, wobei das Masteralloy der allgemeinen Formel In_a-eX_bY_cZ_dR_e entspricht, wobei: X zumindest ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe aus Ag, Cu, Sn, Y zumindest ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe Pb, Zn, Z mindestens ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe aus Ni, Te, R Zusätze von Bi, Sb, Ga und übliche Reste umfasst, und wobei für a, b, c, d, e gilt: 70% ≤ a ≤ 98%, b ≤ 25%, c ≤ 25%, d ≤ 20%, e ≤ 15%, und wobei ferner gilt 2% ≤ b, wenn c = 0%, 5% ≤ b, wenn X Cu ist, d ≤ 5%, wenn Z Ni ist, und e ≤ 5%, wenn R Ga ist.
Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Entladungsrohr (2), das zumindest teilweise helixförmig um einen axialen Freiraum gewunden ist, und einem an dem Entladungsrohr (2) ansetzenden Rohrstück (8), wobei das Rohrstück (8) an dem Entladungsrohr (2) an einem Ende (5) der Helixform ansetzt und sich von dort im Wesentlichen achsparallel innerhalb der Helixform erstreckt und das Rohrstück (8) mindestens eine Hg-Quelle (9, 10, 14) enthält und die Hg-Quelle (9, 10, 14) innerhalb der Helixform angeordnet ist.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die als Stablampe mit einem langgestreckten Entladungsgefäß (17) ausgestaltet ist.
Lampe nach Anspruch 8, bei der das Entladungsgefäß (17) einen Rohrdurchmesser von höchstens 16 mm (T5) aufweist.