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Die
Erfindung betrifft eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe,
versehen mit einem Entladungsgefäß,
welches
Entladungsgefäß einen
Entladungsraum, der eine Füllung
aus Quecksilber und einem Edelgas enthält, gasdicht umschließt
welches
Entladungsgefäß ein Amalgam
enthält,
das mit dem Entladungsraum in Verbindung steht,
und wobei die
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe Entladungsmittel zum
Aufrechterhalten einer elektrischen Entladung in dem Entladungsgefäß umfasst.
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In
Quecksilberdampfentladungslampen bildet Quecksilber die Primärkomponente
für eine
(wirksame) Erzeugung von ultraviolettem (UV) Licht. Eine Leuchtschicht
mit einem Leuchtmaterial (beispielsweise ein Leuchtstoffpulver)
kann an einer Innenwandung des Entladungsgefäßes vorhanden sein, um UV in
andere Wellenlängen
umzuwandeln, beispielsweise in UV-A und UV-B für Bräunungszwecke (Solariumlampen)
oder in sichtbare Strahlung zur Allgemeinbeleuchtung. Derartige
Entladungslampen werden daher auch als Leuchtstofflampen bezeichnet. Das
Entladungsgefäß von Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen
ist gewöhnlich
kreisförmig und
umfasst sowohl langgestreckte als auch kompakte Ausführungsformen.
Allgemein hat das röhrenförmige Entladungsgefäß von Kompakt-Leuchtstofflampen
eine Ansammlung verhältnismäßig kurzer gerader
Teile mit verhältnismäßig kleinem
Durchmesser, die über
Brückenteile
oder über
gekrümmte Teile
miteinander verbunden sind. Kompakt-Leuchtstofflampen sind gewöhnlich mit
einem (integrierten) Sockel versehen. In solchen Ausführungsformen
der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe umfassen die Entladungsmittel
Elektroden, die in dem Entladungsraum angeordnet sind. Eine alternative
Ausführungsform
umfasst die elektrodenlosen Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen.
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In
der Beschreibung und den Ansprüchen der
vorliegenden Erfindung wird die Bezeichnung "Nennbetrieb" verwendet, um auf Betriebsbedingungen
zu verweisen, bei denen der Quecksilberdampfdruck so ist, dass die
Strahlungsausbeute der Lampe zumindest 80% der Ausbeute bei optimalem
Betrieb beträgt,
d. h. unter Betriebsbedingungen, bei denen der Quecksilberdampfdruck
optimal ist. Das Amalgam begrenzt den Quecksilberdampfdruck in dem Entladungsgefäß im Vergleich
zu einer Entladungslampe, die nur freies Quecksilber enthält. Dies
macht Nennbetrieb der Lampe bei verhältnismäßig hohen Lampentemperaturen
möglich,
die beispielsweise auftreten können,
wenn die Lampe einer hohen Belastung ausgesetzt ist oder wenn die
Lampe in einer geschlossenen oder schlecht belüfteten Leuchte verwendet wird.
Darüber
hinaus wird in der Beschreibung und den Ansprüchen die "anfängliche
Strahlungsausbeute" definiert
als die Strahlungsausbeute der Entladungslampe 1 Sekunde nach dem
Einschalten der Entladungslampe und die "Anlaufzeit" als die Zeit, die die Entladungslampe
benötigt,
um eine Strahlungsausbeute von 80% derjenigen bei optimalem Betrieb
zu erreichen.
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Eine
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe der eingangs erwähnten Art,
auch als dampfdruckgesteuerte Lampe bezeichnet, ist aus dem
US-Patent 4.093.889 bekannt.
Der Quecksilberdampfdruck bei Raumtemperatur ist bei der bekannten
Lampe verhältnismäßig niedrig.
Daher hat die bekannte Lampe den Nachteil, dass auch die anfängliche
Strahlungsausbeute verhältnismäßig niedrig
ist, wenn zum Betreiben der Lampe eine gewöhnliche Stromversorgung verwendet
wird. Zudem ist die Anlaufzeit verhältnismäßig lang, weil der Quecksilberdampfdruck
nach dem Einschalten der Lampe nur langsam ansteigt.
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Neben
den oben beschriebenen Amalgamlampen sind Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen
bekannt, die nicht nur ein (Haupt)Amalgam, sondern auch ein Hilfsamalgam umfassen.
Wenn das Hilfsamalgam genügend
viel Quecksilber umfasst, hat die Lampe eine relativ kurze Anlaufzeit.
Beim Einschalten der Lampe wird das Hilfsamalgam von der Elektrode
aufgeheizt, so dass es relativ schnell einen wesentlichen Teil des
Quecksilbers abgibt, den es enthält.
Es ist wünschenswert, dass
die Lampe vor dem Einschalten genügend lange Zeit außer Betrieb
gewesen ist, damit das Hilfsamalgam genügend viel Quecksilber aufgenommen haben
kann. Wenn die Lampe einen verhältnismäßig kurzen
Zeitraum lang außer
Betrieb gewesen ist, ist der Effekt der Verkürzung der Anlaufzeit nur klein. Zudem
ist in diesem Fall die anfängliche
Strahlungsausbeute (sogar) kleiner als die einer Lampe, die nur ein
Hauptamalgam umfasst, weil durch das Hilfsamalgam in dem Entladungsraum
ein im Verhältnis niedrigerer
Quecksilberdampfdruck eingestellt wird. Darüber hinaus tritt bei verhältnismäßig langen
Lampen zusätzlich
der Nachteil auf, dass verhältnismäßig viel
Zeit benötigt
wird, bevor das von dem Hilfsamalgam freigesetzte Quecksilber sich über das
ganze Entladungsgefäß verteilt
hat, so dass derartige Lampen nach dem Einschalten einige Minuten
lang nahe dem Hilfsamalgam eine verhältnismäßig helle Zone und entfernt
vom Hilfsamalgam eine verhältnismäßig dunkle
Zone aufweisen.
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Darüber hinaus
sind Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen bekannt, die nicht
mit Amalgam versehen sind und nur freies Quecksilber enthalten.
Diese Lampen, im Weiteren auch als Quecksilberlampen bezeichnet,
haben den Vorteil, dass der Quecksilberdampfdruck bei Raumtemperatur
und damit die anfängliche
Strahlungsausbeute verhältnismäßig hoch
sind. Zudem ist die Anlaufzeit verhältnismäßig kurz. Nach dem Einschalten
weisen auch verhältnismäßig lange
Lampen dieser Art eine ungefähr
konstante Helligkeit über
nahezu die gesamte Länge
auf, weil der Dampfdruck (bei Raumtemperatur) zum Zeitpunkt des
Einschaltens genügend
hoch ist. Nennbetrieb bei verhältnismäßig hohen
Lampentemperaturen kann mit einer Quecksilberlampe erreicht werden,
deren Entladungsraum (gerade) genug Quecksilber enthält, um bei
der Betriebstemperatur einen Quecksilberdampfdruck herzustellen,
der nahe beim optimalen Quecksilberdampfdruck liegt. Während der
Lebensdauer der Lampe geht jedoch Quecksilber verloren, weil es
beispielsweise an einer Wandung des Entladungsgefäßes und/oder
an Emittermaterial gebunden wird. Somit hat in der Praxis eine derartige
Lampe nur eine begrenzte Lebensdauer. Daher ist die Quecksilberdosis
in Quecksilberlampen wesentlich höher als die beim Nennbetrieb
in der Dampfphase notwendige Menge an Quecksilber. Dies hat jedoch
den Nachteil, dass der Quecksilberdampfdruck gleich dem Sättigungsdampfdruck
ist, der zu der Temperatur der kältesten
Stelle des Entladungsgefäßes gehört. Da der Sättigungsdampfdruck
exponentiell mit der Temperatur ansteigt, führen Temperaturschwankungen,
die beispielsweise in einer schlecht belüfteten Leuchte oder bei einer
hohen Belastung der Lampe auftreten, zu einer Verringerung der Strahlungsausbeute.
Bei verhältnismäßig niedrigen
Umgebungstemperaturen nimmt der Quecksilberdampfdruck ab, was auch
zu einer Verringerung der Strahlungsausbeute führt.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Lampe der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen, die zumindest bei regelmäßigem Gebrauch eine verhältnismäßig hohe
anfängliche
Strahlungsausbeute und eine verhältnismäßig kurze
Anlaufzeit sowie eine verhältnismäßig hohe
Strahlungsausbeute in einem verhältnismäßig großen Umgebungstemperaturbereich
aufweist.
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Erfindungsgemäß ist eine
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe der eingangs beschriebenen
Art daher dadurch gekennzeichnet, dass das Amalgam ein Bismut-Zinn-Verhältnis (Bi:Sn),
berechnet aus der jeweiligen Anzahl Atome, im Bereich 80:20 ≤ Bi:Sn ≤ 20:80, einen
Bleigehalt (Pb) im Bereich 0,7 ≤ Pb ≤ 12 At.-%
und einen Quecksilbergehalt (Hg) im Bereich 0,05 ≤ Hg ≤ 2 At.-% hat.
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Ein
Vorteil der Verwendung eines solchen Amalgams ist, dass bei Raumtemperatur
der Quecksilberdampfdruck verhältnismäßig nahe
dem von flüssigem
Quecksilber liegt. Bei der genannten Zusammensetzung des Amalgams
erfolgt der Nennbetrieb der Entladungslampe bei einer entsprechenden Temperatur
der kältesten
Stelle in dem Entladungsgefäß, die in
einem verhältnismäßig breiten
Temperaturbereich von 65°C
bis 140°C
liegt. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines solchen Amalgams
ist, dass die Kurven, bei denen der Quecksilberdampfdruck als Funktion
der Temperatur aufgetragen wird, über den Quecksilbergehalt und/oder
die Zusammensetzung des Amalgams eingestellt werden können. Die
genannten Eigenschaften des (Haupt-)Amalgams, nämlich das breite Temperaturintervall
und die variablen Quecksilberdampfdruckkurven werden durch die Wahl
der Zusammensetzung des Amalgams gemäß der Erfindung realisiert.
Für die
Amalgame mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung
haben Kurven, in denen der Quecksilberdampfdruck als Funktion der
Temperatur aufgetragen ist, einen ersten Stabilisierungsbereich
in dem Temperaturbereich unter dem ternären Bi-Sn-Pb-Eutektikum (bei
100°C).
In dem genannten Stabilisierungsbereich sind diese Kurven zumindest
nahezu unabhängig
vom Quecksilbergehalt und der Zusammensetzung des Amalgams. Die
letztgenannte Eigenschaft wird hauptsächlich durch die Tatsache bewirkt,
dass die Anzahl Phasen in dem entsprechenden Temperaturintervall
gleich der Anzahl Komponenten ist, was dazu führt, dass der Quecksilberdampfdruck
hauptsächlich
nur eine Funktion der Temperatur ist. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung
soll unter dem Begriff „Stabilisierungsbereich" ein Temperaturbereich
verstanden werden, in dem der Quecksilberdruck (pHg)
zumindest nahezu konstant ist.
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Die
Quecksilberdampfdruck/Temperatur-Kurven des Amalgams mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung
umfassen einen zweiten Stabilisierungsbereich, der sich in dem Temperaturbereich über dem
ternären
Bi-Sn-Pb Eutektikum und unter dem binären Bi-Sn Eutektikum befindet.
Da in dem zweiten Stabilisierungsbereich (über dem eutektischen Punkt)
die Anzahl Phasen kleiner ist als die Anzahl Komponenten, ist der
Quecksilberdampfdruck eine Funktion sowohl der Temperatur als auch der
Zusammensetzung des Amalgams, insbesondere des Quecksilbergehalts
und des Bleigehalts des Amalgams. Die Folge ist, dass Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen,
die mit einem Amalgam versehen sind, das eine erfindungsgemäße Zusammensetzung
hat, eine gute anfängliche
Strahlungsausbeute und eine verhältnismäßig kurze
Anlaufzeit mit einem verhältnismäßig breiten
Intervall, bei Nennbetrieb, für
die Temperatur der kältesten Stelle
in dem Entladungsgefäß kombinieren.
Lampennennbetrieb ist somit in einem verhältnismäßig großen Temperaturintervall möglich.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung des erfindungsgemäßen Amalgams
ist, dass das Amalgam in Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen verwendbar
ist, die gedimmt werden können.
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Eine
Ausführungsform
der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das
Bismut-Zinn-Verhältnis in
dem Amalgam 80:20 ≤ Bi:Sn ≤ 20:80, der
Bleigehalt 0,7 ≤ Pb ≤ 12 At.-%
und der Quecksilbergehalt 0,2 ≤ Hg ≤ 2 At.-% ist.
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Mit
der genannten Zusammensetzung des Amalgams wird im Betrieb zumindest
80% der Strahlungsausbeute (Nennbetrieb) der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
bei einer entsprechenden Temperatur der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes erreicht,
die in einem verhältnismäßig breiten
Temperaturbereich von 65°C
bis 140°C
liegt, während
zumindest 90% der Strahlungsausbeute bei einer entsprechenden Temperatur
der kältesten
Stelle erreicht wird, die in einem verhältnismäßig breiten Temperaturbereich
von 70°C
bis 130°C
liegt. Die Anlaufzeit der Entladungslampe mit einem Amalgam gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung beträgt
in beiden Fällen
weniger als zehn Minuten und bei Anwesenheit eines Hilfsamalgams nimmt
die Anlaufzeit auf weniger als drei Minuten ab. Amalgame mit einer
Zusammensetzung gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung sind besonders zur Verwendung in (energiesparenden)
(Kompakt-)Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen geeignet.
Solche Entladungslampen haben eine gute anfängliche Strahlungsausbeute
und kombinieren eine verhältnismäßig kurze
Anlaufzeit mit, bei Nennbetrieb, einem verhältnismäßig breiten Intervall für die Temperatur
der kältesten
Stelle des Entladungsgefäßes. Daher
ist Lampennennbetrieb in einem verhältnismäßig großen Temperaturintervall möglich.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist das Bismut-Zinn-Verhältnis
in dem Amalgam 70:30 ≤ Bi:Sn ≤ 30:70, der
Bleigehalt 1 ≤ Pb ≤ 10 At.-%
und der Quecksilbergehalt 0,25 ≤ Hg ≤ 1,2 At.-%.
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Mit
der genannten Zusammensetzung des Amalgams wird im Betrieb zumindest
80% der Strahlungsausbeute (Nennbetrieb) der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
bei einer entsprechenden Temperatur der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes erreicht,
die in einem verhältnismäßig breiten
Temperaturbereich von 70°C
bis 170°C
liegt, während
zumindest 90% der Strahlungsausbeute bei einer entsprechenden Temperatur
der kältesten
Stelle erreicht wird, die in einem verhältnismäßig breiten Temperaturbereich
von 75°C
bis 160°C
liegt. Die Anlaufzeit der Entladungslampe beträgt in beiden Fällen weniger
als zehn Minuten und bei Anwesenheit eines Hilfsamalgams nimmt die
Anlaufzeit auf weniger als drei Minuten ab. Die Folge ist, dass
(energiesparende) (Kompakt-)Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen,
die mit einem Amalgam gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung versehen sind, eine gute anfängliche
Strahlungsausbeute und eine verhältnismäßig kurze
Anlaufzeit mit, bei Nennbetrieb, einem verhältnismäßig breiten Intervall für die Temperatur
der kältesten
Stelle des Entladungsgefäßes kombinieren.
Daher ist Lampennennbetrieb in einem verhältnismäßig großen Temperaturintervall möglich. Für einen
geeignet gewählten
Hg-Gehalt (beispielsweise 0,5 At.-% Hg) darf die Temperatur der
kältesten
Stelle bei Nennbetrieb der Entladungslampe einen so hohen Wert wie 180°C haben.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
der eingangs beschriebenen Art daher dadurch gekennzeichnet, dass
das Bismut-Zinn-Verhältnis
in dem Amalgam 80:20 ≤ Bi:Sn ≤ 20:80, der Bleigehalt
0,7 ≤ Pb ≤ 12 At.-%
und der Quecksilbergehalt 0,05 ≤ Hg ≤ 0,5 At.-%
ist.
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Mit
der genannten Zusammensetzung des Amalgams wird im Betrieb zumindest
80% der Strahlungsausbeute (Nennbetrieb) der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
bei einer entsprechenden Temperatur der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes erreicht,
die in einem verhältnismäßig breiten
Temperaturbereich von 65°C
bis 140°C
liegt. Amalgame gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung sind besonders für eine Verwendung in elektrodenlosen
Lampen geeignet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist das Bismut-Zinn-Verhältnis
in dem Amalgam 70:30 ≤ Bi:Sn ≤ 30:70, der
Bleigehalt 1 ≤ Pb ≤ 10 At.-%
und der Quecksilbergehalt 0,05 ≤ Hg ≤ 0,5 At.-%.
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Mit
der genannten Zusammensetzung des Amalgams wird im Betrieb zumindest
80% der Strahlungsausbeute (Nennbetrieb) der Niederdruck-Quecksilberdampf entladungslampe
bei einer entsprechenden Temperatur der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes erreicht,
die in einem verhältnismäßig breiten
Temperaturbereich von 70°C
bis 170°C
liegt,
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Außer den
genannten Materialien kann das erfindungsgemäße Amalgam auch Zusätze von
beispielsweise Zink, Silber, Gallium, Indium und/oder anderen Elementen
umfassen. Es ist wünschenswert,
dass solche Zusätze
den Schmelzbereich (100°C
bis 140°C)
der Bi-Sn-Pb-Legierungen um nicht mehr als 20°C verschieben.
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Zu
Beginn der Lebensdauer einer Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
kann verhältnismäßig viel
Quecksilber im Betrieb an der Wandung gebunden werden. Um dies zu
verhindern, kann das Entladungsgefäß einer erfindungsgemäßen Lampe an einer Innenfläche mit einer Schutzschicht
aus Metalloxid beschichtet sein. Eine solche Schutzschicht, beispielsweise
aus Scandiumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid oder einem Oxid aus einem der
Lanthanide, wirkt dem durch Bindung an die Wandung verursachten
Verlust von Quecksilber entgegen. Es ist günstig, wenn die Entladungslampe eine
geringe Menge Quecksilber verbraucht, sodass das Amalgam optimaler
entworfen werden kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1A eine
Perspektivansicht einer Ausführungsform
der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
mit einem Amalgam gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung;
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1B ein
Detail der Lampe von 1A gemäß 1B in
einer Seitenansicht;
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2 eine
Ausführungsform
der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Amalgam
gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung;
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3 das
ternäre
Phasendiagramm von Bi-Sn-Pb einschließlich der Bereiche der Zusammensetzung
des erfindungsgemäßen Amalgams;
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4A eine
graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck als Funktion
der Temperatur für
ein Amalgam gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung mit Quecksilberdampfdruck-Kurven von
zwei bekannten Amalgamen verglichen wird;
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4B eine
graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck als Funktion
der Temperatur für
ein Amalgam gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung, mit unterschiedlichem Bleigehalt, aufgetragen
ist;
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4C eine
graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck als Funktion
der Temperatur für
ein Amalgam gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung, mit unterschiedlichem Quecksilbergehalt,
aufgetragen ist und
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5 eine
graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck als Funktion
der Temperatur für
ein Amalgam gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung, mit unterschiedlichem Blei- und Quecksilbergehalt,
aufgetragen ist.
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Die
Zeichnung ist rein schematisch und nicht maßstabsgetreu. Insbesondere
sind der Deutlichkeit halber einige Abmessungen stark übertrieben.
Wo möglich,
haben in der Zeichnung gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.
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1A ist
eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe,
mit einem strahlungsdurchlässigen
Entladungsgefäß 10,
das einen Entladungsraum 11, der ein Volumen von ungefähr 30 cm3 hat, gasdicht umschließt. In diesem Fall umfasst
das Entladungsgefäß 10 eine
Mischung aus 75 Vol.-% Argon und 25% Vol.-% Neon mit einem Fülldruck
von 400 Pa. Bei dieser Ausführungsform
wird das Entladungsgefäß 10 aus
einem lichtdurchlässigen
röhrenförmigen Abschnitt
aus Kalkglas gebildet, der drei U-förmige Segmente 32, 34, 36 mit
einem Durchmesser von 11 mm und einer Gesamtlänge von ungefähr 46 cm
sowie einem Innendurchmesser von ungefähr 10 mm aufweist und der durch
Endabschnitte 14A; 14B verschlossen ist. Die Segmente 32, 34, 36 sind durch
(röhrenförmige) Kanäle 61, 62 miteinander
verbunden. Der röhrenförmige Abschnitt
hat auf einer Innenfläche
eine lumineszierende Beschichtung 17. Mittel zum Aufrechterhalten
einer Entladung werden in der Ausführungsform von 1A von
einem Elektrodenpaar 41a; 41b gebildet, das in
dem Entladungsraum 11 angeordnet ist. Das Elektrodenpaar 41a; 41b ist
eine Wicklung aus Wolfram, die mit einem Elektronen emittierenden
Material (Emittermaterial) beschichtet ist, in diesem Fall einer
Mischung aus Barium-, Calcium- und Strontiumoxid. Jede Elektrode 41a; 41b wird
von einem (eingekerbten) Endabschnitt 14a; 14b des
Entladungsgefäßes 10 getragen.
Stromzuführleiter 50a, 50a'; 50b, 50b' ragen aus dem
Elektrodenpaar 41a; 41b durch die Endabschnitte 14a; 14b des
Entladungsgefäßes 10.
Die Stromzuführleiter 50a, 50a'; 50b, 50b' sind mit einer Stromversorgung
verbunden (nicht abgebildet), die in dem Gehäuse 70 untergebracht
ist und mit bekannten elektrischen und mechanischen Kontakten 73a, 73b auf
dem Sockel 71 elektrisch verbunden ist. Der Entladungsraum 11 umfasst,
zusätzlich
zu Quecksilber, ein Edelgas, und zwar Argon und Neon in dieser Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform befindet
sich Quecksilber nicht nur im Entladungsraum 11, sondern
auch in einem Amalgam 63 gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
(siehe auch 1B, in der ein Detail der Lampe
von 1A gemäß 1B in
Seitenansicht dargestellt ist). Hierzu ist eine Kapsel 60 mit
einer Wandung 61 aus einem Kalkglas, das 4,0 Gew.% FeO
umfasst, in dem Entladungsgefäß 10 angeordnet,
in diesem Fall in einer röhrenförmigen Ausstülpung 62a.
Im Betrieb steht das Amalgam 63 mit dem Entladungsgefäß 10 in
Verbindung. In die Wandung 61 der Kapsel 60 ist
eine Öffnung 64 geschmolzen.
Die Kapsel 60 hat einen gewölbten Abschnitt 68,
mit dem sie in die Ausstülpung 62a eingeklemmt
ist. Die Kapsel 60 umfasst ein Amalgam 63 gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung, hier 100 mg eines Amalgams von Hg mit
einer Legierung aus Bismut, Zinn und Blei. Eine besonders geeignete
Zusammensetzung des Amalgams 63 gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
umfasst 44 At.-% Bi, 52 At.-% Sn, 4 At.-% Pb und 0,5 At.-% Hg (abgesehen von
Zusätzen
oder Verunreinigungen), mit Bi44-Sn52-Pb4-Hg0,5 bezeichnet. In der
Ausführungsform
von 1B ist einer der Stromzuführleiter 50a' weiterhin mit
einer Markierung versehen, die ein Hilfsamalgam 83 trägt. Beim
Einschalten der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe wird
das Hilfsamalgam 83 durch die Elektrode 41a aufgeheizt, sodass
es relativ schnell einen wesentlichen Teil des darin vorhandenen
Quecksilbers freisetzt. Bei einer alternativen Ausführungsform
der oben beschriebenen Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
wird das Amalgam ohne eine Kapsel dosiert, wobei ein Glasstab verwendet
wird, um zu verhindern, dass das Amalgam das Entladungsgefäß erreicht.
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In 2 haben
Komponenten, die denen in 1A entsprechen,
ein um 200 erhöhtes
Bezugszeichen. In der in 2 gezeigten Ausführungsform der
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe,
mit einem Amalgam gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung, hat das Entladungsgefäß 210 einen
birnenförmigen
umhüllenden
Abschnitt 216 und einen röhrenförmigen eingestülpten Abschnitt 219, der über einen
aufgeweiteten Abschnitt 218 mit dem umhüllenden Abschnitt 216 verbunden
ist. Eine Kapsel 260 mit einem Amalgam 263 gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist in einer Ausstülpung 262 auf dem
aufgeweiteten Abschnitt 218 des Entladungsgefäßes 210 gebildet.
Der eingestülpte
Abschnitt 219, außerhalb
eines von dem Entladungsgefäß 210 umgebenen
Entladungsraums 211 beherbergt eine Spule 233,
die eine Wicklung 234 eines elektrischen Leiters hat, die
Mittel zum Aufrechterhalten einer elektrischen Entladung in dem
Entladungsraum 211 bildet. Die Spule 233 wird
im Betrieb über Stromzuführleiter 252, 252' mit einer hochfrequenten Spannung
gespeist, d. h. einer Frequenz von mehr als etwa 20 kHz, beispielsweise ungefähr 3 MHz.
Die Spule 233 umgibt einen Kern 235 aus einem
weichmagnetischen Material (gestrichelt dargestellt). Alternativ
kann ein Kern fehlen. Bei einer alternativen Ausführungsform
ist die Spule beispielsweise in dem Entladungsraum 211 angeordnet.
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3 zeigt
ein ternäres
Phasendiagramm von Bi-Sn-Pb einschließlich der Bereiche der Zusammensetzung
des erfindungsgemäßen Amalgams 63, in
dem der gewünschte
Effekt realisiert wird, wenn 0,2–2 At.-% Hg gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung oder 0,05–0,5 At.-% Hg gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung den gewünschten Zusammensetzungen zugesetzt
werden. Bereich (a) in 3 zeigt den Bereich, in dem
das Amalgam ein Bismut-Zinn-Verhältnis
(Bi:Sn) im Bereich 80:20 ≤ Bi:Sn ≤ 20:80 und
einen Bleigehalt (Pb) im Bereich 0,7 ≤ Pb ≤ 12 At.-% hat. Bereich (b) in 3 zeigt den
Bereich, in dem das Amalgam ein Bismut-Zinn-Verhältnis von 70:30 ≤ Bi:Sn ≤ 30:70 und einen
Bleigehalt von 1 ≤ Pb ≤ 10 At.-%
hat.
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4A zeigt
eine graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck (p
Hg ausgedrückt in Pa) als Funktion der
Temperatur (in Grad Celsius) eines besonders geeigneten Amalgams Bi44-Sn52-Pb4-Hg0,5
(Kurve A) gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung mit entsprechenden Quecksilberdampfdruck-Kurven
von zwei bekannten Amalgamen, nämlich
Bi53-Sn47-Hg3 (Kurve R, Amalgam bekannt aus
US 4 157 485 ) und Bi48-Sn24-Pb28-Hg3
(Kurve T, Amalgam bekannt aus
US
4 093 889 ) verglichen wird. Die zwei horizontalen Strich-Punkt-Linien
zeigen den Bereich, in dem die Strahlungsausbeute zumindest 80%
derjenigen bei optimalem Betrieb beträgt. Ein Vergleich der in
4A dargestellten
Quecksilberdampfdruck-Kurven zeigt, dass das Amalgam gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung einen breiteren Stabilisierungsbereich
hat und dass solche Amalgame in Lampen angewendet werden können, die
eine höhere
Temperatur der kältesten
Stelle haben. Amalgame gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung sind besonders für eine Verwendung in (Kompakt-)Leuchtstofflampen
geeignet.
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4B zeigt
eine graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck pHg als Funktion der Temperatur für zwei Zusammensetzungen
des Amalgams gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung, nämlich
Bi44-Sn52-Pb4 (Kurve A) und Bi45-Sn53-Pb2 (Kurve B) aufgetragen
ist, denen in beiden Fällen
0,5 At.-% Hg zugesetzt ist. Die zwei horizontalen Strich-Punkt-Linien
zeigen den Bereich, in dem die Strahlungsausbeute zumindest 80%
derjenigen bei optimalem Betrieb beträgt. 4B zeigt,
wie die Quecksilberdampfdruckkurven in dem Temperaturbereich zwischen
dem ternären
Bi-Sn-Pb-Eutek tikum (in 3 mit E bezeichnet) und dem
binären Bi-Sn-Eutektikum
durch den Bleigehalt beeinflusst werden können.
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4C zeigt
eine graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck pHg als Funktion der Temperatur für zwei Zusammensetzungen
des Amalgams gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung, nämlich
Bi44-Sn52-Pb4-Hg-0,5 (Kurve A) und Bi44-Sn52-Pb4-Hg-0,8 (Kurve C) aufgetragen
ist. Die zwei horizontalen Strich-Punkt-Linien zeigen den Bereich,
in dem die Strahlungsausbeute zumindest 80% derjenigen bei optimalem
Betrieb beträgt. 4C zeigt,
wie die Quecksilberdampfdruckkurven mit dem Quecksilbergehalt optimiert
werden können. Für Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen,
die während
ihrer Lebensdauer eine verhältnismäßig geringe
Menge Quecksilber verbrauchen, kann ein optimaleres Amalgam entworfen
werden, das einen verhältnismäßig niedrigen
anfänglichen Quecksilbergehalt
hat, was für
eine hohe Strahlungsausbeute in einem verhältnismäßig großen Umgebungstemperaturbereich
während
der Lebensdauer der Entladungslampe günstig ist.
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5 zeigt
eine graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck pHg als Funktion der Temperatur für ein Amalgam
gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung, mit unterschiedlichem Blei- und Quecksilbergehalt,
nämlich Bi45-Sn53-Pb2-Hg0,1
(Kurve D) und Bi44-Sn52-Pb4-Hg0,2 (Kurve E) aufgetragen ist. Die zwei
horizontalen Strich-Punkt-Linien zeigen den Bereich, in dem die
Strahlungsausbeute zumindest 80% derjenigen bei optimalem Betrieb
beträgt. 5 zeigt,
wie die Quecksilberdampfdruckkurven mit dem Blei- und Quecksilbergehalt
optimiert werden können.
Amalgame gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung sind besonders für eine Verwendung in elektrodenlosen
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen geeignet. Für elektrodenlose
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen, die während ihrer
Lebensdauer eine verhältnismäßig geringe Menge
Quecksilber verbrauchen, kann ein optimaleres Amalgam entworfen
werden, das einen verhältnismäßig niedrigen
anfänglichen
Quecksilbergehalt hat, was für
eine hohe Strahlungsausbeute in einem verhältnismäßig großen Umgebungstemperaturbereich
während
der Lebensdauer der Entladungslampe günstig ist.
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Es
wird offensichtlich sein, dass Fachkundige im Rahmen der Erfindung
viele Varianten bedenken können.
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Der
Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt. Die
Erfindung wohnt jedem und jedem neuartigen Merkmal und jeder Kombination
von Merkmalen inne. Bezugszeichen in den Ansprüchen schränken deren Schutzumfang nicht
ein. Verwendung des Verbs „umfassen" schließt das Vorhandensein
anderer Elemente als derjenigen, die in den Ansprüchen angegeben
sind, nicht aus. Verwendung des Artikels „ein" oder „eine" vor einem Element schließt das Vorhandensein
einer Vielzahl solcher Elemente nicht aus.