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Die
Erfindung betrifft eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe,
versehen mit einem Entladungsgefäß, das einen
mit einer Füllung
aus Quecksilber und einem Edelgas versehenen Entladungsraum gasdicht
umschließt,
welche Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
Entladungsmittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer Entladung
in dem Entladungsraum umfasst, welches Entladungsgefäß für in dem Entladungsraum
erzeugte Strahlung durchlässig
ist und welches Entladungsgefäß einen
ersten und einen zweiten Endabschnitt aufweist.
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Eine
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe der eingangs erwähnten Art
ist aus US-A 4 544 997 (PHN 10.403) bekannt. Die Innenfläche der
röhrenförmigen Wandung
des Entladungsgefäßes der
bekannten Lampe ist mit einer durchlässigen Schicht aus einem Metalloxid
versehen. Die Metalloxidschicht dient dazu, zu verhindern, dass
die Wandung des Entladungsgefäßes infolge
von Wechselwirkungen mit Quecksilber angegriffen wird, und hat somit
einen günstigen
Einfluss auf das Aufrechterhalten der Strahlungsleistung der Lampe.
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Infolge
der Metalloxidschicht ist der Quecksilberverbrauch der Lampe, d.h.
die Menge von beim Lampenbetrieb an Lampenbestandteile gebundenem
Quecksilber, das dadurch nicht länger
für den
Betrieb der Lampe zur Verfügung
steht, im Vergleich zu dem von Lampen, die keine solche Metalloxidschicht
haben, verhältnismäßig gering.
Dennoch ist auch für
die bekannte Lampe eine verhältnismäßig große Quecksilberdosis notwendig,
wenn eine genügend
lange Lampenlebensdauer realisiert werden soll. Dies bildet für den Fall
einer unsachgemäßen Abfallentsorgung
nach dem Ende der Lampenlebensdauer eine Gefahr für die Umwelt.
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US-A
4308650 und
US 3898511 offenbaren
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen, die Abschirmmittel
umfassen.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
der eingangs beschriebenen Art zu verschaffen, die verhältnismäßig wenig
Quecksilber verbraucht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
nach Anspruch 1 gelöst.
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Quecksilber
bildet die Primärkomponente
für eine
wirksame Erzeugung von ultraviolettem (UV) Licht in Quecksilberdampfentladungslampen.
Eine Leuchtschicht mit einem Leuchtmaterial (beispielsweise ein Leuchtstoffpulver)
kann an der Innenfläche
einer Wandung des Entladungsgefäßes vorhanden
sein, um UV in andere Wellenlängen
umzuwandeln, beispielsweise in UV-B und UV-A für Bräunungszwecke (Solariumlampen)
oder in sichtbare Strahlung. Derartige Entladungslampen werden auch
Leuchtstofflampen genannt. Beobachtet wurde, dass Quecksilber während des
Betriebs von Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen in dem
Glas absorbiert wird. Im Allgemeinen hat sich gezeigt, dass Quecksilber
chemisch an das Glas gebunden wird, mit dem Ergebnis, dass die für die Entladung
verfügbare
Quecksilbermenge abnimmt, was die Lampenlebensdauer nachteilig beeinflusst.
Weitere Experimente haben gezeigt, dass das Quecksilber mit der Glasfläche eine
komplizierte (chemische) Bindung eingeht. Um einem solchen Quecksilberverlust
während
der Lampenlebensdauer entgegenzuwirken, ist in der Lampe eine verhältnismäßig hohe
Quecksilberdosis erforderlich, was aus Umweltschutzgründen unerwünscht ist.
Die Erfinder sind zu der Erkenntnis gekommen, dass (aus der Entladung
stammende) UV-Strahlung reaktive Flecke auf der Oberfläche der
Endabschnitte kreiert. Quecksilber wird an solche reaktiven Flecke
gebunden. Im Gegensatz zur Innenwandung des Entladungsgefäßes, wo
die vorhandene Leuchtschicht die Empfindlichkeit gegen Angriffe
durch UV-Strahlung erheblich verringert, sind die Oberflächen der
Endabschnitte nicht gegen den Einfluss von UV-Strahlung geschützt. In
einigen Entladungslampen fehlt eine Leuchtschicht; in solchen Lampen
kann beispielsweise eine Y2O3-Schicht verwendet
werden. Die Anwendung von Abschirmmitteln in dem Entladungsgefäß als Teil
der erfindungsgemäßen Maßnahme verhindert
zumindest nahezu, dass die durch die Entladung erzeugte UV-Strahlung
die Endabschnitte des Entladungsgefäßes erreicht. Durch eine erhebliche
Verringerung des Ausmaßes,
in dem die UV-Strahlung die Endabschnitte erreicht, wird der Quecksilberverbrauch
der Entladungslampe begrenzt.
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Der
Vorteil der UV-Strahlung reflektierenden Abschirmmittel ist, dass
Reflexion der ultravioletten (UV-)Strahlung verhindert, dass diese
Strahlung verloren geht (beispielsweise durch Absorption), und verbessert
die Lichtausbeute der Lampe. Eine alternative Möglichkeit, um zu verhindern,
dass UV-Strahlung die Endabschnitte erreicht, ist die unerwünschte Strahlung
abzuleiten, beispielsweise durch Verwendung von Lichtwellenleitern.
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Wenn
möglichst
wenig für
die Erzeugung von sichtbarem Licht nützliche UV-Strahlung in dem
Entladungsraum verloren gehen soll, ist es wünschenswert, dass die Abschirmmittel
nicht im Bereich zwischen der Entladung in dem Entladungsgefäß und der
Leuchtschicht liegen, sondern an einer dem Entladungsraum abgewandten
Seite der jeweiligen Elektrode (Entladungsmittel). Folglich ist
eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungsmittel eine in dem Entladungsraum
angeordnete und vom ersten Endabschnitt gestützte erste Elektrode und eine
in dem Entladungsraum angeordnete und vom zweiten Endabschnitt gestützte zweite
Elektrode umfassen und dass sich die Abschirmmittel zwischen der
ersten Elektrode und dem ersten Endabschnitt und/oder zwischen der
zweiten Elektrode und dem zweiten Endabschnitt befinden.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmmittel einen Schirm
umfassen, der zumindest an einer dem Entladungsraum zugewandten
Oberfläche
mit einer UV-abweisenden Beschichtung oder Schicht versehen ist.
Der Schirm wirkt als Abschirmung gegen die UV-Strahlung. Die Form
des Schirms wird vorzugsweise an die Form des Entladungsgefäßes angepasst.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungsmittel eine in dem
Entladungsraum angeordnete und vom ersten Endabschnitt gestützte erste
Elektrode und eine in dem Entladungsraum angeordnete und vom zweiten
Endabschnitt gestützte
zweite Elektrode umfassen, dass Stromzuführleiter von den jeweiligen
Elektroden durch die Endabschnitte nach außerhalb des Entladungsgefäßes verlaufen
und dass jeder Schirm an dem entsprechenden Stromzuführleiter
befestigt ist. An den Stromleitern befestigte Schirme können in
einfacher Weise, ohne weitere Anpassungen, in die vorhandene Lampe
eingebaut werden. Die genannten Schirme sind vorzugsweise elektrisch
isolierend.
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Der
Schirm selbst darf kein Quecksilber absorbieren. Eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
ist da durch gekennzeichnet, dass das Material der Schicht auf dem
Schirm zumindest ein Oxid zumindest eines Elements aus der durch
Magnesium, Aluminium, Titan, Zirkonium, Yttrium und den Seltenen
Erden gebildeten Reihe umfasst.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1A einen
Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe;
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1B ein
Detail von 1A und
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1C eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schirms.
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Die
Zeichnung ist rein schematisch und nicht maßstabsgetreu. Einige Abmessungen
sind der Deutlichkeit halber besonders übertrieben dargestellt. Gleichartige
Komponenten haben in der Zeichnung soweit möglich die gleichen Bezugszeichen.
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1A zeigt
eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, versehen mit einem
Glas-Entladungsgefäß 10 mit
einem röhrenförmigen Abschnitt 11,
der für
in dem Entladungsgefäß 10 erzeugte
Strahlung durchlässig
ist, und mit einem ersten und einem zweiten Endabschnitt 12a; 12b.
In diesem Beispiel hat der röhrenförmige Abschnitt 11 eine
Länge von
120 cm und einen Innendurchmesser von 2,5 cm. Das Entladungsgefäß 10 umschließt einen
Entladungsraum 13 gasdicht, welcher Raum mit einer Füllung aus
1 mg Quecksilber und einem Edelgas versehen ist, beispielsweise
Argon. Die Wandung des röhrenförmigen Abschnitts
ist mit einer Leuchtschicht beschichtet, die ein Leuchtmaterial
umfasst (beispielsweise ein Leuchtstoffpulver), das die durch Ionisation
des Quecksilbers erzeugte ultraviolette (UV-)Strahlung umwandelt, üblicherweise
in sichtbares Licht. Die Endabschnitte 12a; 12b tragen
je eine Elektrode 20a; 20b, die in dem Entladungsraum 13 angeordnet
ist. Stromzuführleiter 30a, 30'; 30b, 30b' verlaufen von
den Elektroden 20a; 20b durch die Endabschnitte 12a; 12b nach
außerhalb
des Entladungsgefäßes 10.
Die Stromzuführleiter 30a, 30a'; 30b, 30b' sind mit jeweiligen
Kontaktstiften 31a, 31a', 31b, 31b' versehen, die
an einem Lampensockel 32a; 32b befestigt sind.
Um jede Elektrode 20a; 20b ist eine Elektrodenring
angeordnet. 1B zeigt einen solchen Elektrodenring 21a;
der die Elektrode 20a umgibt (in 1B ist
die Elektrode 20a nicht dargestellt). Eine Glaskapsel 22,
mit der Quecksilber dosiert wurde, ist auf den Elektrodenring 21a geklemmt.
Ein über
die Glaskapsel 22 gespannter Metalldraht 23 wurde
für diesen
Zweck in einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld induktiv
erhitzt, sodass die Kapsel 22 durchgeschnitten wurde und
das zu dosierende Quecksilber aus der Kapsel in den Entladungsraum 13 freigesetzt
wurde.
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Zwischen
der Elektrode 20a; 20b und dem betreffenden Endabschnitt 12a; 12b befinden
sich Abschirmmittel, in dem Beispiel von 1A und 1B in
Form eines Schirms 15a; 15b, deren Form an die
des röhrenförmigen Abschnitts 11 angepasst
ist. Der Schirm 15a; 15b ist so geformt, dass
der Schirm 15a; 15b beim Einbringen der Endabschnitte 12a; 12b in
den röhrenförmigen Abschnitt
in der Leuchtschicht (in 1A nicht
abgebildet), die auf der Innenfläche
des Entladungsgefäßes 10 angebracht
ist, nahezu keine Kratzer verursacht. Der Schirm 15a; 15b ist
auf einer dem Entladungsraum zugewandten Oberfläche mit einer Schicht 16a; 16b versehen,
wobei das Material der Schicht zumindest ein Oxid zumindest eines
Elements aus der durch Magnesium, Aluminium, Titan, Zirkonium, Yttrium
und den Seltenen Erden gebildeten Reihe umfasst.
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Der
Schirm 15a; 15b, der eventuell mit einer Überzugsschicht 16a; 16b versehen
sein kann, wirkt als UV-strahlungsabweisende Abschirmung, die verhindert,
dass UV-Strahlung die Endabschnitte 12a; 12b erreicht.
Die Form des Schirms 15a; 15b ist vorzugsweise
an die Form des Entladungsgefäßes 10 angepasst. Beispielsweise,
wenn das Entladungsgefäß 10 einen
röhrenförmigen Abschnitt 11 mit
einer Längsachse 22 am Ort
der Endabschnitte umfasst, liegt der Schirm 15a; 15b vorzugsweise
in einer Ebene quer zur Längsachse 22 des
röhrenförmigen Abschnitts 11,
um einen optimalen Abschirmeffekt zu erhalten. Wenn das Entladungsgefäß einen
röhrenförmigen Abschnitt 11 am
Ort der Endabschnitte 12a; 12b umfasst, ist der
Schirm 15a; 15b vorzugsweise zumindest im Wesentlichen
kreisförmig
und hat einen Durchmesser, der kleiner oder höchstens so groß wie der
Innendurchmesser des röhrenförmigen Abschnitts 11 des
Entladungsgefäßes 10 ist.
Der Schirm 15a; 15b braucht nicht eben zu sein,
sondern kann beispielsweise gebogene oder ausgestellte Ränder haben,
die die Montage der Schirme 15a; 15b in dem Entladungsgefäß 10 erleichtern.
Es ist auch möglich, dass
in dem Schirm 15a; 15b Öffnungen angebracht sind. 1C zeigt
eine Ausführungsform
des Schirms 15a; 15b gemäß der Erfindung, wobei in der
runden Glasplatte 15a ein Schlitz 25 vorgesehen
ist, um die Stromzuführleiter 30a, 30a'; 30b, 30b' hindurchzulassen.
Die Form des Schirms 15a; 15b ist an die Form
des Entladungsgefäßes 10 angepasst.
Die Schicht 16a; 16b ist in 1C nicht
dargestellt.
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Zum
Vergleich wurde eine nicht erfindungsgemäße Lampe hergestellt, welche
Lampe die Schirme 15a; 15b zwischen den Elektroden 20a; 20b und
den Endabschnit ten 12a; 12b nicht aufweist, aber
der erfindungsgemäßen Lampe
in jeder anderen Hinsicht entspricht.
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Die
Lampe wurde einer Dauerprüfung
von 5000 Stunden unterzogen. Nach der Dauerprüfung wurde die an die Endabschnitte
gebundene Menge Quecksilber mit Hilfe einer nasschemischen Analyse
festgestellt. Die Ergebnisse (in μg)
werden in Tabelle 1 für
die erfindungsgemäße Lampe
(I) und die nicht erfindungsgemäße Lampe
(II) dargestellt.
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Die
erfindungsgemäße Maßnahme führt zu einer
starken Verringerung der an die Endabschnitte 12a; 12b gebundenen
Menge Quecksilber. Es zeigte sich, dass die während der ersten Brennstunden
der Lampe verbrauchte Menge Quecksilber nahezu unabhängig vom
Vorhandensein der Abschirmmittel ist. Offenbar dauert es einige
Zeit, bevor aus der Entladung stammende UV-Strahlung die Oberfläche der
Endabschnitte 12a; 12b so weit angegriffen hat,
dass eine erhöhte
Bindung von Quecksilber stattfindet, wonach das Quecksilber (chemisch)
an die Oberfläche
des Glases der Endabschnitte 12a; 12b gebunden
wird. Eine erhebliche Verringerung des Quecksilberverbrauchs zeigte
sich für
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen, die mit Schirmen 15a; 15b zwischen
den Elektroden 20a; 20b und den jeweiligen Endabschnitten 12a; 12b versehen waren,
wobei die Schirme aus Glas hergestellt waren (beispielsweise Pyrexglas)
oder Glimmer, der mit einer Überzugsschicht 16a; 16b aus
Aluminiumoxid und/oder Yttriumoxid versehen war.
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Die
Form des Entladungsgefäßes braucht
nicht notwendigerweise länglich
und röhrenförmig zu
sein, sondern kann davon abweichen. Insbesondere kann das Entladungsgefäß eine gebogene
oder mäanderartige Form
haben. Die Form der Abschirmmittel ist an die Form des Entladungsgefäßes am Ort
der Endabschnitte angepasst. Die Entladungsmittel können, beispielsweise
bei einer Entladungslampe, die induktiv betrieben wird, auch außerhalb
des Entladungsgefäßes liegen.
In diesem Fall müssen
die Abschirmmittel wiederum zwischen der UV-Strahlung, die durch
die Entladungsmittel erzeugt wird, und den Endabschnitten liegen.
Vorzugsweise liegen die Abschirmmittel möglichst dicht bei den Endabschnitten.
