DE3545073A1 - Speicherelement zum dosieren und einbringen von fluessigem quecksilber in eine entladungslampe - Google Patents
Speicherelement zum dosieren und einbringen von fluessigem quecksilber in eine entladungslampeInfo
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- Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Speicherelement zum
Dosieren und Einbringen von flüssigem Quecksilber oder
flüssigen Quecksilberlegierungen in eine Entladungs
lampe.
Quecksilber wird für den Betrieb von fast allen Entla
dungslampen benötigt. Bei Hochdruckentladungslampen
wird das Quecksilber in Form von Halogenidverbin
dungen oder durch direktes Eintropfen über den Pump
stengel in das Entladungsgefäß gebracht. Bei Nieder
druckentladungslampen dagegen ist es üblich, neben dem
direkten Eintropfen für das Dosieren und Einbringen
Behälter aus Glas oder Metall zu verwenden, in die das
Quecksilber bzw. die Quecksilberlegierung gefüllt
wird. Diese Behälter werden nahe einer Elektrode im
Innern des Entladungsgefäßes angebracht und mit Hilfe
von induzierter Hochfrequenz oder Laserstrahlen nach
dem Verschließen des Gefäßes geöffnet, so daß das
Quecksilber austreten kann. Ein Beispiel dafür ist in
der DE-OS 30 41 398 aufgeführt.
Aufgrund der hohen Oberflächenspannung ist eine exakte
Dosierung von flüssigem Quecksilber, insbesondere in
kleinsten Mengen praktisch nicht möglich. Daher wird
in den meisten fällen eine weit höhere Menge in die
Lampe eingefüllt, als für den Betrieb benötigt wird.
Bei direktem Einbringen des flüssigen Quecksilbers
wird somit auch verhindert, daß die Quecksilbertropfen
im Pumpstengel hängenbleiben, was dann der Fall ist,
wenn die Tröpfchen eine gewisse Mindestgröße unter
schreiten.
Neuerdings ist in der DE-Patentanmeldung 35 34 208.0
auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei der ein Strang
flüssigen Quecksilbers unter den Erstarrungspunkt
abgekühlt wird. Von diesem gefrorenen Strang werden
dann Teilstränge der benötigten Länge, d.h. der
benötigten Quecksilbermenge abgetrennt und in das
Entladungsgefäß eingebracht. Dieses Verfahren
ermöglicht eine wesentlich genauere Dosierung. Das
Verfahren ist jedoch maschinentechnisch sehr aufwendig
und, da die entsprechenden Vorrichtungen in die
Fertigungsmaschinen für die Lampen integriert sein
müssen, nur mit großem Aufwand zu realisieren.
Die Verarbeitung von flüssigem Quecksilber stellt eine
große Umwelt- bzw. Arbeitsplatzbelastung dar, da
Quecksilber einen relativ hohen Dampfdruck besitzt,
wobei der Dampf stark toxisch ist. Beim Auftreffen auf
harte Unterlagen verspritzt es in winzige Tröpfchen,
die nur sehr schwer wieder aufgesammelt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Speicherelement zum Dosieren und Einbringen von
flüssigem Quecksilber bzw. flüssigen Quecksilberle
gierungen zu schaffen, das eine genaue Dosierung des
Quecksilbers und eine einfache Einbringung des Queck
silbers in die Lampe ermöglicht. Dabei sollten die
physikalischen Eigenschaften des Quecksilbers bzw. der
Quecksilberlegierung, wie z.B. der hohe Dampfdruck,
nicht verändert werden.
Das Speicherelement zum Dosieren und Einbringen von
flüssigem Quecksilber oder flüssigen Quecksilberle
gierungen in eine Entladungslampe ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß es ein poröser Preßkörper
ist, der in seinen Poren die festgelegte Menge des
Dosierstoffes speichert und aus einem einzigen Metall
besteht, dessen Schmelzpunkt über 250°C liegt,
wobei das Metall des Preßkörpers mit Quecksilber keine
Legierung bildet, von Quecksilber benetzbar ist und
eine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist. Der Preß
körper kann aber auch aus mindestens zwei eine
Mischung bzw. eine Legierung bildenden Metallen
bestehen, wobei diese Mischung bzw. Legierung
ihrerseits mit Quecksilber keine Legierung bildet, von
Quecksilber benetzbar ist und einen Schmelzpunkt hat,
der über 250°C liegt und außerdem das erste Metall
mehr als 50 Gew.-% Anteil am Preßkörper besitzt und
das zweite bzw. die weiteren Metalle Elemente sind,
die die Oxidationsbeständigkeit des ersten Metalls
erhöhen.
Ein solcher Preßkörper speichert pro Gewichtseinheit
des Metalls eine genau festlegbare Menge des Queck
silbers bzw. der Quecksilberlegierung, wie weiter
unten noch näher ausgeführt wird. Messungen ergaben,
daß bei Preßkörpern aus unterschiedlichen Chargen, die
jeweils unter den gleichen Verfahrensbedingungen
hergestellt wurden, die gespeicherte Quecksilbermenge
höchstens um ± 10% schwankt. Auf diese Weise läßt
sich abhängig vom Gewicht des Preßkörpers jede
gewünschte Menge des Quecksilbers bzw. der Quecksil
berlegierung sogar im mg-Bereich erhalten. Der
Preßkörper kann sehr einfach in die Entladungslampe
eingebracht werden, wobei er weder durch eine
Zwischenlagerung noch durch Berührung einen
Speicherverlust erleidet. Bei einer längeren Lagerung
muß diese natürlich entweder unter Vakuum oder aber
unter Schutzgas erfolgen, da aufgrund des hohen
Dampfdrucks das Quecksilber in normaler Atmosphäre
wegdampft. Eine Überdosierung des Quecksilbers in der
Lampe ist somit nicht mehr erforderlich. Als weiterer
Vorteil ist es möglich, den Preßkörper im Pumpstengel
zu fixieren, wodurch Leuchtstoffabtragungen, wie sie
durch das Eintropfen von flüssigem Quecksilber
verursacht werden, ausgeschlossen sind. Durch die
Wärme bei der Aufheizung der Elektroden wird sodann
das Quecksilber aus dem Preßkörper freigesetzt.
Ein solcher Preßkörper läßt sich herstellen, indem das
Quecksilber oder die Quecksilberlegierung in eine oder
mehrere Elektrolysegefäße mit jeweils unterschied
lichen Metallsalzlösungen und einer Anode des ent
sprechenden Metalls gegeben und elektrolytisch mit dem
jeweiligen Metall der Salzlösung angereichert wird, so
daß eine oder mehrere Quecksilber-Metallsuspensionen
gebildet werden. Im Fall, daß es sich um mehrere
Quecksilber-Metallsuspensionen handelt, werden diese
sodann in bestimmten Verhältnissen gemischt, das
entstandene Suspensionsprodukt mit wasserfreiem
Glycerin überschichtet und bei mindestens 100°C
getempert. Anschließend wird das Glycerin dekantiert
und das Suspensionsprodukt gewaschen und getrocknet.
Das nicht gespeicherte Quecksilber bzw. die nicht
gespeicherte Quecksilberlegierung wird abgefiltert,
der verbleibende Filterkuchen in die Bohrung eines
Stahlzylinders gefüllt und das überschüssige Queck
silber bzw. die überschüssige Quecksilberlegierung mit
Hilfe eines Stempels unter hohem Druck herausgepreßt.
Mit Hilfe des Preßdruckes läßt sich dabei der
Quecksilbergehalt des Preßkörpers variieren.
Auf diese Weise entsteht ein spröder Preßling, der
sodann pulverisiert wird und aus dem dann Preßkörper
der entsprechenden Dimensionen, z.B. in Pillenform,
hergestellt werden können.
Als erstes bzw. einziges Metall für den Preßkörper
eignen sich theoretisch alle Elemente der vierten bis
achten Nebengruppe des Periodensystems, sofern sie mit
Quecksilber keine Legierung bilden, aber von Queck
silber benetzbar sind. Praktisch kommen jedoch nur
solche Metalle in Frage, die nicht toxisch und/oder
radioaktiv sind und eine möglichst kostengünstige
Herstellung des Preßkörpers ermöglichen. Als geeignet
in diesem Sinn erwiesen sich die Metalle Eisen und
Nickel, wobei hier ein zweites Metall wie Kupfer
benötigt wird, um eine ausreichende Oxidationsbe
ständigkeit zu erreichen. Auch mit einem Preßkörper
aus Eisen, Chrom und evtl. Nickel lassen sich gute
Speichereigenschaften erzielen.
Für den Fall, daß die Herstellung des Preßkörpers und
das Einbringen des Preßkörpers in das Entladungs
gefäß unter einer Schutzgasatmosphäre abgewickelt
wird, kann auf die Beigabe des bzw. der weiteren
Metalle zur Oxidationshemmung verzichtet werden.
Untersuchungen an Preßkörpern aus Eisen, denen kein
die Oxidation hemmendes Metall beigegeben war,
zeigten, daß diese Preßkörper, wenn sie an der Luft
gelagert werden (neben dem Verdampfen von
Quecksilber), im Laufe der Zeit Quecksilbertropfen
abgeben, da mit fortschreitender Oxidation die
Benetzbarkeit des Körpers sinkt.
Besonders gute Ergebnisse bezüglich Quecksilber
speicherung, Oxidationsbeständigkeit sowie vollstän
diger Quecksilberabgabe bei Erwärmung im Entla
dungsgefäß zeigten Preßkörper aus 75 bis 99,5 Gew.-%
Eisen und als Rest zu 100% aus 25 bis 0,5 Gew.-%
Kupfer. Auch Preßkörper aus 55 bis 80 Gew.-% Nickel
und 45 bis 20 Gew.-% Kupfer speichern das Queck
silber sehr gut und besitzen eine hohe Oxidations
beständigkeit. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie
bei Raumtemperatur ca. die Hälfte des Quecksilbers
hartnäckig festhalten und erst oberhalb 80 bis
100°C wieder freigeben. Im Fall einer Zusammen
setzung aus Eisen, Chrom und evtl. Nickel sollte der
Preßkörper insbesondere aus 65 bis 75 Gew.-% Eisen,
12 bis 25 Gew.-% Chrom und als Rest zu 100% aus 23
bis 0 Gew.-% Nickel bestehen. Ein solcher Preßkörper
besitzt jedoch nicht die hohe Oxidationsbeständig
keit wie die beiden oben erwähnten Preßkörperzusam
mensetzungen.
Claims (10)
1. Speicherelement zum Dosieren und Einbringen von
flüssigem Quecksilber oder flüssigen Quecksilberlegie
rungen in eine Entladungslampe, dadurch gekennzeich
net, daß das Speicherelement ein poröser Preßkörper
ist, der in seinen Poren die festgelegte Menge des
Dosierstoffes speichert und aus einem einzigen Metall
besteht, dessen Schmelzpunkt über 250°C liegt,
wobei das Metall des Preßkörpers mit Quecksilber keine
Legierung bildet, von Quecksilber benetzbar ist und
eine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist.
2. Speicherelement zum Dosieren und Einbringen von
flüssigem Quecksilber oder flüssigen Quecksilberle
gierungen in eine Entladungslampe, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Speicherelement ein poröser Preß
körper ist, der in seinen Poren die festgelegte Menge
des Dosierstoffes speichert und aus mindestens zwei
eine Mischung bzw. eine Legierung bildenden Metallen
besteht, wobei diese Mischung bzw. Legierung ihrer
seits mit Quecksilber keine Legierung bildet, von
Quecksilber benetzbar ist und einen Schmelzpunkt hat,
der über 250°C liegt und außerdem das erste Metall
mehr als 50 Gew.-% Anteil am Preßkörper besitzt und
das zweite bzw. die weiteren Metalle Elemente sind,
die die Oxidationsbeständigkeit des ersten Metalls
erhöhen.
3. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das einzige bzw. das erste Metall
ein Element der vierten bis achten Nebengruppe des
Periodensystems ist.
4. Speicherelement nach Anspruch 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Metall Eisen ist.
5. Speicherelement nach Anspruch 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Metall Nickel ist.
6. Speicherelement nach Anspruch 2, 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Metall Kupfer ist.
7. Speicherelement nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die weiteren Metalle Chrom und
Nickel sind.
8. Speicherelement nach Anspruch 4 und 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Preßkörper aus 75 bis
99,5 Gew.-% Eisen und als Rest zu 100% aus 25 bis
0,5 Gew.-% Kupfer besteht.
9. Speicherelement nach Anspruch 5 und 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Preßkörper aus 55 bis 80 Gew.-%
Nickel und als Rest zu 100% aus 45 bis 20 Gew.-%
Kupfer besteht.
10. Speicherelement nach Anspruch 4 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Preßkörper aus 65 bis
75 Gew.-% Eisen, 12 bis 25 Gew.-% Chrom und als Rest
zu 100% aus 23 bis 0 Gew.-% Nickel besteht.
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