STORAGE ELEMENT FOR DOSING AND INTRODUCING LIQUID MERCURY INTO A DISCHARGE LAMP

Abstract: The storage element is a porous pressed body which stores the fixed quantity of the metering material in its pores. The pressed body consists of a single metal or of a plurality of metals forming a mixture or an alloy, the single metal or the mixture or alloy in turn not forming an alloy with mercury, being wettable by mercury and having a high oxidation resistance. The elements of subgroups 4 to 8 of the periodic table are particularly suitable as the single metal or as the main constituent of the mixture or alloy.

Description: Speicherelement zum Dosieren und Einbringen von flüssigem Quecksilber in eine Entladungslampe Die Erfindung betrifft ein Speicherelement zum Dosieren und Einbringen von flüssigem Quecksilber oder flüssigen Quecksilberlegierungen in eine Entladungslampe. Quecksilber wird für den Betrieb von fast allen Entladungslampen benötigt. Bei Hochdruckenrladungslampen wird das Quecksilber in Form von Halogenidverbindungen oder durch direktes Eintropfen über den Pumpstengel in das Entladungsgefäss gebracht. Bei Niederdruckentladungslampen dagegen ist es üblich, neben dem direkten Eintropfen für das Dosieren und Einbringen Behälter aus Glas oder Metall zu verwenden, in die das Quecksilber bzw. die Quecksilberlegierung gefüllt wird. Diese Behälter werden nahe einer Elektrode im Innern des Entladungsgefässes angebracht und mit Hilfe von induzierter Hochfrequenz oder Laserstrahlen nach dem Verschliessen des Gefässes geöffnet, so dass das Quecksilber austreten kann. Ein Beispiel dafür ist in der DE-OS 30 41 398 aufgeführt. Aufgrund der hohen Oberflächenspannung ist eine exakte Dosierung von flüssigem Quecksilber, insbesondere in kleinsten Mengen praktisch nicht möglich. Daher wird in den meisten Fällen eine weit höhere Menge in die Lampe eingefüllt, als für den Betrieb benötigt wird. Bei direktem Einbringen des flüssigen Quecksilbers wird somit auch verhindert, dass die Quecksilbertropfen im Pumpstengel hängenbleiben, was dann der Fall ist, wenn die Tröpfchen eine gewisse Mindestgrösse unterschreiten. Neuerdings ist in der DE-Patentanmeldung 35 34 208.0 auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei der ein Strang flüssigen Quecksilbers unter den Erstarrungspunkt abgekühlt wird. Von diesem gefrorenen Strang werden dann Teilstränge der benötigten Länge, d.h. der benötigten Quecksilbermenge abgetrennt und in das Entladungsgefäss eingebracht. Dieses Verfahren ermöglicht eine wesentlich genauere Dosierung. Das Verfahren ist jedoch maschinentechnisch sehr aufwendig und, da die entsprechenden Vorrichtungen in die Fertigungsmaschinen für die Lampen integriert sein müssen, nur mit grossem Aufwand zu realisieren. Die Verarbeitung von flüssigem Quecksilber stellt eine grosse Umwelt- bzw. Arbeitsplatzbelastung dar, da Quecksilber einen relativ hohen Dampfdruck besitzt, wobei der Dampf stark toxisch ist. Beim Auftreffen auf harte Unterlagen verspritzt es in winzige Tröpfchen, die nur sehr schwer wieder aufgesammelt werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speicherelement zum Dosieren und Einbringen von flüssigem Quecksilber bzw. flüssigen Quecksilberlegierungen zu schaffen, das eine genaue Dosierung des Quecksilbers und eine einfache Einbringung des Quecksilbers in die Lampe ermöglicht. Dabei sollten die physikalischen Eigenschaften des Quecksilbers bzw. der Quecksilberlegierung, wie z.B. der hohe Dampfdruck, nicht verändert werden. Das Speicherelement zum Dosieren und Einbringen von flüssigem Quecksilber oder flüssigen Quecksilberlegierungen in eine Entladungslampe ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass es ein poröser Presskörper ist, der in seinen Poren die festgelegte Menge des Dosierstoffes speichert und aus einem einzigen Metall besteht, dessen Schmelzpunkt über 250 0C liegt, wobei das Metall des Presskörpers mit Quecksilber keine Legierung bildet, von Quecksilber benetzbar ist und eine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist. Der Presskörper kann aber auch aus mindestens zwei eine Mischung bzw. eine Legierung bildenden Metallen bestehen, wobei diese Mischung bzw. Legierung ihrerseits mit Quecksilber keine Legierung bildet, von Quecksilber benetzbar ist und einen Schmelzpunkt hat, der über 250 OC liegt und ausserdem das erste Metall mehr als 50 Gew.-% Anteil am Presskörper besitzt und das zweite bzw. die weiteren Metalle Elemente sind, die die Oxidationsbeständigkeit des ersten Metalls erhöhen. Ein solcher Presskörper speichert pro Gewichtseinheit des Metalls eine genau festlegbare Menge des Quecksilbers bzw. der Quecksilberlegierung, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird. Messungen ergaben, dass bei Presskörpern aus unterschiedlichen Chargen, die jeweils unter den gleichen Verfahrensbedingungen hergestellt wurden, die gespeicherte Quecksilbermenge höchstens um -+ 10 s schwankt. Auf diese Weise lässt sich abhängig vom Gewicht des Presskörpers jede gewünschte Menge des Quecksilbers bzw. der Quecksilberlegierung sogar im mg-Bereich erhalten. Der Presskörper kann sehr einfach in die Entladungslampe eingebracht werden, wobei er weder durch eine Zwischenlagerung noch durch Berührung einen Speicherverlust erleidet. Bei einer längeren Lagerung muss diese natürlich entweder unter Vakuum oder aber unter Schutzgas erfolgen, da aufgrund des hohen Dampfdrucks das Quecksilber in normaler Atmosphäre wegdampft. Eine Überdosierung des Quecksilbers in der Lampe ist somit nicht mehr erforderlich. Als weiterer Vorteil ist es möglich, den Presskörper im Pumpstengel zu fixieren, wodurch Leuchtstoffabtragungen, wie sie durch das Eintropfen von flüssigem Quecksilber verursacht werden, ausgeschlossen sind. Durch die Wärme bei der Aufheizung der Elektroden wird sodann das Quecksilber aus dem Presskörper freigesetzt. Ein solcher Presskörper lässt sich herstellen, indem das Quecksilber oder die Quecksilberlegierung in eine oder mehrere Elektrolysegefässe mit jeweils unterschiedlichen Metallsalzlösungen und einer Anode des entsprechenden Metalls gegeben und elektrolytisch mit dem jeweiligen Metall der Salzlösung angereichert wird, so dass eine oder mehrere Quecksilber-Metallsuspensionen gebildet werden. Im Fall, dass es sich um mehrere Quecksilber-Metallsuspensionen handelt, werden diese sodann in bestimmten Verhältnissen gemischt, das entstandene Suspensionsprodukt mit wasserfreiem Glycerin überschichtet und bei mindestens 100 OC getempert. Anschliessend wird das Glycerin dekantiert und das Suspensionsprodukt gewaschen und getrocknet. Das nicht gespeicherte Quecksilber bzw. die nicht gespeicherte Quecksilberlegierung wird abgefiltert, der verbleibende Filterkuchen in die Bohrung eines Stahlzylinders gefüllt und das überschüssige Quecksilber bzw. die überschüssige Quecksilberlegierung mit Hilfe eines Stempels unter hohem Druck herausgepresst. Mit Hilfe des Pressdruckes lässt sich dabei der Quecksilbergehalt des Presskörpers variieren. Auf diese Weise entsteht ein spröder Pressling, der sodann pulverisiert wird und aus dem dann Presskörper der entsprechenden Dimensionen, z.B. in Pillenform, hergestellt werden können. Als erstes bzw. einziges Metall für den Presskörper eignen sich theoretisch alle Elemente der vierten bis achten Nebengruppe des Periodensystems, sofern sie mit Quecksilber keine Legierung bilden, aber von Quecksilber benetzbar sind. Praktisch kommen jedoch nur solche Metalle in Frage, die nicht toxisch und/oder radioaktiv sind und eine möglichst kostengünstige Herstellung des Presskörpers ermöglichen. Als geeignet in diesem Sinn erwiesen sich die Metalle Eisen und Nickel, wobei hier ein zweites Metall wie Kupfer benötigt wird, um eine ausreichende Oxidationsbeständigkeit zu erreichen. Auch mit einem Presskörper aus Eisen, Chrom und evtl. Nickel lassen sich gute Speichereigenschaften erzielen. Für den Fall, dass die Herstellung des Presskörpers und das Einbringen des Presskörpers in das Entladungsgefäss unter einer Schutzgasatmosphäre abgewickelt wird, kann auf die Beigabe des bzw. der weiteren Metalle zur Oxidationshemmung verzichtet werden. Untersuchungen an Presskörpern aus Eisen, denen kein die Oxidation hemmendes Metall beigegeben war, zeigten, dass diese Presskörper, wenn sie an der Luft gelagert werden (neben dem Verdampfen von Quecksilber), im Laufe der Zeit Quecksilbertropfen abgeben, da mit fortschreitender Oxidation die Benetzbarkeit des Körpers sinkt. Besonders gute Ergebnisse bezüglich Quecksilber speicherung, Oxidationsbeständigkeit sowie vollständiger Quecksilberabgabe bei Erwärmung im Entladungsgefäss zeigten Presskörper aus 75 bis 99,5 Gew.-% Eisen und als Rest zu 100 % aus 25 bis 0,5 Gew.-% Kupfer. Auch Presskörper aus 55 bis 80 Gew.-% Nickel und 45 bis 20 Gew.-% Kupfer speichern das Quecksilber sehr gut und besitzen eine hohe Oxidationsbeständigkeit. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie bei Raumtemperatur ca. die Hälfte des Quecksilbers hartnäckig festhalten und erst oberhalb 80 bis 100 0C wieder freigeben. Im Fall einer Zusammensetzung aus Eisen, Chrom und evtl. Nickel sollte der Presskörper insbesondere aus 65 bis 75 Gew.-$ Eisen, 12 bis 25 Gew.-% Chrom und als Rest zu 100 % aus 23 bis 0 Gew.-% Nickel bestehen. Ein solcher Presskörper besitzt jedoch nicht die hohe Oxidationsbeständigkeit wie die beiden oben erwähnten Presskörperzusammensetzungen.

Claims: Storage element for dozing and introducing liquid mercury or liquid mercury alloys into a discharge lamp, characterized in that the storage element is an unsintered porous pressed moulding which stores the specified amount of the dosing substance in its pores and consists of a single metal whose melting point is above 250°C, the metal of the pressed moulding not forming an alloy with mercury, being capable of being wetted by mercury and having a high oxidation resistance. Storage element for dosing and introducing liquid mercury or liquid mercury alloys into a discharge lamp, characterised in that the storage element is an unsintered porous pressed moulding which stores the specified amount of the dozing substance in its pores and consists of at least two metals which form a mixture or an alloy, said mixture or alloy for its part not forming an alloy with mercury, being capable of being wetted by mercury and having a melting point which is above 250°C, and in addition, the first metal contributes more than 50% by weight to the pressed moulding and the second or the further metals are elements which increase the oxidation resistance of the first metal. Storage element according to Claim 1 or 2, characterised in that the single metal or the first metal is an element of the fourth to eighth subgroup of the periodic table. Storage element according to Claims 2 and 3, characterised in that the first metal is iron. Storage element according to Claims 2 and 3, characterised in that the first metal is nickel. Storage element according to Claims 2, 4 and 5, characterised in that the second metal is copper. Storage element according to Claims 2, 3 and 4, characterised in that the further metals are chromium and nickel. Storage element according to Claims 4 and 6, characterised in that the pressed moulding consists of 75 to 99.5% by weight of iron and the remainder to 100% of 25 to 0.5% by weight of copper. Storage element according to Claims 5 and 6, characterised in that the pressed moulding consists of 55 to 80% by weight of nickel and the remainder to 100% of 45 to 20% by weight of copper. Storage element according to Claims 4 and 7, characterised in that the pressed moulding consists of 65 to 75% by weight of iron, 12 to 25% by weight of chromium and the remainder to 100% of 23 to 0% by weight of nickel.

Inventors: SCHUSTER, WERNER, DR.
Applicants: PATENT-TREUHAND-GESELLSCHAFT FUER ELEKTRISCHE GLUEHLAMPEN MBH
Application year: 1986
Main classification: H01J9
IPC codes: H01J9