DE102006037549A1

DE102006037549A1 - Quecksilberamalgam für eine Entladungslampe und Entladungslampe

Info

Publication number: DE102006037549A1
Application number: DE200610037549
Authority: DE
Inventors: Holger Hein
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-14
Also published as: WO2008017654A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Quecksilberamalgam für eine Entladungslampe, mit einem Quecksilberanteil und einem Masteralloy, welcher Wismut, Indium und Zinn umfasst, wobei der Anteil an Wismut jeweils größer als der Anteil von Indium und größer als der Anteil von Zinn und größer als der Anteil von Quecksilber ist. Die Erfindung betrifft auch eine Entladungslampe mit einem Quecksilberamalgam.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Quecksilberamalgam zur Verwendung als Verdampfungsmedium für eine Entladungslampe, mit einem Quecksilberanteil und einer Masterlegierung, welche Wismut, Indium und Zinn umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Entladungslampe, insbesondere eine Niederdruckentladungslampe.
Stand der Technik
Quecksilber-Niederdruckentladungslampen erreichen mehr als 90 % ihres maximalen Lichtstroms in einem relativ begrenzten Umgebungstemperaturbereich. Die Breite dieses Temperaturbereichs beträgt etwa 30°C. Mit Quecksilberlegierungen wie beispielsweise BiIn₃₂Hg₄ oder InAg₄Hg₁₀ lässt sich dieser Bereich etwas vergrößern. Der Lichtstrom wird vom Quecksilberdampfdruck gesteuert und Ziel der Amalgame ist es, den optimalen Quecksilberdampfdruck über weite Temperaturbereiche konstant zu halten. Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Quecksilberamalgam ist das genannte BiIn₃₂Hg₄. Dieses hat kein ausgeprägtes Dampfdruckplateau, zeigt aber relativ gute Anlaufeigenschaften. Demgegenüber hat das ebenfalls genannte InAg₄Hg₁₀ ein relativ ausgeprägtes Dampfdruckplateau, was zu einem relativ breiten Temperaturbereich führt, in dem der Lichtstrom größer als 90 % beträgt. Allerdings ist bei diesem Amalgam das Anlaufverhalten nicht optimal.
Darüber hinaus ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 018 105 A1 ein Quecksilberamalgam für erhöhte Temperaturen in Entladungslampen bekannt, welches einen Quecksilberanteil und ein Masteralloy umfasst. Die Zusammensetzung des Masteralloys kann aus einer Vielzahl von Elementen erfolgen und dadurch auch ein Quecksilberamalgam ermöglichen, welches Wismut, Indium und Zinn umfasst. Allerdings sind die Gewichtsanteile so verteilt, dass das Wismut kleiner 15 %, das Zinn kleiner 25 % und das Indium größer 70 % beträgt. Darüber hinaus ist der Quecksilberanteil zwischen 3 % und 20 %.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Quecksilberamalgam, welches ein Masteralloy mit einem Wismut-, Indium- und Zinnanteil umfasst, so auszubilden, dass ein im Wesentlichen konstanter Quecksilberdampfdruck über einen erweiterten Temperaturbereich ermöglicht wird. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Entladungslampe so auszubilden, dass ein relativ hoher Lichtstrom über einen erweiterten Umgebungstemperaturbereich möglich ist.
Diese Aufgaben werden durch ein Quecksilberamalgam, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, und eine Entladungslampe, welche die Merkmale nach Patentanspruch 9 aufweist, gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Quecksilberamalgam zur Verwendung als Verdampfungsmedium zur Dampfdruckregelung für eine Entladungslampe umfasst einen Quecksilberanteil und ein Masteralloy, welches Wismut, Indium und Zinn umfasst. Das Masteralloy und der Quecksilberanteil können auch als eine Legierung (Amalgam) in der Entladungslampe appliziert sein. Bei dem Quecksilberamalgam ist der Anteil von Wismut jeweils größer als der Anteil von Indium und größer als der Anteil von Zinn und größer als der Anteil von Quecksilber. Durch die einzelnen Legierungsbestandteile kann eine Legierung erzeugt werden, die einen großen Schmelzbereich aufweist. Dabei erhöhen Wismut und Zinn den Dampfdruck und Indium wirkt erniedrigend für den Dampfdruck. Dadurch kann die Dampfdruckregelung und somit der optimale Quecksilberdampfdruck über einen erweiterten Temperaturbereich im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Bevorzugt ist der Gewichtsanteil von Wismut größer als 50, insbesondere größer als 55. Prozentual ist somit der Anteil von Wismut größer als die Summe der Anteile aller anderen Elemente des Quecksilberamalgams. Bevorzugt ist der Gewichtsanteil von Wismut zwischen 56 und 59 und insbesondere 58. Gerade in diesem prozentualen Gewichtsanteil von Wismut im Hinblick auf die Gesamtzusammensetzung des Quecksilberamalgams lässt sich eine besonders günstige Quecksilberdampfdruckregelung über einen wesentlich erweiterten Temperaturbereich beim Einsatz in Entladungslampen erreichen.
Bevorzugt ist der Gewichtsanteil von Zinn jeweils größer als der Gewichtsanteil von Indium und größer als der Gewichtsanteil von Quecksilber. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Gewichtsanteil von Zinn größer 30, insbesondere größer 35, ist. Im Vergleich zu den anderen Elementen des Quecksilberamalgams weist das Zinn somit prozentual einen Gewichtsanteil auf, welcher nur kleiner als der Anteil von Wismut ist. Durch diese Gewichtsanteilswahl kann eine weitere Verbesserung im Hinblick auf die Dampfdruckregelung des Quecksilberamalgams erreicht werden. Bevorzugt ist der Gewichtsanteil von Zinn zwischen 37 und 40 Gewichtsanteilen, insbesondere 38.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Gewichtsanteil von Indium zwischen 2 und 6, insbesondere 3. Der relativ geringe Gewichtsanteil von Indium trägt ebenfalls vorteilhaft zu einem relativ konstanten Quecksilberdampfdruck über einen erhöhten Temperaturbereich bei.
Bevorzugt ist der Gewichtsanteil von Quecksilber jeweils kleiner als der Gewichtsanteil von Wismut und kleiner als der Gewichtsanteil von Zinn und kleiner als der Gewichtsanteil von Indium. Bevorzugt ist dieser Gewichtsanteil von Quecksilber kleiner 2, insbesondere zwischen 1,5 und 0,5 und besonders bevorzugt 0,7.
Durch die Anpassung der Legierungsbestandteile von Wismut bevorzugt zwischen 56 und 59 Gewichtsanteilen, von Zinn bevorzugt zwischen 37 und 40 Gewichtsanteilen, von Indium bevorzugt zwischen 2 und 6 Gewichtsanteilen und von Quecksilber bevorzugt von 0,5 bis 1,5 Gewichtsanteilen, lässt sich bei einem Einsatz in einer Entladungslampe das Dampfdruckplateau auf einen optimalen Dampfdruck über einen wesentlich erweiterten Temperaturbereich konstant halten. Insbesondere lässt sich bei diesen bevorzugten Intervallen der Legierungsbestandteile das Dampfdruckplateau auf einem optimalen Dampfdruck bei Entladungslampen mit Rohrdurchmessern T2 bis T8 anpassen.
Durch das vorgeschlagene Quecksilberamalgam kann ein optimaler Quecksilberdampfdruck über einen Temperaturbereich von etwa 100°C im Wesentlichen konstant gehalten werden. Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Quecksilberamalgam auch relativ gute Anlaufeigenschaften, welche zumindest den Anlaufeigenschaften entsprechen, wie es das BiIn₃₂Hg₄-Amalgam aufweist. Amalgame, die ähnliche Anlaufeigenschaften haben, enthalten im Allgemeinen jedoch auch Blei, wodurch dazu jedoch eine Ausnahmegenehmigung für deren Verwendung erforderlich ist.
Eine erfindungsgemäße Entladungslampe umfasst ein erfindungsgemäßes Quecksilberamalgam oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon, wobei die Entladungslampe so ausgelegt ist, dass das Quecksilberamalgam im Normalbetrieb eine Temperatur zwischen 70°C und 140°C und insbesondere zwischen 100°C und 140°C erreicht.
Bevorzugt sind die Anteile des Quecksilbers und die Elemente des Masteralloys so gewählt, dass das Quecksilberamalgam einen Temperaturbereich von etwa 100°C oder mehr aufweist, in dem der Lichtstrom der Entladungslampe größer als 90 % ist. Bevorzugt wird bei etwa 25°C Umgebungstemperatur in verschiedenen Brennlagen in etwa 100 % des Lichtstroms erreicht.
Die Entladungslampe umfasst bevorzugt ein Entladungsgefäß, welches zumindest bereichsweise rohrförmig, insbesondere gekrümmte Rohre, ausgebildet ist und der Durchmesser des rohrförmigen Bereichs den Rohrdurchmessern T2 bis T8 entsprechen kann. Die Kürzel sind Rohrdurchmessern von 2/8 Inch bis 1 Inch zugeordnet.
Das Quecksilberamalgam ist bevorzugt als Kugel ausgebildet und in einem Pumprohr der Entladungslampe angeordnet, welches im Falle eines spiralförmigen Entladungsgefäßes auch auf der Achse des Lampenkörpers angeordnet sein kann, wie dies beispielsweise in der DE 10 2004 018 104 A1 bekannt ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Quecksilberamalgam auf einem Metallträger angeordnet ist, der sich auch im Entladungsraum befinden kann. Somit kann das Quecksilberamalgam bei unterschiedlichsten Typen von Entladungslampen eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm, in dem Dampfdruckkurven eines aus dem Stand der Technik bekannten BiInHg-Amalgams dargestellt sind; und
2 ein Diagramm, in dem Dampfdruckkurven von erfindungsgemäßen Quecksilberamalgamen dargestellt sind;
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 sind Dampfdruckkurven des Quecksilbers in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur eines aus dem Stand der Technik bekannten BiInHg-Amalgams dargestellt. Die vier gezeigten Dampfdruckkurven 1 bis 4 zeigen im Bereich zwischen 50°C und etwa 100°C einen im Wesentlichen überlap penden Kurvenverlauf. Im Bereich von etwa größer 100°C laufen die vier Kurven auseinander. Die vier Dampfdruckkurven charakterisieren BiInHg-Amalgame, bei denen die Gewichtsanteile des Indiums und des Quecksilbers variiert sind.
In 2 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem der Dampfdruck des Quecksilbers in Abhängigkeit der Temperatur eines erfindungsgemäßen Quecksilberamalgams dargestellt ist. In diesem Diagramm sind drei verschiedene Dampfdruckkurven gezeigt, welche im Hinblick auf die unterschiedlichen Gewichtsanteile der Elemente zu verschiedenen Quecksilberamalgamen zugeordnet sind.
So zeigt die Kurve 5 einen Dampfdruckverlauf in Abhängigkeit der Temperatur des Bi₅₈Sn₃₈In₃Hg_0,7-Amalgams. Im Diagramm ist ein Temperaturbereich zwischen 70°C und 170°C dargestellt. Wie zu erkennen ist, steigt die Kurve 5 ausgehend von einem Dampfdruckwert von etwa 0,55 Pa bei 70°C bis auf einen Wert von etwa 1,9 Pa bei einer Temperatur von etwa 115°C an. Im Nachfolgenden fällt der Dampfdruck bis zu einer Temperatur von etwa 132°C auf einen Wert von etwa 1,3 Pa wieder ab und steigt dann stetig bis zum einem Wert von etwa 4,5 Pa bei 170°C an.
Eine andere Zusammensetzung des Quecksilberamalgams ist durch das Bi₅₇Sn₃₇In_5,5Hg_1,2-Amalgam gegeben. Der Dampfdruckverlauf dieses Amalgams ist durch die Kurve 6 in 2 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Dampfdruck bei 70°C etwa einen Wert von 0,25 Pa aufweist und dieser stetig ansteigt bis auf einen Wert von etwa 1,6 Pa bei einer Temperatur von etwa 120°C. Ausgehend davon fällt der Dampfdruck bis zur Temperatur von etwa 128°C nur unwesentlich ab. Bei höheren Temperaturen steigt der Dampfdruck stetig an und erreicht bei einer Temperatur von 170°C etwa einen Wert von 7,8 Pa.
Des Weiteren ist ein Dampfdruckverlauf eines Bi₅₈Sn₃₇In₄Hg₁-Amalgams durch die Kurve 7 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass der Dampfdruck bei 70°C einen Wert von etwa 4,8 Pa aufweist und ausgehend davon auf einen Wert von etwa 1,9 Pa bei einer Temperatur von etwa 120°C ansteigt. Ausgehend davon fällt der Dampfdruck relativ leicht ab und erreicht bei etwa 130°C einen Wert von 1,6 Pa. Zu höheren Temperaturen hin steigt der Dampfdruck dann stetig an und erreicht bei 170°C einen Wert von etwa 5,7 Pa.

Claims

Quecksilberamalgam für eine Entladungslampe, insbesondere eine Quecksilber-Niederdruckentladungslampe, mit einem Quecksilberanteil und einem Masteralloy, welcher Wismut, Indium und Zinn umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Wismut jeweils größer als der Anteil von Indium und größer als der Anteil von Zinn und größer als der Anteil von Quecksilber ist.
Quecksilberamalgam nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Wismut größer als 50, insbesondere größer als 55, ist.
Quecksilberamalgam nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Wismut zwischen 56 und 59, insbesondere 58, ist.
Quecksilberamalgam nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Zinn jeweils größer als der Gewichtsanteil von Indium und größer als der Gewichtsanteil von Quecksilber ist.
Quecksilberamalgam nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Zinn größer 30, insbesondere größer 35, insbesondere zwischen 37 bis 40, ist.
Quecksilberamalgam nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Indium zwischen 2 und 6, insbesondere 3, ist.
Quecksilberamalgam nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Quecksilber jeweils kleiner als der Gewichtsanteil von Wismut und kleiner als der Gewichtsanteil von Zinn und kleiner als der Gewichtsanteil von Indium ist.
Quecksilberamalgam nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Quecksilber kleiner 2, insbesondere zwischen 1,5 und 0,5, insbesondere 0,7, ist.
Entladungslampe mit einem Quecksilberamalgam nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche so ausgelegt ist, dass das Quecksilberamalgam im Normalbetrieb eine Temperatur zwischen 100°C und 170°C erreicht.
Entladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile des Quecksilbers und der Elemente des Masteralloys so gewählt sind, dass das Quecksilberamalgam einen Temperaturbereich von etwa 100°C aufweist, in dem der Lichtstrom der Entladungslampe größer als 90 % ist.
Entladungslampe nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein Entladungsgefäß, welches zumindest bereichsweise rohrförmig, insbesondere mit zumindest bereichsweise gekrümmten Rohr, ausgebildet ist und der Durchmesser des rohrförmigen Bereichs zwischen 2/8 Inch und einem Inch beträgt.
Entladungslampe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Quecksilberamalgam als Kugel ausgebildet ist und in einem Pumprohr der Entladungslampe angeordnet ist.
Entladungslampe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Quecksilberamalgam auf einem Metallträger angeordnet ist.