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"Quecksilberdampfniederdruckentladungslampe mit Amalgam" @) Die Erfindung
betrifft eine Quecksilberdampfniederdruckentladungslampe, vorzugsweise Leuchtstofflampe,
die Amalgam enthält, das im Pumprohr angebracht ist. Der Dampfdruck in solchen Lampen
ist durch die Eigenschaft des Amalgams bestimmt, bei gleicher Temperatur einen niedrigeren
Quecksilberdampfdruck zu haben als freies Quecksilber.
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Bekannterweise ist für die Funktion des Amalgams innerhalb der Lampe
die Auswahl, die Zusammensetzung und der Anbringunsort des Amalgams bzw. des amalgambildenden
Metalles wichtig.
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Als Anbringungsort des Amalgams sind bereits verschiedene Stellen
in der Lampe bevorzugt worden. Beispielsweise ist es bekannt, das Amalgam als Pille
oder das amalgambildende Metall als Ringitreifen an der Entladungsgefäßwand oder
in einem um den -für diesen Fall verlängerten- Lampenfuß gelegten Nickelnetz in
der Lampe anzubringen. Oder das Amalgam wurde im Puaprohr am Fuß der Lampe untergebracht,
wobei, um den Abstand Elektrode/Amalgam gegenüber einer Standardlampe zu vergrößern,
entweder das Pumprohr oder die Stromzuführungen zu den Elektroden vergrößert wurden
(GB-PS 966 608g NL-PA 6 703 ißß; SU-PS 251 694).
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DaP Ziel der Erfindung ist eine Lampe, die in einem weiten Temperaturbereich
mit dem maximal erreichbaren Lichtstrom eingesetzt werden kann.
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*) 21 f, 82/02
Die Quecksilberdampfniederdruckentladungslampe,
vorzugsweise Lcuchtstofflampe, mit im Pumprohr angebrachtem Amalgam gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Pumprohr am Ende der Lanpe elektrische
oder mechanische Vorrichtungen vorgesehen sind, mit denen die Temperatur des Amalgais
geregelt werden kann. Bei dieser Lampe werden gegenüber der Standardleuchtstofflampe
weder das Pumprohr noch die Stromauführungen zur Elektrode verlängert.
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Bei einer Ausführung gemäß der Erfindung ist das Amalgan als Körper,
vorzugsweise in zylindrischer Form, unverrückbar im Pumprohr an einei Lampenende
angebracht, da sonst die Aoalgamteoperatur von der zufälligen Lage des Amalgams
im Pumprohr bestimmt würde. Beispielsweise wird das Amalgam mittels eines Drahtes
gehalten,der mit der äußeren Spitze des Pumpröhrchens verachmolzen ist. Zur Egalisierung
des Temperaturgradienten im Pumprohr ist dieses mit einer Hülse aus eine. Metall
guter Wärmeleitfähigkeit umgeben. Als elektrische Vorrichtung zur Regelung der Temperatur
des Amalgams im Pumprohr kann um die Metallhülse eine Heiswicklung angebracht sein,
die im Entladungsstroikreis liegen kann.
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Vorteilhaft für das Anlaufverhalten der Lampe ist es, wenn noch eine
zweite Heizwicklung auf die Metallhülse aufgebracht ist, die im Starterkreis der
Lampe liegt. Die Steuerung des Heizstromes durch die Wicklungen kann durch Parallelschalten
eines einstellbaren Widerstandes oder eines Heißleiters oder eines Bimetallschalters
zu der ersten Heizwicklung erfolgen. Dabei ist u. U.
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ein dritter elektrischer Außenkontakt an der Lampenseite Mit dem amalgamgefüllten
Pumprohr erforderlich. Soll zwecks Auswechselbarkeit der Lampen gesäß der Erfindung
gegen Standardlaipen der dritte Außenkontakt vermieden werden, so können die Steuerelemente
zwischen den beiden Sockelstiften, also elektrisch parallel zu den beiden Heizwicklungen,
angeordnet sein. Damit ist allerdings eine Verminderung des Regelbereichs verbunden.
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Die mit der Erfindung mögliche selbsttätige Regelung sei anhand der
Verwendung eines Heißlciters zur Steuerung aufgezeigt. Bei der Vorheizung der Wendel
lurch den Starter ist der Ileißleiter hochohmigs
der Vorheizstrom
fließt zu 80 bis 90 über die Heizwicklungen und die Wendel. Durch diese forcierte
reizung tritt im Gegensatz zu allen anderen Lampen mit Amalgam Quecksilber schon
vor der Zündung der Lampe aus dem Amalgam aus und erleichtert die Zündung. Nach
erfolgter Zündung fließt der Lampenstrom nur noch über eine der beiden Heizwicklungen
und den Heißleiter zum Netz ab. Dabei ist zu beachten, daß mit zunehmender Leuchtentemperatur
der Widerstand des Heißleiters abnimmt. Je niedriger aber der Widerstand des Helßleiters
ist, desto geringer ist der Strom durch die Heizwicklung, so daß bei den verschiedenen
Leuchtentemperaturen die Amalgamtemperatur und demzufolge der Lichtstrom nahezu
den gleichen optimalen Wert behalten, wie es auch die folgende Tabelle für eine
65 W-Leuchtstofflampe eindrucksvoll wiedergibt: Leuchtentemperatur COCI ao 40 60
80 100 120 Heißleiterwiderstand COhm] 25 11 6 3,7 2,5 1,6 Strom durch die Heizwicklung
cm 89 78 67 55 45 35 Heizleistung [%] 79 61 45 30 20 12 Temperaturerhöhung durch
Heizung noch 103 79 59 39 26 16 Temperatur des Pumproiires C°cJ (ohne zusätzliche
Heizung) 45 65 85 105 125 145 Amalgamtemperatur [°C] (mit zusätzlicher Heizung)
148 144 144 144 151 161 Lichtstrom [%] 100 100 100 100 99 97 Bei den hier angegebenen
Werten liegt der Heißleiter parallel zur im Entladungsstromkreis liegenden Heizwicklung.
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Bei Verwendung eines Bimetallschalters für die Anpassung an die Leuchtentemperatur
wird die Heizwicklung bei einer vorgegebenen Temperatur kurzgeschlossen.
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Die Regelung der Amalgamtemperatur kann auch -unter Ausnutzung des
großen Temperaturgradienten im Pumprohr- mechanisch durch Lageveränderung des Amalgams
im Pumprohr erfolgen. Dabei befindet sich keine Metallhülse um das Pumprohr. Eine
reproduzierbare, von der Lampentemperatur abhängige Veränderung des Ortes des Amalgams
Irann nach der Erfindung mittcls eines Bimetallbügels ausgeführt werden. Dabei ist
der Bimetallbügel ap einer von der Temperatur der Entladung beeinflußten Stelle
angeordnet, vorzugsweise in der Nähe der Elektrode. Ein Ende des Bimetallbügels
kann z. B. an der Mittel stütze der Elektrodenkappe befestigt sein, während das
andere Ende des Bügels mit einem das Amalgam tragenden Draht durch Schweißung oder
dergleichen verbunden ist. Bei Inbetriebnalime der Lampe befindet sich das Amalgam
in dem der Elektrode nahen Teil des Pumprohres, so daß es sich relativ schnell erwärmt,
wodurch der Anlauf der Lampe begünstigt wird. Mit steigender Lampentemperatur weitet
sich der Bimetallbügel und verschiebt das Amalgam an einen Ort niedrigerer Temperatur.
Auch hierbei erfolgt zumindest im bestimmten Umfang eine selbsttätige Regelung.
Bei dieser Temperaturregelung bleiben ebenfalls die Abmessungen der Enden der Standardlampe
unverändert.
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Zweckmäßigerweise wird bei den beschriebenen Regelungen gemäß der
Erfindung ein amalgambildendes Metall verwendet, dessen Schmelzpunkt bei einer Temperatur
liegt, die höher als die Betriebstemperatur der Lampe ist. Als besonders geeignet
hat sich als amalgambildendes bletall Cadmium erwiesen. Die Unterbringung des Amalgams
im Pumprohr ist für die erfindungsgemäße Regelung wegen der guten Zugänglichkeit
des Anbringungsortes des Amalgams besonders günstig.
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Es ist auch von Vorteil, wenn in der Lampe zusatzlLch noch ein den
Lampenanlauf beschleunigendes Amalgam, z. B. von Indium, enthalten ist. Dieses kann
an der nicht mit dem amalgamgefüllten Pumprohr versehenen Seite oder auch an beiden
Seiten in der Lampe angebracht sein.
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Die Erfindung wird anhand von AusfühIungsbeispielel3 in den Figuren
t bis 3 erlä«stert.
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Fig. 1 zeigt den Verlauf der Temperatur im Pumprohr mit und ohne Hülse.
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Fig. 2 a gibt schematisch ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung
bei der elektrischen Regelung der Amalgamtempertur, Fig. 2 b für das Lampenende
mit den Ileizwicklungen wieder.
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In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine mechanische Regelung
der Amalgamtemperatur dargestellt.
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In dem in Fig. 1 am Lampenende 1 befindlichen Pumprohr 2 ist das Amalgam
3 als zylindrischer Körper eingebracht. Das Amalgam 3 wird durch den Draht 4, der
mit der äußeren Spitze 5 des Pumprohres 2 verschmolzen ist, unverrückbar im Pumprohr
gehalten. Um das Pumprohr 2 ist eine Hülse 6 aus gut wärmeleitfähigem Material,
z. B.
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Ilessing mit einer Wandstärke von 1 mm, geschoben. Die unter dem Lampenfuß
eingezeichnete graphische Darstellung zeigt den Temperaturverlauf über die Länge
des Pumprohres. Kurve a zeigt den Temperaturverlauf ohne Hülse 6, Kurve b deii Temperaturverlauf
mit um das Pumprohr 2 angebrachter ilülse 6. Ohne Hülse fällt die Temperatur über
die Länge <les Pumprohres nahezu linear von 150 OC auf 80 OC abt mit Hülse ist
die Temperatur nach anfänglichem steilem Abfall über 2 mm über den größten Teil
(14 mm) der Pumprohrlänge nahezu konstant.
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Aus er Darstellung ist klar ersichtlich, daß durch die gute Wärmeleitung
der Metallhülse 6 die Abhängigkeit der Temperatur vom Ort im Pumprohr erheblich
verringert ist, so daß der Anbringungsort des Amalgams im Pumprohr bei Verwendung
der Hülse nicht mehr kritisch ist.
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In der Fig. 2 a ist die Heizwicklung 7 im Entladungsstromkreis, die
Heizwicklung 8 im Starterkreis angebracht. Elektrisch parallel zur Heizwicklung
7 liegt ciii Heißleiter 9. 10 und 11 sind die üblichen @@@@ @stifte und 12 ist ein
zusätzlicher Außenkontakt, 13, 14, 15 sind die Stromzuführungen zu den Außenkontakten,
16 ist eine übliche Wandel. Der zylindrische Körper des Amalgams 3 in Fig. 2 b ist
5 mm lang und hat einen Durchmesser von 3,5 mm; er besteht aus 15 Gew% Quecksilber
und 85 Gew% Cadmium und wiegt 400 mg. Die Amalgamtemperatur für den optimalen Dampfdruck
beträgt hierbei etwa 145 °C
und der Temperaturbereich, innerhalb
dessen der Lichtstrom nicht unter 90 % seines maximalen Wertes absinkt, beträgt
55 °C. Bei einer Umgebungstemperatur von 120 °C erreicht das Amalgam im Pumprohr
eine Temperatur von 145 °C, d. h., die bei der gewählten Zusammensetzung optimale
Arbeitstemperatur mit einem Quecksilberdampfdruck von 6 x 10-3 3 Torr. Bei 20 °C
beträgt der Quecksilberdampfdruck über Quecksilber1 das sich an der Kolbenwand befindet,
ebenfalls 6 x 10 3 Torr. Eine Steuerung der Amalgamtemperatur ist daher in einem
Bereich von 20 OC bis 120 OC Umgebungstemperatur möglich. Um diesen Bereich voll
aussteuern zu können, ist eine maximale Heizleistung der Wicklung 7 erforderlich,
di die Differenz zwischen der optimalen Arbeitstemperatur von 145 OC und der Pumprohrtemperatur
bei 20 OC Außentemperatur von 45 OC, also 100 °C ausgleichen kann. Unter Berücksichtigung
einer genügenden Heizreserve ist eine Heizwicklung für eine Temperaturdifferenz
von 130 °C vorgesehen. Diese Heizleistung wird mit einer Heizwicklung 7 von etwa
3 Ohm widerstand erreicht. Der widerstand der Heizwicklung 8 beträgt ebenfalls 3
Ohm.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten mechanischen Regelung der Amalgamtemperatur
ist das im Pumprohr 2 befindliche Amalgam 3 an einem Draht 17 befestigt. Das andere
Drahtende ist mit einem Ende des Bimetallbügels 18 verschweißt. Der Bimetallbügel
18 ist mit seinem anderen Ende an der Mittelstiitze 19 der Elektrodenkappe 20 befestigt.
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Mit der Lampe gemäß der Erfindung gelingt es erstmalig, eine echte
Regelung der Amalgamtemperatur, auch während des Betriebes der Lampe, vornchmen
zu können. Dabei besteht der grone Vorteil, daß der optimale Lichtstrom iiber einen
sehr weiten Temperaturbereich erhalten bleibt. Durch die Größe des Regelbereiches
und die Beibehaltung der Standard-Abmessungen ist es möglich, viele verschiedene
Lampentypen durch eine einzige Lampe gemäß der Erfindung zu ersetzen.
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-Pnten tansprüche-