DE1140286B - Quecksilberniederdruckentladungslampe mit erhoehter elektrischer und/oder thermischer Belastbarkeit, insbesondere Leuchtstofflampe - Google Patents

Description

INTERNAT. KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

P 26925 Vinc/21f

ANMELDETAG: 7. APRIL 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 29. NOVEMBER 1962

Das Hauptpatent 1 086 804 betrifft Quecksilberniederdruckentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, bei denen die Brennspannung vornehmlich weniger als zwei Drittel der Versorgungsspannung beträgt und in deren Entladungsgefäß ein Amalgam enthalten ist. Zur Erzielung einer erhöhten elektrischen und/oder thermischen Belastbarkeit der Lampen sind die Amalgame derartig ausgewählt und zusammengesetzt und an solchen Stellen angebracht, die keine wesentlich höheren Temperaturen haben als die der Entladung ausgesetzten Teile des Gefäßes, so daß bei den in der Lampe herrschenden Temperaturen in kurzer Zeit der Gleichgewichtszustand erreicht wird, bei dem ein Quecksilberdampfdruck herrscht, welcher tiefer ist und damit eine höhere Strahlungsausbeute der Quecksilberresonanzstrahlung gewährleistet als der Quecksilberdampfdruck in Lampen mit freiem Quecksilber ohne Amalgame bei gleicher Temperatur.

Es ist bekannt, daß in einer Quecksilberniederdruckentladungslampe der als Schicht auf der Innenwand des Kolbens aufgebrachte Leuchtstoff durch die im Quecksilberdampf erzeugte Resonanzstrahlung zur Lichtemission angeregt wird und daß diese Quecksilberresonanzstrahlung bei einem bestimmten und verhältnismäßig niedrigen Quecksilberdampfdruck (etwa bei 5 · 10~³ Torr) einen optimalen Wert hat. Bei erhöhter thermischer oder elektrischer Belastung der Lampe steigt die Temperatur und gleichzeitig der Quecksilberdampfdruck in der Lampe, was eine Abnahme der Ausbeute der Resonanzstrahlung zur Folge hat; die Anregung des Leuchtstoffes ist dadurch geringer, als bei der erhöhten Belastung zu erwarten wäre, so daß auch die Lichtausbeute der Lampe entsprechend geringer ist. Wie im Hauptpatent beschrieben, wirkt nun das in der Lampe vorhandene Amalgam der durch die erhöhte thermische und elektrische Belastung bewirkten Temperaturerhöhung entgegen, indem es den Dampfdruck in der Lampe erniedrigt, so daß die Lichtausbeute trotz der höheren Belastung der Lampe wieder zunimmt und der Wirkungsgrad der Lampe verbessert wird. Dabei ist die Größe der Dampfdruckerniedrigung abhängig von der Zusammensetzung des Amalgams, sowohl hinsichtlich des gewählten amalgambildenden Metalls als auch dessen quantitativen Anteils an der Legierung.

Cadmium, Thallium, Indium, Alkali- und Erdalkalimetalle, Blei, Zink usw. wurden als amalgambildende Metalle verwendet. Damit diese Metalle ihre den Dampfdruck erniedrigende Wirkung entfalten können, ist aber, wie schon im Hauptpatent erwähnt, noch eine Bedingung zu erfüllen. Die Metalle müssen sich an ganz bestimmten Stellen in der Lampe befinden, und Quecksilberniederdruckentladungslampe
mit erhöhter elektrischer und/oder

thermischer Belastbarkeit,
insbesondere Leuchtstofflampe

Zusatz zum Patent 1 086 804

Anmelder:

Patent -Treuhand - Gesellschaft

für elektrische Glühlampen m. b. H.,

München 2, Windenmacherstr. 6

Dr. Herbert Dziergwa, Berlin-Nikolassee,

und Lothar Busch, Berlin-Wilmersdorf,

sind als Erfinder genannt worden

zwar an Stellen mit nicht zu hoher Temperatur. Bei der technischen Herstellung solcher hochbelastbaren Lampen ist daher die gute Haftfähigkeit der eingebrachten Metalle bzw. Amalgame ein wichtiges Erfordernis. Es ist bereits bekannt, Amalgame zu verwenden, die unter anderem ein Metall niedrigen Schmelzpunktes enthalten, und das Amalgam durch Erwärmung, gegebenenfalls unter gleichzeitiger Anwendung von Druck, z. B. durch Anwendung von Druckluft, an der gewünschten Stelle zum Haften zu bringen. Trotz der soeben beschriebenen Maßnahmen bleibt die Haftfähigkeit ein kritischer Punkt bei der Technologie der Amalgamlampen, besonders wenn zu erwarten ist, daß die Lampen hohen mechanischen Beanspruchungen, z. B. Erschütterungen und Stößen, ausgesetzt sind, wie sie beispielsweise bei der Verwendung der Lampen zur Beleuchtung in Verkehrsmitteln, z. B. in Eisenbahnen, oder bei unsachgemäßer Montage auftreten können.

In weiterer Ausbildung der Erfindung nach dem Hauptpatent genügen diesen und anderen weiter unten zu erläuternden Anforderungen die Quecksilberniederdruckentladungslampen mit erhöhter elektrischer und/oder thermischer Belastbarkeit, insbesondere Leuchtstofflampen, in deren Entladungsgefäß ein Amalgam enthalten ist, dadurch, daß das Amalgam aus einem Dreistoffsystem besteht, das so zusammen-

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gesetzt ist, daß sein unterer Schmelzpunkt nicht unter im System Quecksilber—Cadmium—Indium liegt, 90° C-liegt, und daß es noch bei Erschütterungen der welches begrenzt ist durch die Forderungen, daß der Lampe bis an die Bruchgrenze des Glases fest an seiner Gehalt an Cadmium [Cd], in Atomprozent gerechnet, Anbringungsstelle haftet. Solche Dreistoffsysteme erstens nicht größer sein darf als 70 Atomprozent, lassen sich sicher fixieren, da sie den großen Vorteil 5 zweitens bei einem Quecksilbergehalt zwischen 0,5 haben, daß sie bei den in hochbelastbaren Lampen und 75 Atomprozent nicht kleiner sein darf, als der erhöhten Betriebstemperaturen und demnach auch bei Beziehung [Hg] + 3 [Cd] = 150 Atomprozent entder an der Anbringungsstelle des Amalgams Vorhände- spricht, oder in einem zweiten daran anschließenden nen erhöhten Temperatur, die im allgemeinen unter Gebiet/? mit hohem Indiumgehalt, dessen Queck-90⁰C liegt, zwar plastisch verformbar sind, aber noch io silbergehalt zwischen 0,5 und 15 Atomprozent liegt durchgehend im festen Aggregatzustand verbleiben, und dessen Cadmiumgehalt kleiner ist, als der Bed. h. daß das Amalgam seinen unteren Schmelzpunkt ziehung [Hg] + 3 [Cd] = 150 Atomprozent entspricht, nicht erreicht, wobei als unterer Schmelzpunkt im wobei sich der Indiumgehalt [In] aus der Bedingung Sinne der Phasenlehre der physikalischen Chemie [Hg] + [Cd] + [In] = 100 Atomprozent ergibt. Bediejenige Temperatur zu verstehen ist, bei welcher in dem 15 sonders günstige Ergebnisse wurden durch die Verbetreffenden System noch keinerlei flüssige Phasen Wendung eines Indium-Cadmium-Amalgams erzielt, auftreten. Dementsprechend ist als oberer Schmelz- dessen Zusammensetzung entweder in einem Gebiet λ punkt diejenige Temperatur zu verstehen, bei der im System Quecksilber—Cadmium—Indium liegt, keinerlei feste Phasen mehr auftreten. Zwischen beiden welches begrenzt ist durch die Forderungen, daß der Temperaturwerten erhält man stets ein Gemisch von ao Gehalt an Cadmium [Cd], in Atomprozent gerechnet, flüssigen und festen Bestandteilen von meist breiartiger erstens nicht größer sein darf als 65 Atomprozent, Konsistenz. Durch die Forderung, daß das Amalgam zweitens bei einem Quecksilbergehalt zwischen 0,5 und nur im festen Zustand vorliegen soll, interessiert bei 65 Atomprozent nicht kleiner sein darf, als der Beder vorliegenden Erfindung nur der untere Schmelz- ziehung [Hg] + 3 [Cd] = 170 Atomprozent entspricht, punkt. 25 oder in einem zweiten daran anschließenden Gebiet β

Die erfindungsgemäßen Dreistoffsysteme zeigen mit hohem Indiumgehalt, dessen Quecksilbergehalt überraschenderweise in bezug auf die Haftfähigkeit die zwischen 0,5 und 10 Atomprozent liegt und dessen Eigenschaft eines hervorragenden Klebemittels. Im Cadmiumgehalt kleiner ist, als der Beziehung [Hg[ Gegensatz zu den aus der Technik der vakuumdichten + 3 [Cd] = 170 Atomprozent entspricht, wobei sich Verbindungen von Glas mit anderen Materialien, 30 der Indiumgehalt [In] aus der Bedingung [Hg] + [Cd] beispielsweise mit Metall, bekannten nichtmetallischen + [In] = 100 Atomprozent ergibt. Ein für die Lampen organischen oder anorganischen Klebemitteln, die dazu besonders bevorzugter Bereich ist durch einen Queckneigen, bei den in den Lampen herrschenden Betriebs- silbergehalt zwischen 20 und 45 Atomprozent gekenntemperaturen den Dampfdruck in unzulässiger Weise zeichnet.

zu erhöhen, und sich damit nachteilig auf Spannungs- 35 Die Zusammensetzungsmöglichkeiten der Amalgame gradient und Lichtausbeute der Lampe auswirken, nach der Erfindung lassen sich als Diagramm in haben die Dreistoffsysteme Hg—Sn—Cd, Hg—Bi—Cd, Dreieckkoordinaten wiedergeben, wie es in der Figur besonders aber die Indium enthaltenden Dreistoff- für die Indium-Cadmium-Amalgame dargestellt ist, systeme Hg—In—Ή, Hg—In—Zn und Hg—In—Cd wobei je eine Koordinate den Cadmium- bzw. den einen ausgesprochen niedrigen Dampfdruck und eine 40 Indium- bzw. den Quecksilbergehalt der Legierung den Quecksilberdampfdruck stark erniedrigende Wir- angibt. Das für die Zusammensetzung mögliche Gebiet kung. Die ebenfalls von den vakuumdichten Ver- setzt sich aus den Teilgebieten α und β zusammen, bindungen her bekannten metallischen Klebemittel Dabei ist der Bereich « begrenzt durch die Geraden haben entweder nicht die Haftfähigkeit der Amalgame Cadmium gleich 70 Atomprozent (vorzugsweise nach der Erfindung oder nicht deren starke, den 45 65 Atomprozent), Quecksilber gleich 0,5 Atomprozent, Dampfdruck erniedrigende Wirkung. Indium gleich 0 Atomprozent und durch die Gerade

Die starke dampfdruckerniedrigende Wirkung und A₁A₂ (bzw. A₁ ¹A₂' für den Vorzugsbereich), die durch der Fortfall jeglichen zusätzlichen Klebemittels bei die Beziehung [Hg] + 3 [Cd] — 150 Atomprozent den erfindungsgemäßen Amalgamen gestattet mit (bzw. [Hg] + 3 [Cd] = 170 Atomprozent) gegeben ist. geringen Amalgamen auszukommen, wodurch die 50 Der Bereich β wird begrenzt durch die Geraden Beanspruchung durch das Eigengewicht und dadurch Quecksilber gleich 0,5 Atomprozent, Quecksilber die Gefahr des Loslösens von der vorbestimmten Stelle, gleich 15 Atomprozent (vorzugsweise 10 Atomprozent), auch bei nur kleiner Haftfläche, herabgesetzt wird. Cadmium gleich 0 Atomprozent und durch die Gerade

Ein weiterer großer Vorteil bei den Amalgamen A₁A₂ (bzw. A₁A₂' für den Vorzugsbereich), die durch nach der Erfindung ist die geringe Anzahl ihrer Korn- 55 die oben angeführten Beziehungen gegeben sind. Der ponenten. Legierungen oder Legierungsgemische, die für die Lampen besonders bevorzugte Bereich liegt aus vielen Komponenten bestehen, neigen zur Aus- zwischen den Geraden A₁A₂' und Cadmium gleich bildung mehrerer nebeneinander existierender chemi- 65 Atomprozent und ist gekennzeichnet durch einen scher Phasen, deren Verhalten unübersichtlich ist und zwischen 45 und 20 Atomprozent liegenden Queckdie sich während des Betriebes der Lampe langsam 60 silbergehalt. Indium-Cadmium-Amalgame dieser Zuumwandeln können, wobei sich die Haftfälligkeit und sammensetzung bewirken eine Dampfdruckerniedriauch die den Dampfdruck erniedrigende Wirkung gung, die einer Temperaturdifferenz von etwa 20 ändern können. bis 45° C entspricht, um die die Temperatur einer

Nach der Erfindung hat sich hinsichtlich der Lampe mit nur Quecksilberfüllung niedriger liegen Solidustemperatur, guter Haftfähigkeit und den 65 müßte, damit in dieser Lampe der gleiche Dampfdruck Dampfdruck erniedrigender Wirkung als vorzüglich vorhanden ist.

geeignet ein Indium-Cadmium-Amalgam erwiesen, Mit den Legierungen gemäß der Erfindung ist es

dessen Zusammensetzung entweder in einem Gebiet <x demnach möglich, Lampen herzustellen, die sowohl

elektrisch und thermisch als auch besonders mechanisch — bis an die Bruchgrenze des Glases — hochbelastbar sind.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Quecksilberniederdruckentladungslampe mit erhöhter elektrischer und/oder thermischer Belastbarkeit, insbesondere Leuchtstofflampe, bei der die Brennspannung vornehmlich weniger als zwei Drittel der Versorgungsspannung beträgt und in deren Entladungsgefäß ein Amalgam an solchen Stellen enthalten ist, die keine wesentlich höheren Temperaturen haben als die der Entladung ausgesetzten Teile des Gefäßes, nach Patent 1 086 804, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam aus einem Dreistoffsystem besteht, das so zusammengesetzt ist, daß sein unterer Schmelzpunkt nicht unter 9O⁰C liegt und daß es noch bei Erschütterungen der Lampe bis an die Bruchgrenze des Glases fest an seiner Anbringungsstelle haftet.

2. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dreistoffsysteme Hg—Sn-Cd, Hg—Bi-Cd, Hg—In—Tl, Hg—In—Zn oder Hg—In—Cd verwendet werden.

3. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Indium-Cadmium-Amalgam verwendet wird, dessen Zusammensetzung entweder in einem Gebiet « im System Quecksilber-Cadmium-Indium liegt, welches begrenzt ist durch die Forderungen, daß der Gehalt an Cadmium [Cd], in Atomprozent gerechnet, erstens nicht größer sein darf als 70 Atomprozent, zweitens bei einem Quecksilbergehalt zwischen 0,5 und 75 Atomprozent nicht kleiner sein darf, als der Beziehung [Hg + 3 [Cd] = 150 Atomprozent entspricht, oder in einem zweiten daran anschließenden Gebiet β mit hohem Indiumgehalt, dessen Quecksilbergehalt zwischen 0,5 und 15 Atomprozent liegt und dessen Cadmiumgehalt kleiner ist, als der Beziehung [Hg] + 3 [Cd] = 150 Atomprozent entspricht, wobei sich der Indiumgehalt [In] aus der Bedingung [Hg] + [Cd] + [In] = 100 Atomprozent ergibt.

4. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Indium-Cadmium-Amalgam verwendet wird, dessen Zusammensetzung entweder in einem Gebiet α im System Quecksilber—Cadmium—Indium liegt, welches begrenzt ist durch die Forderungen, daß der Gehalt an Cadmium [Cd], in Atomprozent gerechnet, erstens nicht größer sein darf als 65 Atomprozent, zweitens bei einem Quecksilbergehalt zwischen 0,5 und 65 Atomprozent nicht kleiner sein darf, als der Beziehung [Hg] + 3 [Cd] = 170 Atomprozent entspricht, oder in einem zweiten daran anschließenden Gebiet β mit hohem Indiumgehalt, dessen Quecksilbergehalt zwischen 0,5 und 10 Atomprozent liegt und dessen Cadmiumgehalt kleiner ist, als der Beziehung [Hg] + 3 [Cd] = 170 Atomprozent entspricht, wobei sich der Indiumgehalt [In] aus der Bedingung [Hg] + [Cd] + [In] = 100 Atomprozent ergibt.

5. Quecksilberniederdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Quecksilbergehalt zwischen 20 und 45 Atomprozent liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 086 804.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 709/157 11.6?.