DE60038211T2 - Niederdruck-quecksilberdampflampe - Google Patents

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Wilhelmus C. Keur
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung des erfindungsgemäßen Amalgams ist, dass das Amalgam in Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen verwendbar ist, die gedimmt werden können.
  • 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.
  • 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.
  • 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.-%.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.-%.
  • 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,
  • 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.
  • 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.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1A eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Amalgam gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
  • 1B ein Detail der Lampe von 1A gemäß 1B in einer Seitenansicht;
  • 2 eine Ausführungsform der Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Amalgam gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung;
  • 3 das ternäre Phasendiagramm von Bi-Sn-Pb einschließlich der Bereiche der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Amalgams;
  • 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;
  • 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;
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 4A zeigt eine graphische Darstellung, in der der Quecksilberdampfdruck (pHg 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es wird offensichtlich sein, dass Fachkundige im Rahmen der Erfindung viele Varianten bedenken können.
  • 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.

Claims (5)

  1. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, versehen mit einem Entladungsgefäß (10), welches Entladungsgefäß (10; 210) einen Entladungsraum (11; 211), der eine Füllung aus Quecksilber und einem Edelgas enthält, gasdicht umschließt, welches Entladungsgefäß (10; 210) ein Amalgam (63; 263) enthält, das mit dem Entladungsraum (11) in Verbindung steht, und wobei die Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe Entladungsmittel (41a, 41b; 234) zum Aufrechterhalten einer elektrischen Entladung in dem Entladungsgefäß (10; 210) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Amalgam (63; 263) 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.
  2. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bismut-Zinn-Verhältnis in dem Amalgam (63) 80:20 ≤ Bi:Sn ≤ 20:80, der Bleigehalt 0,7 ≤ Pb ≤ 12 At.-% und der Quecksilbergehalt 0,2 ≤ Hg ≤ 2 At.-% ist.
  3. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bismut-Zinn-Verhältnis in dem Amalgam (63) 70:30 ≤ Bi:Sn ≤ 30:70, der Bleigehalt 1 ≤ Pb ≤ 10 At.-% und der Quecksilbergehalt 0,25 ≤ Hg ≤ 1,2 At.-% ist.
  4. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bismut-Zinn-Verhältnis in dem Amalgam (263) 80:20 ≤ Bi:Sn ≤ 20:80, der Bleigehalt 0,7 ≤ Pb ≤ 12 At.-% und der Quecksilbergehalt 0,05 ≤ Hg ≤ 0,5 At.-% ist.
  5. Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bismut-Zinn-Verhältnis in dem Amalgam (263) 70:30 ≤ Bi:Sn ≤ 30:70, der Bleigehalt 1 ≤ Pb ≤ 10 At.-% und der Quecksilbergehalt 0,05 ≤ Hg ≤ 0,5 At.-% ist.
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