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Die Erfindung bezieht sich auf Quecksilberniederdruckentladungslampen, insbesondere auf elektrisch oder thermisch höher als bisher üblich belastbare Leuchtstofflampen. Die Lampen enthalten neben Queck- silber zur Zündungseinleitung noch ein Edelgas, meist Argon, von niedrigem Druck. Die Lichtausbeute solcher Lampen ist nicht nur abhängig von der der Lampe zugeführten elektrischen Leistung, sondern auch von der Ausbeute der im Quecksilberdampf angeregten Resonanzstrahlung, die bekanntlich für die Anre- gung des Leuchtstoffes massgebend ist. Diese Quecksilberresonanzstrahlung hat bei einem bestimmten konstanten und verhältnismässig niedrigen Quecksilberdampfdruck einen optimalen Wert.
Mit zunehmen- der Leistungsaufnahme der Lampe wächst aber wegen des grösseren Leistungsumsatzes in der Entladung die
Temperatur und damit der stark temperaturabhängige Dampfdruck des Quecksilbers. Die spezifische Ausbeute an Resonanzstrahlung nimmt 2 b, was ein nicht mehr mit der zugeführten Leistung proportionales Anwachsen des Lichtstromes zur Folge hat. Wegen der Verminderung der spezifischen Lichtausbeute von Leuchtstofflampen mit steigender spezifischer Belastung und des damit verbundenen schlechteren Wirkungsgrades hatte man bisher immer davon abgesehen, solche Lampen für höhere Leistungsaufnahmen zu bauen.
Erst in letzter Zeit sind Versuche unternommen worden, den Wirkungsgrad hochbelasteter Leuchtstofflampen zu verbessern und Lampen ähnlicher Abmessungen mit z. B. doppelter Leistung wirtschaftlich zu betreiben. Das wird beispielsweise durch mehrfaches Eindellen des Lampenkolbens erreicht, wodurch die Oberfläche und damit die Wärmeabfuhr vom Kolben vergrössert. wird. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die geringere Stabilität und erschwerte Herstellung des Kolbens.
Ein anderes Mittel zur Erreichung besserer Lichtausbeuten bei höherer Belastung ist die Schaffung einer kühleren Zone an den Enden der Entladungslampe durch Wärmeabschirmung gegen die Elektroden und die Entladung. In dem etwa auf 400 C gehaltenen Raum kondensiert ein Teil des Quecksilbers, und der Dampfdruck in der Entladung erniedrigt sich. Jedoch entstehen hiebei störende Dunkelräume an den Lampenenden.
Die Erfindung zeigt eine neue Möglichkeit, den Wirkungsgrad von hochbelastbaren Quecksilbernie- derdruckentladungslampen, insbesonderevon Leuchtstofflampen, zu erhöhen, wobei vornehmlich die Brenn- spannung weniger als 2/3 der Veisorgungsspannung beträgt, indem die Tatsache ausgenutzt wird, dass der Dampfdruck über einer Legierung niedriger als über dem reinen Metall ist.
Die Lampen nach der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass im Entladungsgefäss an wenigstens einer, nicht wesentlich höheren Temperaturen als denen der Entladung ausgesetzten Stelle wenigstens ein Amalgam vorhanden ist, das bei den in der Lampe herrschenden Temperaturen einen Quecksilberdampfdruck erzeugt, der niedriger ist und eine höhere Strahlungsausbeute der Quecksilberresonanzstrahlung gewährleistet als der Quecksilberdampfdruck in Lampen ohne amalgambildende Metalle bei gleicher Temperatur.
Amalgambildende Metalle sind auch schon früher in Entladungslampen verwendet worden. Beispielsweise wurde in Niederdruckentladungslampen das Amalgam auf die Elektroden, zumindest aber in Elektrodennähe angebracht. Das durch die Elektroden hoch erhitzte Amalgam hat aber in diesen Lampen im-
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mer einen höheren Dampfdruck als das Quecksilber in der sich auf wesentlich niedrigerer Temperatur be- findlichen Entladung, so dass das Quecksilber laufend aus dem Amalgam bis zu dessen eventueller voll- ständiger Zersetzung verdampft. In den Betriebspausen der Lampe wird das am. !' 19ambildende Metall zur
Lokalisierung des Quecksilbers auf der Elektrode oder in Elektrodennähe verwendet, damit beim Zünden der Lampe schnell wieder ein hinreichend hoher Dampfdruck in der Lampe vorhanden ist.
Das Amalgam dient in diesen Lampen also zur zusätzlichen Erzeugung bzw. Nachlieferung von Quecksilber und kann die den Erfindungsgedanker zugrundeliegende Eigenschaft, den Dampfdruck während des Betriebs der Lampe im Vergleich zu einer Lampe mit reiner Quecksilberfüllung herabzusetzen, gar nicht haben. Somit kann auch das Optimum der Resonanzstrahlung der Quecksilberniederdruckentladung nicht zu höheren Tempe- raturen verschoben werden.
Auch in all den Fällen, in denen sich Amalgame zur Dosierung des Quecksilbers in Lampen befinden, die mit untersättigtem Quecksilberdampf und ohne zusätzlichen Blind-und Wirkwiderstand betrieben. wer- den sollen, lässt sich der Gegenstand der Erfindung nicht verwirklichen, zumal sich Lampen mit diesen
Merkmalen nur mit kleineren Stromstärken betreiben lassen.
Durch Zusatz von Rubidium, Cadmium und Zinkwurde in Quecksilberhochdrucklampen eine Farbverbesserung durch Mitanregung des zugesetzten Elementes erreicht. Bei den Lampen der vorliegenden Er- findung wird das Cadmium auf keinen Fall zum Leuchten angeregt. Hochdrucklampen arbeiten bei um Grössenordnungen höheren Drucken und Temperaturen und damit weit ausserhalb des für das Optimum der
Strahlung der Wellenlängen X < 260 nm erforderlichen Bereiches, so dass die Verhältnisse in diesen Lampen mit denen in Niederdrucklampen nicht vergleichbar sind.
In der Literatur finden sich nur Angaben über die Eigenschaften der Amalgame im flüssigen Zustand bei höheren Temperaturen. Mit der vorliegenden Erfindung musste daher erst das Vorurteil überwunden werden, dass die Amalgame nur bei höheren Temperaturen die notwendige Reaktionsgeschwindigkeit erreichen. Es ergab sich überraschenderweise nach der Erfindung, dass bei geeigneter Auswahl und Zusammensetzung des Amalgams die erforderliche Reaktionsgeschwindigkeit bezüglich Druckänderung auch bei den in Niederdruckentladungslampen herrschenden Temperaturen erreicht werden kann.
Entsprechend dem Erfindungsgedanken erweisen sich nun solche Metalle als besonders geeignet, die einerseits gut mit dem Quecksilber amalgamieren, anderseits in kurzer Zeit den Gleichgewichtszustand erreichen. Doch ist von den meisten Metallen bekannt, dass sich der Gleichgewichtszustand bei Raumtemperaturen nur sehr langsam einstellt. Für die Erfindung branchbar wurden nun einige Metalle mit kürzeren Einstellzeiten ermittelt. Besonders günstig ist z. B. Cadmium, bei dem der Gleichgewichtszustand bei Raumtemperatur schon in einigen Minuten erreicht wird.
Im allgemeinen ist es in technologischer Hinsicht vorteilhaft, Metalle zu nehmen, bei denen der Aktivitätskoeffizient des Quecksilbers im betreffenden Amalgam kleiner als 1 ist, wie z. B. Thallium, Cadmiurr, Indium, Gallium usw., da dann die Menge des zum Quecksilber zuzusetzenden Metalls nicht zu gross ist. Der Aktivitätskoeffizient, mit dem der Molenbruch multipliziert werden muss, um die Aktivität, d. h. das Verhältnis des Dampfdruckes über der Mischphase zum Dampfdruck des betreffenden reinen Metalls gleicher Temperatur zu erhalten, weist durch einen von eins abweichenden Wert auf das nicht ideale Verhalten einer Lösung oder einer Legierung hin.
Es hat sich nach der Erfindung beispielsweise bei Verwendung von Cadmium als amalgambildendes Metall ein atomares Verhältnis von wirksamem Cadmium zu Quecksilber kleiner als 5, vorzugsweise von etwa 0,5 bis 2, als geeignet erwiesen.
Natürlich kann ein Amalgam auch bei Leuchtstofflampen mit bisher üblicher Leistungsaufnahme angewendet werden, die einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt sind.
Das amalgambildende Metall oder das Amalgam selbst wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mit möglichst grosser Oberfläche in die Lampe eingebracht. Es kann z. B. als feinkörniges Pulver oder als Film, z. B. auf der Leuchtstoffschicht, oder als durchsichtige Schutzschicht oder in Form eines Zündstriches oder auf einem Träger, wie schon erwähnt, an einer, eventuell vorbestimmten Stelle vorliegen, wo es nicht wesentlich höheren Temperaturen als denen der Entladung ausgesetzt ist. Dementsprechend ist es ein Merkmal der Erfindung, dass das Amalgam sich nicht in unmittelbarer Nähe oder auf den Elektroden befindet. Will man das Amalgam als Pulver einbringen, so empfiehlt es sich, da die Amalgame im allgemeinen weich sind und oeim Zerkleinern schmieren, beim Mahlprozess ein hartes, neutrales Material, z. B.
SiO, zuzusetzen. Vorteilhaft ist es, das Amalgam in die fertige Lampe einzuführen.
Bringt man es vorher ein, so kann es zweckmässig sein, neben dem Amalgam freies Quecksilber in der Lampe vorzusehen, um nach dem Ausheizvorgang die gewünschte Zusammensetzung des Amalgams zu erhalten. Es können auch mehrere amalgambildende Metalle, z. B. Cadmium und Gold, gleichzeitig in das Entladungsrohr eingebracht werden. Ein weiterer Vorschlag gemäss der Erfindung ist es, das Amalgam oder
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eine seiner Komponenten mit einem niedrig schmelzenden Metall, z. B. Gallium, Weichlot od. dgl. innig zu vermischen oder zu legieren. Die Mischung wird in die fertige Lampe an eine vorbestimmte Stelle gebracht und erwärmt : nach dieser Wärmebehandlung haftet das Amalgam fest auf der Unterlage, so dass auf jeden Fall vermieden wird, dass es in die Nähe der Elektroden gelangen kann.
Bei den Leuchtstofflampen nach der Erfindung wird man vorteilhafterweise den Fülldruck von vornherein etwas niedriger als üblich wählen. Auch kann es günstig sein, statt Argon ein anderes Edelgas, z. B.
Neon, gleichzeitig oder allein als Grundgas einzufüllen.
Als Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung eine an Netzspannung von 220 V..., betriebene Leuchtstofflampe dargestellt. Der Kolben 1, auf dessen Innenwand der Leuchtstoff 2 aufgebracht ist, gleicht mit einem Durchmesser von 38 mm und einer Länge von 1, 2 m in seinen Abmessungen dem einer üblichen 40 W-Lampe. Für die Elektroden 3 finden die bekannten oxydbepasteten Wendeln Verwendung. Das amalgambildende Metall 4 ist beispielsweise Cadmium, das sich feinkörnig verteilt und amalgamiert auf der Leuchtstoffschicht befindet. Als Edelgas wurde 1 Torr Argon eingefüllt. Die elektrischen Daten von solchen Lampen mit Quecksilber allein und mit Cadmium-Amalgam in verschiedenem atomarem Verhältnis sind für eine Leistungsaufnahme von 80 W und 100 W in der folgenden Tabelle wiedergegeben.
80 W
EMI3.1
<tb>
<tb> Hg <SEP> HgCd <SEP> HgCd2
<tb> Brennspannung <SEP> (V) <SEP> 75, <SEP> 5 <SEP> 84 <SEP> 90
<tb> Lampenstrom <SEP> (Amp) <SEP> 1, <SEP> 31 <SEP> 1, <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP>
<tb> Lichtausbeute <SEP> (Lm/W) <SEP> 61, <SEP> 3 <SEP> 68 <SEP> 65
<tb>
100 W
EMI3.2
<tb>
<tb> Brennspannung <SEP> (V) <SEP> 68, <SEP> 5 <SEP> 74, <SEP> 5 <SEP> 84
<tb> Lampenstrom <SEP> (Amp) <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> 1, <SEP> 53 <SEP>
<tb> Lichtausbeute <SEP> (Lm/W) <SEP> 57, <SEP> 4 <SEP> 61, <SEP> 1 <SEP> 63, <SEP> 1
<tb>
Sämtliche Lampen zeigen die gleichen äusseren Abmessungen.
Der Tabelle ist zu entnehmen, dass bei den mit 100 W Leistungsaufnahme betriebenen Lampen das atomare Verhältnis Cd : Hg von 2 : 1, bei den mit 80 W Leistungsaufnahme betriebenen Lampen das Verhältnis Cd : Hg von 1 : 1 vorteilhafter ist. Es ist zu erkennen, dass bei stärkerer Belastung durch Erhöhung des Zusatzes an amalgambildende m Metall die Lichtausbeute bei dieser Belastung verbessert wird. Es gelingt also, durch die Verwendung von Amalgam geeigneter Zusammensetzung-Leuchtstofflampen bei höherer Temperatur zu betreiben, wobei diese Lampen gegenüber den bisher üblichen Leuchtstofflampen mit gleichen äusseren Abmessungen einen besseren Wirkungsgrad aufweisen.
Der Wirkungsgrad bei Lampen nach der Erfindung ist gegenüber üblichen, mit doppelter Leistung betriebenen 40 W-Lampen um mehr als le erhöht. Der Gewinn an Lichtstrom ist demnach nicht unheträchtlich. Dadurch wird das Verwendungsgebiet der Leuchtstofflampen u. a. in Industrie, Handel und als Strassenbeleuchtung durch die hochbelastbaren Lampen nach der Erfindung erheblich erweitert. Dasselbe gilt auch für Lampen, bei denen die Quecksilberstrahlung unmittelbar, d. h. ohne Leuchtstoff anzuregen, ausgenutzt wird, wie es z. B. bei Entkeimungslampen der Fall ist.
Ein weiterer Vorteil der Lampen gemäss der Erfindung liegt darin, dass der Temperaturbereich, in dem die Lampen mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden können, weit grösser ist als er durch die bisher bekannten Kühlanordnungen erreicht werden kann.
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