EP1586670A2 - Quecksilberamalgame für erhöhte Termperaturen in Entladungslampen - Google Patents

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EP1586670A2
EP1586670A2 EP05007433A EP05007433A EP1586670A2 EP 1586670 A2 EP1586670 A2 EP 1586670A2 EP 05007433 A EP05007433 A EP 05007433A EP 05007433 A EP05007433 A EP 05007433A EP 1586670 A2 EP1586670 A2 EP 1586670A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
amalgam
mercury
lamp
discharge tube
preferred
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05007433A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1586670A3 (de
Inventor
Martin Beck
Sylvia Frenzel
Roland Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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Publication of EP1586670A2 publication Critical patent/EP1586670A2/de
Publication of EP1586670A3 publication Critical patent/EP1586670A3/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C28/00—Alloys based on a metal not provided for in groups C22C5/00 - C22C27/00

Definitions

  • the present invention relates to mercury amalgams in discharge lamps and discharge lamps with such amalgams.
  • Discharge lamps with mercury content in the discharge medium have been around for a long time Time known and subject of intensive development work. It is special known, mercury in the form of an amalgam additive in the lamp contribute. Mercury is suitable because of its in the candidate Temperatures of relatively high vapor pressure and because of the efficiency the UV generation in discharge media with mercury content particularly good for these applications and is therefore widely used. If mercury is introduced in the form of amalgams, so are a number of technical Criteria to be observed and fulfilled, in particular stability and mechanical handling or consistency of the amalgam and the Vapor pressures in the temperature range of interest.
  • the present invention is based on the technical problem of mercury amalgam for increased compared to the prior art temperatures during normal operation of a discharge lamp (so-called Work amalgam) and a corresponding discharge lamp itself specify.
  • the inventors have found that there are certain applications in which a mercury amalgam in normal operation of the lamp significantly higher Temperatures assumes, as is conventionally the case.
  • This here particularly interesting temperature range is between 100 ° C and 170 ° C.
  • the well-known mercury amalgams are for this temperature range not suitable.
  • the inventors have found that mercury amalgam with a so-called Masteralloy, so with mercury to the Amalgam to be processed metal mixture or alloy, according to the above general formula and the following conditions are well suited for the temperature range mentioned.
  • the invention assumes that a relatively large In content in the master alloy (the term alloy for alloy here in a general Sense as a generic term of metal mixtures of various kinds, in particular but for actual alloys, it is to be understood).
  • the In content is within the specified limits of the stoichiometric parameter a, ie between 70% and 98%. Preferred upper limits are further 97.5% and 97%. Preferred lower limits are 75%, 80%, 85%, 90%, 92%.
  • a the stoichiometric parameter a
  • Preferred upper limits are further 97.5% and 97%.
  • Preferred lower limits are 75%, 80%, 85%, 90%, 92%.
  • the stoichiometry parameter a is still here Additions of in particular Bi, Sb and Ga of up to 15%, in the case of Ga of up to 5%.
  • the actual lowest limit for the actual In share is thus 55%.
  • the Bi, Sb or Ga additives do not significantly interfere with the invention but also no important own function.
  • the parts of Ag, Cu and / or Sn combined with X have the Function of broadening the melting range. This is done by introduction of multi-phase states in the Master Alloy. Especially preferred is here Ag, possibly also combinations with Cu and / or Sn.
  • the component combined with Y has the function, the upper limit of the melting range to higher temperatures. Especially so can, if desired, the upper limit of a typical usable Vapor pressure range up to about 4 Pa order of magnitude Be raised 145 ° C to 160 ° C or 170 ° C. Pb is opposite Zn preferred because Zn can lead to blackening.
  • the corresponding stoichiometry parameter According to the invention, c is less than 25%.
  • Preferred upper Borders are 20%, 18%, 16%, 14%, 12%, 10%. Because with very good Masteralloys can be waived completely on Y, if not a shift the upper limit of the melting range is required in particular also the value 0% is preferred according to the invention.
  • High values of more than 20% are at relatively high lamp powers of over 100 W and / or lamp geometries of interest in which a particularly high heat input results.
  • An example of such Geometry forms the helical lamp of the embodiment.
  • Ni and Te in metallic solution or intermetallic compound create or improve pasty states of the amalgam.
  • the corresponding Viscosity increase can be used to handle the amalgam and / or to prevent dripping or running out of the intended Place in the lamp to be relevant.
  • Ni or Te have no essential Significance for the vapor pressure of the Hg or the formation of amalgam.
  • the Hg content itself which is not expected to be Masteralloy, is preferred between 3% and 20%.
  • the lower value of 3% forms in usual No significant reserve, which is why values above 7% and even better over 10% are preferred. It is further preferred that the Hg content is at most 15%.
  • Hg amalgams can be generated which are in the desired Temperature range or a section of the same favorable
  • T8 lamps with a Diameter of about 26 mm vapor pressures in the order of 1 Pa favorable while for T5 lamps with 16 mm diameters rather 1.6 Pa preferred are.
  • the lamp diameter in tubular lamps inversely proportional to the preferred Hg vapor pressure is.
  • the first embodiment uses a proportion of 10 parts by weight Hg with a master alloy of 97% by weight In and 3% by weight Sn, so that the masteralloy writes itself as In 97 Sn 3 .
  • Sn was selected as element X, although Ag is comparatively preferred.
  • a relatively low value of 3% by weight of Sn is used here, although values of more than 3.5% by weight are even more favorable.
  • Another example contains the Master Alloy In 96 Cu 4 .
  • the stoichiometry parameter for the element X is already in the most preferred range.
  • the selection Cu was made here for the element X.
  • Another example, which has been used in the helical lamp described below, has a smaller Pb content of 10% by weight, ie a master alloy In 90 Pb 10 .
  • a ratio of 3 wt .-% Hg to 97 wt .-% Masteralloy is used.
  • a second amalgam used with the below-described helical lamp employs the master alloy In 96 Ag 4 (at 10 wt% Hg), thus omitting the element Y and selecting for X the most preferable element Ag.
  • master alloys In 84 Ag 6 Pb 10 and In 84 Ag 7 Pb 9 are master alloys In 84 Ag 6 Pb 10 and In 84 Ag 7 Pb 9 .
  • FIG. 1 a shows an elevational view of a compact fluorescent lamp, based which illustrates both the prior art and the invention should be.
  • the lamp has an enveloping bulb 1, which is a helical wound discharge tube 2 encloses.
  • the discharge tube 2 is on an electronic ballast shown only with its housing 3 connected to the housing and the outer bulb 1 is attached.
  • the housing of the Ballast 3 On the opposite side of the envelope 1 ends the housing of the Ballast 3 in a standardized lamp base 4. So far described the lamp of Figure 1a is conventional. This also applies to the previously referred to as double helix shape of the discharge tube 2, the with two ends of the ballast in two discharge tube parts a double helix with alternating order of helices of the two Discharge tube parts is wound.
  • the two discharge tube parts go in an upper area at a designated 5 point into each other.
  • Figure 1a illustrates that such compact fluorescent lamps despite compact External dimensions and a conventional incandescent pretty similar shape provide an overall relatively large discharge length.
  • Reference numeral 6 illustrates a conventional pumping nozzle approach one of the two discharge tube ends, wherein the numbered circle with 7 illustrate should, that here a steam pressure regulating Hg source, about one Amalgam ball, can be provided. Further, the skilled person readily familiar details such as the electrodes, plate melts or Bruises are not shown here. FIG. 1 a illustrates, however, that the Pumprohr approach 6 conventionally a much smaller Diameter than the discharge tube 2 has. In fact, he has to also leave room for the electrodes, which is not shown here.
  • the Pumprohr approach 6 projects on the one hand into the discharge tube end and on the other hand from this into the ballast into, so that he both on the part of the discharge tube and on the part of the ballast a certain additional length (in the figure 1 a vertically) forces.
  • the electrodes must be in via the into the discharge tube projecting part of the Pumprohr approach 6 away. In the prior art they are often stabilized by an additional glass bead.
  • the dashed line and 8 numbered line illustrates an inventive Pipe, which is in the region of the connection 5 of the two discharge tube parts is attached to the discharge tube 2 and from this with respect to the helix top and axial position starting axially and straight down. It essentially takes in this case the axial length of the helical shape.
  • Positions 9 and 10 each marked with a circle, illustrate two exemplary possibilities for the arrangement of a steam pressure regulating Hg source in the pipe section 8 according to the invention.
  • the one position 9 is located slightly below the connection 5 of the discharge tube, so already in the interior of the helix, but in its upper part.
  • the another position 10 is located approximately in the middle of the helix in the axial direction (with the helix from the lower bend of the discharge tube parts on until to the connection position 5 ranges).
  • the temperature of a Hg source is in the helix largely by the emanating from the discharge tube 2 Radiation determines, as it were, from the helical discharge tube 2 is included. It is approximately about a bright cylinder jacket.
  • Position 9 should be in relation to the axial length of the helix at well 20% and Position 10 is well over 50%. Both positions show the advantage of a fast adjustment to the final temperature after switching on cold lamp. Both positions are over the prior art significantly less sensitive to fluctuations in ambient temperature and changes in the installation position. Position 10 is even less depending on the orientation of the lamp during operation, ie the question whether the discharge tube 2 with respect to the ballast 3 in operation above, is arranged laterally or below and of the resulting different Convection conditions.
  • Figure 1a further recognizes that the Pumprohrfunktion also from the pipe section 8 according to the invention can be adopted, namely over its lower end in FIG. 1a. It's not just a big one Pump cross-section available because it does not fit into the discharge tube 2 is and does not take into account electrodes and other parts must become. It is also readily available.
  • the pipe section 8 according to the invention if desired, also in combination used with conventional exhaust pipes 6 for rinsing operations and the like .. and beyond (independent of conventional pump tubes 6) serve as a holder, such as when at the lower ends of the discharge tube 2 plate fusions or bruises are attached.
  • Figure 1b shows a variant of Figure 1a, wherein for corresponding parts of Lamp the same reference numerals have been used, but not all details are drawn. It is here in contrast to Figure 1a to a bulb without bulb, in which moreover the discharge tube ends in the Double helix form into the socket 4 run into it. For comparison, on the in The following still described Figure 2b referenced. It's easy to see that the lamp of Figure 1b is particularly compact.
  • Figure 2a shows a figure 1a corresponding discharge tube 2 with a to Figure 1 a similar, again axially through the interior of the helical shape extending Pipe section 8.
  • Figure 2a illustrates in more schematic Way electrodes 11 at the discharge tube ends.
  • the outer bulb 1, the Ballast 3 and the base 4, however, are not shown.
  • the pipe section 8 does not extend over the entire length of the helix here but only about 3 ⁇ 4 of it. It contains a Glaseinschmelzung 12, the serves to prevent a retaining body in the form of an iron pill 13 from to fall into the discharge tube 2.
  • the iron pill 13 in turn prevents as a result of surface tension effects and because they have a large Part of the cross section of the pipe section 8 blocks that an amalgam ball 14 falls into the discharge tube 2.
  • the amalgam ball 14 as source of Hg is enclosed in this example approximately between 60 and 70% of the axial length of the helix (from measured from the top).
  • the use of the iron pill 13 as a retaining body allows in particular to make the meltdown 12 so that they before the insertion of the iron pill 13 and the amalgam ball 14 a good Pump cross section through the pipe section 8 provides, if this used as a pump tube.
  • the iron pill 13 and the amalgam ball 14 namely, only after completion of all the steps of rinsing, Pumping, Forming etc. introduced.
  • the pipe section 8 is closed at its lower end by melting, as indicated by the shape of the end designated 15 should be. Before closing, the iron pill 13 and amalgam ball 14 and then in the space between the shutter 15 and the meltdown 12 caught. To the positioning of the amalgam ball
  • the statements on position 10 in FIG. 1a apply.
  • the pipe section 8 has in Area of the amalgam ball 14 an IR-absorbing outer coating (not shown).
  • FIG. 2b shows a variant of FIG. 1b corresponding to the lamp from FIG 2a, again with the same reference numerals have been used.
  • FIG. 3 is an elevational view of one end of a straight tubular tube Fluorescent lamp 16 without socket.
  • the free end of the tubular vessel 17 of the fluorescent lamp 16 is closed by a plate melting 18, are squeezed into the power supply lines 19.
  • the power supply lines carry at its inner end a coil 20.
  • a Soldered wire 21 which at its free end a roof-shaped angled Metal sheet 22 carries. The wire is bent so that the metal sheet 22 is arranged in the discharge direction in front of the helix 20.
  • Hg Hg concentration of the compound composed of masteralloy and mercury content Mercury amalgam in this type of straight tubular Fluorescent lamp at the beginning of the burning time is 12%.
  • Hg consumption the Hg concentration decreases during the lifetime up to 3% off.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Quecksilberamalgame in Entladungslampen für Einsätze bei erhöhten Betriebstemperaturen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Quecksilberamalgame in Entladungslampen und Entladungslampen mit solchen Amalgamen.
Stand der Technik
Entladungslampen mit Quecksilberanteil im Entladungsmedium sind seit langer Zeit bekannt und Gegenstand intensiver Entwicklungsarbeit. Es ist insbesondere bekannt, Quecksilber in Form eines Amalgamzusatzes in die Lampe einzubringen. Quecksilber eignet sich wegen seines bei den in Frage kommenden Temperaturen relativ hohen Dampfdrucks und wegen der Effizienz der UV-Erzeugung in Entladungsmedien mit Quecksilberanteil besonders gut für diese Anwendungen und ist daher allgemein verbreitet. Wenn Quecksilber in Form von Amalgamen eingebracht wird, so sind eine Reihe technischer Kriterien zu beachten und zu erfüllen, insbesondere die Stabilität und mechanische Handhabbarkeit bzw. Konsistenz des Amalgams sowie die Dampfdrücke in dem in Frage kommenden Temperaturbereich.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, Quecksilberamalgame für im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Temperaturen während des normalen Betriebs einer Entladungslampe (so genannte Arbeitsamalgame) und eine entsprechende Entladungslampe selbst anzugeben.
Die Erfindung richtet sich auf ein Quecksilberamalgam für Entladungslampen mit einem Quecksilberanteil und einem Masteralloy, dadurch gekennzeichnet, dass das Masteralloy der allgemeinen Formel Ina-eXbYcZdRe entspricht, wobei:
  • X zumindest ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe aus Ag, Cu, Sn,
  • Y zumindest ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe Pb, Zn,
  • Z mindestens ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe aus Ni, Te,
  • R Zusätze von Bi, Sb, Ga und übliche Reste umfasst,
    • und wobei für a, b, c, d, e gilt: 70% ≤ a ≤ 98%, b ≤ 25%, c ≤ 25%, d ≤ 20%, e ≤ 15%,
    und wobei ferner gilt 2% ≤ b, wenn c = 0%, 5% ≤ b, wenn X Cu ist, d ≤ 5%, wenn Z Ni ist und e ≤ 5%, wenn R Ga ist,
    sowie auf eine Entladungslampe mit einem solchen Quecksilberamalgam.
    Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
    Die Erfinder haben festgestellt, dass es bestimmte Anwendungsfälle gibt, in denen ein Quecksilberamalgam im Normalbetrieb der Lampe deutlich höhere Temperaturen annimmt, als dies konventionellerweise der Fall ist. Der hier besonders interessierende Temperaturbereich liegt zwischen 100°C und 170°C. Die allgemein bekannten Quecksilberamalgame sind für diesen Temperaturbereich ungeeignet. Die Erfinder haben festgestellt, dass Quecksilberamalgame mit einem sog. Masteralloy, also der mit Quecksilber zu dem Amalgam zu verarbeitenden Metallmischung bzw. -legierung, gemäß der oben stehenden allgemeinen Formel und den nachfolgenden Bedingungen für den genannten Temperaturbereich gut geeignet sind.
    Zunächst geht die Erfindung davon aus, dass ein relativ großer In-Anteil in dem Masteralloy (wobei der Begriff Alloy für Legierung hier in einem allgemeinen Sinn als Oberbegriff von Metallmischungen verschiedenster Art, insbesondere aber für eigentliche Legierungen, zu verstehen ist) einzuhalten ist. Der In-Anteil liegt in den angegebenen Grenzen des stöchiometrischen Parameters a, also zwischen 70% und 98%. Bevorzugte obere Grenzen sind ferner 97,5% und 97%. Bevorzugte untere Grenzen sind 75%, 80%, 85%, 90%, 92%. Hier und im Folgenden gilt jeweils, dass die angegebenen Zahlenwerte in der gegebenen Reihenfolge zunehmend bevorzugt sind. Ferner sind diese Grenzen immer mit inbegriffen. Schließlich meinen %-Angaben in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen grundsätzlich Massenprozent.
    Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Stöchiometrie-Parameter a hier noch Zusätze von insbesondere Bi, Sb und Ga von bis zu 15%, im Fall von Ga von bis zu 5%, beinhaltet. Die tatsächliche unterste Grenze für den eigentlichen In-Anteil liegt also bei 55%.
    Die Bi-, Sb- oder Ga-Zusätze stören die Erfindung nicht wesentlich, erfüllen jedoch auch keine wichtige eigene Funktion.
    Die mit X zusammengefassten Anteile an Ag, Cu und/oder Sn haben die Funktion einer Verbreiterung des Schmelzbereichs. Dies erfolgt durch Einführung von Mehrphasenzuständen in dem Masteralloy. Besonders bevorzugt ist hierbei Ag, unter Umständen auch Kombinationen mit Cu und/oder Sn. Der entsprechende Stöchiometrie-Parameter b liegt erfindungsgemäß höchstens bei 25%. Dabei sind die Obergrenzen 20%, 15%, 12%, 10%, 8% bevorzugt. Wenn die im Folgenden noch erläuterte Komponente Y nicht vorhanden ist, also c = 0%, so soll b mindestens 2% betragen. Wenn ferner Cu für X gewählt wird, soll b mindestens 5% betragen. Im Übrigen sind unabhängig davon die unteren Grenzen 2%, 2,5%, 3% und 3,5% bevorzugt, wobei b auch unter 2% bzw. 0% betragen kann, auf X also weitgehend oder ganz verzichtet werden kann, wenn die im Folgenden erwähnte Komponente Y vorhanden ist.
    Die mit Y zusammengefasste Komponente hat die Funktion, die obere Grenze des Schmelzbereichs zu höheren Temperaturen zu verschieben. Insbesondere kann so, wenn gewünscht, die obere Grenze eines typischen nutzbaren Dampfdruckbereichs bis etwa 4 Pa von größenordnungsmäßig um 145 °C auf 160 °C oder 170 °C erhöht werden. Dabei ist Pb gegenüber Zn bevorzugt, weil Zn zu Schwärzungen führen kann. Der entsprechende Stöchiometrie-Parameter c liegt erfindungsgemäß unter 25%. Bevorzugte obere Grenzen sind 20%, 18%, 16%, 14%, 12%, 10%. Da bei sehr guten Masteralloys auch ganz auf Y verzichtet werden kann, wenn nämlich keine Verschiebung der oberen Grenze des Schmelzbereichs erforderlich ist, ist insbesondere auch der Wert 0% erfindungsgemäß bevorzugt.
    Hohe Werte von über 20% sind dabei bei relativ hohen Lampenleistungen von über 100 W und/oder bei Lampengeometrien von Interesse, bei denen sich ein besonders hoher Wärmeeintrag ergibt. Ein Beispiel für eine solche Geometrie bildet die helixförmige Lampe des Ausführungsbeispiels. Der Bestandteil Y ist jedoch optional und für die Erfindung nicht unbedingt notwendig.
    Mit Z ist ein weiterer Bestandteil symbolisiert. Damit sind Ni und Te zusammengefasst, die in metallischer Lösung oder intermetallischer Verbindung pastöse Zustände des Amalgams schaffen oder verbessern können. Die entsprechende Viskositätserhöhung kann zur Handhabung des Amalgams und/oder zur Verhinderung des Abtropfens oder Herauslaufens aus der vorgesehenen Stelle in der Lampe relevant sein. Ni oder Te haben keine wesentliche Bedeutung für den Dampfdruck des Hg oder die Amalgambildung.
    Die Sinnhaftigkeit dieses Zusatzes hängt stark von der Art der Einbringung und Montage des Amalgams in der Lampe ab.
    Bevorzugte Werte für den Stöchiometrie-Parameter d liegen zwischen 0% und 5% bei Ni und zwischen 0% und 20% bei Te. Auch hier gilt, dass bei sehr guten Masteralloys auch ganz auf Z verzichtet werden kann. d = 0% ist also auch ein erfindungsgemäß bevorzugter Wert. Wenn relativ viel Te vorgesehen ist, sollte der In-Anteil eher im oberen Bereich liegen, vorzugsweise über 80%, besser 85% und noch besser 90%.
    Der Hg-Anteil selbst, der ja nicht zum Masteralloy gerechnet wird, liegt vorzugsweise zwischen 3% und 20%. Der untere Wert von 3% bildet in üblichen Fällen keine wesentliche Reserve, weswegen Werte über 7% und noch besser über 10% bevorzugt sind. Ferner ist bevorzugt, dass der Hg-Anteil höchstens 15% beträgt.
    Mit diesen Masteralloys lassen sich Hg-Amalgame erzeugen, die in dem gewünschten Temperaturbereich bzw. einem Ausschnitt desselben günstige Dampfdrücke von etwa 0,5 - 4 Pa liefern, wobei Dampfdrücke zwischen 1 und 2 Pa bevorzugt sind. Der Bereich von 0,5 - 0,7 Pa einerseits, bis etwa 4 Pa andererseits, entspricht einer Lichtausbeute von zumindest 90% bei vielen Leuchtstofflampen. Beispielsweise sind bei sog. T8-Lampen mit einem Durchmesser von etwa 26 mm Dampfdrücke in der Größenordnung von 1 Pa günstig, während bei T5-Lampen mit 16 mm Durchmessern eher 1,6 Pa bevorzugt sind. Dabei existiert jedoch eine Toleranzbreite von etwa 20%, besser 10%. Näherungsweise kann man annehmen, dass der Lampendurchmesser bei röhrenförmigen Lampen umgekehrt proportional zu den bevorzugten Hg-Dampfdruck ist.
    Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei offenbarte Merkmale sind sowohl für den Verfahrensaspekt sowie für den Vorrichtungsaspekt der Erfindung maßgeblich und können auch in anderen als den dargestellten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
    Im Einzelnen zeigt:
    Figur 1 a
    eine schematische Aufrissdarstellung einer Kompaktleuchtstofflampe zur anschaulichen Verdeutlichung einer ersten Anwendungsmöglichkeit der Erfindung im Unterschied zum Stand der Technik,
    Figur 1 b
    eine Variante zu Figur 1 a,
    Figur 2a
    eine schematische Aufrissdarstellung eines Entladungsrohres und erfindungsgemäßen Rohrstücks zu einer Kompaktleuchtstofflampe wie in Figur 1a,
    Figur 2b
    eine Figur 1b entsprechende Variante zu Figur 2a.
    Figur 3
    eine schematische Aufrissdarstellung eines Endabschnitts einer geraden rohrförmigen Leuchtstofflampe zur anschaulichen Verdeutlichung einer weiteren Anwendungsmöglichkeit der Erfindung im Unterschied zum Stand der Technik.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
    Besonders bewährt haben sich folgende Amalgame: Als erstes Ausführungsbeispiel wird ein Anteil von 10 Gewichtsteilen Hg mit einem Masteralloy aus 97 Gew.-% In und 3 Gew.-% Sn verwendet, so dass das Masteralloy sich schreibt als In97Sn3. Hier wurde als Element X Sn ausgewählt, wenngleich Ag vergleichsweise bevorzugt ist. Ferner wird hier ein relativ geringer Wert von 3 Gew.-% Sn eingesetzt, wenngleich Werte von über 3,5 Gew.-% noch günstiger sind.
    Ein weiteres Beispiel enthält das Masteralloy In96Cu4. Hier ist der Stöchiometrie-Parameter für das Element X bereits im besonders bevorzugten Bereich. Allerdings wurde hier für das Element X die Auswahl Cu getroffen.
    Ferner wurde ein Amalgam untersucht und für gut befunden, bei dem das Masteralloy In88Pb12 eingesetzt wurde. Der Pb-Anteil ist relativ hoch und nicht mehr im besonders bevorzugten Bereich. Allerdings konnte wegen des Pb-Anteils auf einen X-Zusatz ganz verzichtet werden.
    Ein weiteres Beispiel, das bei der weiter unten noch beschriebenen helixförmige Lampe Verwendung gefunden hat, weist einen kleineren Pb-Anteil von 10 Gew.-% auf, also ein Masteralloy In90Pb10. Hier wird allerdings ein Verhältnis von 3 Gew.-% Hg zu 97 Gew.-% Masteralloy verwendet.
    Ein zweites, mit der im Folgenden erläuterten helixförmigen Lampe verwendetes Amalgam verwendet das Masteralloy In96Ag4 (bei 10 Gew.-% Hg), verzichtet also auf das Element Y und wählt für X das tatsächlich bevorzugteste Element Ag aus.
    Weitere Beispiele sind Masteralloys In84Ag6Pb10 und In84Ag7Pb9.
    Diesen letztgenannten Masteralloys können zur Erhöhung der Viskosität bzw. Zähigkeit jeweils Ni oder Te zugesetzt werden, und zwar z. B. wie folgt: In80Ag6Pb10Ni4, In81Ag7Pb9Ni3, In72Ag6Pb10Te12, In70Ag7Pb9Te14.
    Zusätze des Elements R bringen keinen technischen Nutzwert und sind daher bei bevorzugten Masteralloys nicht vorgesehen.
    Im Übrigen wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel für eine Lampe gegeben, bei der sich die Notwendigkeit von Amalgamen für höhere Temperaturbereiche beispielhaft stellt.
    Figur 1 a zeigt eine Aufrissdarstellung einer Kompaktleuchtstofflampe, anhand der sowohl der Stand der Technik als auch die Erfindung veranschaulicht werden sollen. Die Lampe weist einen Hüllkolben 1 auf, der ein helixförmig gewundenes Entladungsrohr 2 umschließt. Das Entladungsrohr 2 ist an einem nur mit seinem Gehäuse dargestellten elektronischen Vorschaltgerät 3 angeschlossen, an dessen Gehäuse auch der Hüllkolben 1 befestigt ist. Auf der dem Hüllkolben 1 entgegengesetzten Seite endet das Gehäuse des Vorschaltgeräts 3 in einem standardisierten Lampensockel 4. Soweit bisher beschrieben ist die Lampe aus Figur 1a konventionell. Dies gilt auch für die bereits zuvor als Doppelhelix bezeichnete Form des Entladungsrohres 2, das mit zwei Enden von dem Vorschaltgerät aus in zwei Entladungsrohrteilen zu einer Doppelhelix mit alternierender Reihenfolge der Helixgänge der beiden Entladungsrohrteile gewunden ist. Die beiden Entladungsrohrteile gehen in einem oberen Bereich an einer mit 5 bezeichneten Stelle ineinander über.
    Figur 1a verdeutlicht, dass solche Kompaktleuchtstofflampen trotz kompakter Außenmaße und einer konventionellen Glühlampen recht ähnlichen Form eine insgesamt relativ große Entladungslänge zur Verfügung stellen.
    Das Bezugszeichen 6 illustriert einen konventionellen Pumprohransatz an einem der beiden Entladungsrohrenden, wobei der mit 7 bezifferte Kreis verdeutlichen soll, dass hier eine dampfdruckregelnde Hg-Quelle, etwa eine Amalgamkugel, vorgesehen sein kann. Weitere, dem Fachmann ohne weiteres vertraute Einzelheiten wie die Elektroden, Tellereinschmelzungen oder Quetschungen sind hier nicht näher dargestellt. Figur 1 a verdeutlicht allerdings, dass der Pumprohransatz 6 konventionellerweise einen deutlich kleineren Durchmesser als das Entladungsrohr 2 aufweist. Tatsächlich muss er zudem noch Platz für die Elektroden lassen, was hier nicht eingezeichnet ist. Zudem ragt der Pumprohransatz 6 einerseits in das Entladungsrohrende hinein und steht andererseits von diesem in das Vorschaltgerät hinein ab, so dass er sowohl seitens des Entladungsrohres wie seitens des Vorschaltgeräts eine gewisse zusätzliche Baulänge (in der Figur 1 a vertikal) erzwingt.
    Insbesondere müssen die Elektroden über das in das Entladungsrohr hinein stehende Teil des Pumprohransatzes 6 hinweg ragen. Im Stand der Technik sind sie dabei häufig durch eine zusätzliche Glasperle stabilisiert.
    Schließlich wird deutlich, dass die Temperatur der in dem Pumprohransatz 6 untergebrachten Hg-Quelle 7 stark von der Umgebungstemperatur in dem Vorschaltgerätgehäuse abhängt, die wiederum von der äußeren Umgebungstemperatur, der Betriebsdauer und auch der Einbauposition der Lampe abhängt.
    Die gestrichelt gezeichnete und mit 8 bezifferte Linie verdeutlicht ein erfindungsgemäßes Rohrstück, das im Bereich der Verbindung 5 der beiden Entladungsrohrteile an dem Entladungsrohr 2 angesetzt ist und sich von dieser in Bezug auf die Helix obersten und axialen Position ausgehend axial und gerade nach unten erstreckt. Dabei nimmt es in diesem Fall im Wesentlichen die axiale Länge der Helixform ein.
    Die Positionen 9 und 10, die jeweils mit einem Kreis markiert sind, illustrieren zwei beispielhafte Möglichkeiten für die Anordnung einer dampfdruckregelnden Hg-Quelle in dem erfindungsgemäßen Rohrstück 8. Die eine Position 9 befindet sich etwas unterhalb der Verbindung 5 der Entladungsrohrteile, also bereits in dem Innenraum der Helix, jedoch in deren oberem Bereich. Die andere Position 10 befindet sich in etwa der Mitte der Helix in axialer Richtung (wobei die Helix von dem unteren Knick der Entladungsrohrteile an bis zu der Verbindungsposition 5 reicht). An beiden Positionen, aber insbesondere an der bevorzugten Position 10, ist die Temperatur einer Hg-Quelle in der Helix weitgehend durch die von dem Entladungsrohr 2 ausgehende Strahlung bestimmt, weil sie gewissermaßen von dem helixförmigen Entladungsrohr 2 eingeschlossen ist. Es handelt sich dabei näherungsweise um einen strahlenden Zylindermantel.
    Die Position 9 soll in Bezug auf die axiale Länge der Helix bei gut 20 % und die Position 10 bei gut 50 % liegen. Beide Positionen zeigen den Vorteil einer schnellen Angleichung an die endgültige Temperatur nach Einschalten der kalten Lampe. Beide Positionen sind gegenüber dem Stand der Technik deutlich unempfindlicher gegenüber Schwankungen der Umgebungstemperatur und Änderungen der Einbaulage. Die Position 10 ist jedoch noch weniger abhängig von der Orientierung der Lampe im Betrieb, also von der Frage, ob das Entladungsrohr 2 in Bezug auf das Vorschaltgerät 3 im Betrieb oben, seitlich oder unten angeordnet ist und von den sich daraus ergebenden unterschiedlichen Konvektionsverhältnissen.
    In Figur 1a erkennt man weiterhin, dass die Pumprohrfunktion ebenfalls von dem erfindungsgemäßen Rohrstück 8 übernommen werden kann, und zwar über dessen in Figur 1a unteres Ende. Es stellt nicht nur einen großen Pumpquerschnitt zur Verfügung, weil es nicht in das Entladungsrohr 2 eingepasst ist und nicht auf Elektroden und andere Teile Rücksicht genommen werden muss. Es ist überdies auch ohne weiteres zugänglich. Schließlich kann das erfindungsgemäße Rohrstück 8, falls gewünscht, auch in Kombination mit konventionellen Pumprohren 6 für Spülvorgänge und dgl. verwendet werden und darüber hinaus (unabhängig von konventionellen Pumprohren 6) als Halterung dienen, etwa wenn an den unteren Enden des Entladungsrohres 2 Tellereinschmelzungen oder Quetschungen angebracht werden.
    Figur 1b zeigt eine Variante zu Figur 1a, wobei für entsprechende Teile der Lampe die gleichen Bezugsziffern verwendet wurden, jedoch nicht alle Details gezeichnet sind. Es handelt sich hier im Unterschied zu Figur 1a um eine hüllkolbenlose Lampe, bei der im Übrigen die Entladungsrohrenden in der Doppelhelixform in den Sockel 4 hineinlaufen. Zum Vergleich wird auf die im Folgenden noch beschriebene Figur 2b verwiesen. Es lässt sich leicht erkennen, dass die Lampe aus Figur 1b besonders kompakt aufgebaut ist.
    Figur 2a zeigt ein Figur 1a entsprechendes Entladungsrohr 2 mit einem zur Figur 1 a ähnlichen, wiederum axial durch den Innenraum der Helixform verlaufenden Rohrstück 8. Zusätzlich verdeutlicht Figur 2a in schematischer Weise Elektroden 11 an den Entladungsrohrenden. Der Hüllkolben 1, das Vorschaltgerät 3 und der Sockel 4 sind jedoch nicht mit eingezeichnet.
    Das Rohrstück 8 erstreckt sich hier nicht über die gesamte Länge der Helix sondern nur etwa über ¾ davon. Es enthält eine Glaseinschmelzung 12, die dazu dient, einen Rückhaltekörper in Form einer Eisenpille 13 daran zu hindern, in das Entladungsrohr 2 zu fallen. Die Eisenpille 13 wiederum verhindert in Folge von Oberflächenspannungseffekten und weil sie eine großen Teil des Querschnitts des Rohrstücks 8 versperrt, dass eine Amalgamkugel 14 in das Entladungsrohr 2 fällt. Die Amalgamkugel 14 als Hg-Quelle liegt bei diesem Beispiel etwa zwischen 60 und 70% der axialen Länge der Helix (von oben aus gemessen). Die Verwendung der Eisenpille 13 als Rückhaltekörper erlaubt es insbesondere, die Einschmelzung 12 so zu gestalten, dass sie vor dem Einlegen der Eisenpille 13 und der Amalgamkugel 14 einen guten Pumpquerschnitt durch das Rohrstück 8 zur Verfügung stellt, wenn dieses als Pumprohr verwendet wird. Die Eisenpille 13 und die Amalgamkugel 14 werden nämlich erst nach Abschluss aller Verfahrensschritte des Spülens, Pumpens, Formierens usw. eingebracht. Nach der Verwendung als Pumprohr wird das Rohrstück 8 an seinem unteren Ende durch Abschmelzen verschlossen, wie durch die mit 15 bezeichnete Form des Endes angedeutet sein soll. Vor dem Verschließen sind die Eisenpille 13 und Amalgamkugel 14 eingelegt worden und dann in dem Raum zwischen dem Verschluss 15 und der Einschmelzung 12 gefangen. Zu der Positionierung der Amalgamkugel gelten die Aussagen zu der Position 10 in Figur 1a. Das Rohrstück 8 weist im Bereich der Amalgamkugel 14 eine IR-absorbierende Außenbeschichtung (nicht eingezeichnet) auf.
    Figur 2b zeigt eine der Lampe aus Figur 1 b entsprechende Variante zu Figur 2a, wobei wiederum dieselben Bezugsziffern verwendet worden sind.
    Letztlich ergeben sich je nach Lampenleistung im Betrieb Temperaturen der Amalgamkugel 14 von über 100 °C und damit deutlich über dem konventionell üblichen Bereich. Diese Temperaturen können bis in den Bereich von 160 - 170 °C hinaufgehen. Mit den erfindungsgemäßen Legierungen lässt sich eine solche Entladungslampe problemlos betreiben.
    Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Lampe aufgeführt, bei der die Notwendigkeit von Arbeitsamalgamen für höhere Temperaturbereiche gegeben ist.
    Figur 3 zeigt in Aufrissdarstellung ein Ende einer geraden rohrförmigen Leuchtstofflampe 16 ohne Sockel. Das freie Ende des rohrförmigen Gefäßes 17 der Leuchtstofflampe 16 ist dabei durch eine Tellereinschmelzung 18 verschlossen, in die Stromzuführungen 19 eingequetscht sind. Die Stromzuführungen tragen an ihrem inneren Ende eine Wendel 20. An einer Stromzuführung 19 ist zwischen der Tellereinschmelzung 18 und der Wendel 20 ein Draht 21 angelötet, der an seinem freien Ende ein dachförmig abgewinkeltes Metallblech 22 trägt. Der Draht ist dabei so gebogen, dass das Metallblech 22 in Entladungsrichtung vor der Wendel 20 angeordnet ist.
    Auf dem Metallblech ist ein Masteralloy 23 bestehend aus 96 % In und 4 % Ag aufgebracht. Der Lampe wird bei Füllung soviel Hg beigegeben, dass die Hg-Konzentration des aus Masteralloy und Quecksilberanteil zusammengesetzten Quecksilberamalgam bei diesem Typ von gerader rohrförmiger Leuchtstofflampe zu Beginn der Brenndauer 12 % beträgt. Durch Hg-Aufzehrung sinkt die Hg-Konzentration im Laufe der Lebensdauer bis auf 3% ab.

    Claims (11)

    1. Quecksilberamalgam für Entladungslampen mit
      einem Quecksilberanteil und
      einem Masteralloy,
      dadurch gekennzeichnet, dass das Masteralloy der allgemeinen Formel Ina-eXbYcZdRe entspricht, wobei:
      X zumindest ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe aus Ag, Cu, Sn,
      Y zumindest ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe Pb, Zn,
      Z mindestens ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe aus Ni, Te,
      R Zusätze von Bi, Sb, Ga und übliche Reste umfasst,
      und wobei für a, b, c, d, e gilt:
      70% ≤ a ≤ 98%,
      b ≤ 25%,
      c ≤ 25%,
      d ≤ 20%,
      e ≤15%,
      und wobei ferner gilt 2% ≤ b, wenn c = 0%,
      5% ≤ b, wenn X Cu ist,
      d ≤ 5%, wenn Z Ni ist, und
      e ≤ 5%, wenn R Ga ist.
    2. Amalgam nach Anspruch 1, bei dem X Ag ist.
    3. Amalgam nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Y Pb ist.
    4. Amalgam nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem a ≥ 75% bzw., in der folgenden Reihenfolge zunehmend bevorzugt, ≥ 80%, 85%, 90%, 92% ist.
    5. Amalgam nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem a ≤ 97,5%, vorzugsweise 97% ist.
    6. Amalgam nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem b ≥ 2% bzw., in der folgenden Reihenfolge zunehmend bevorzugt, ≥ 2,5%, 3%, 3,5% ist.
    7. Amalgam nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem b ≤ 20% bzw., in der folgenden Reihenfolge zunehmend bevorzugt, ≤ 15%, 12%, 10%, 8% ist.
    8. Amalgam nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem c ≤ 20% bzw., in der folgenden Reihenfolge zunehmend bevorzugt, ≤ 18%, 16%, 14% , 12%, 10% ist.
    9. Amalgam nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Anteil des Hg in dem Amalgam ≥ 3%, vorzugsweise ≥ 7% und besonders bevorzugterweise ≥ 10% ist und ≤ 20%, vorzugsweise ≤ 15% in Bezug auf 100% Masteralloy ist.
    10. Entladungslampe mit einem Quecksilberamalgam nach einem der vorstehenden Ansprüche, die so ausgelegt ist, dass das Quecksilberamalgam im Normalbetrieb eine Temperatur von 100°C - 170°C erreicht.
    11. Entladungslampe nach Anspruch 10, die dazu ausgelegt ist, dass im Normalbetrieb ein Quecksilberdampfdruck von zumindest 0,5 Pa, vorzugsweise zumindest 1 Pa, und höchstens 4 Pa, vorzugsweise höchstens 2 Pa, auftritt.
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