DD267834A1 - METHOD AND DEVICE FOR DOSING MERCURY IN SMALL PERFORMANCE LAMPS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung dient zum Einbringen einer genau abgemessenen Menge Quecksilber in das Entladungsgefaess von Quecksilberdampfhochdrucklampen oder Halogen-Metalldampflampen mit Leistungen von 50 W und darunter. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das Quecksilber mittels eines Druckimpulses mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s als feiner Staub direkt ins Entladungsgefaess eintritt. Die Dosierung erfolgt mit einer Dosierspritze, deren Kanuele mit Quecksilber gefuellt ist und eine Oeffnung kleiner 100 mm aufweist. Der Dosiervorgang kann durch in Laengsrichtung verlaufende Schwingungen verstaerkt werden. Besonders guenstig ist die Verwendung einer Schutzgaskanuele, die die mit Quecksilber gefuellte Kanuele aufnimmt.The invention serves to introduce a precisely metered amount of mercury into the discharge vessel of high pressure mercury vapor or metal halide lamps with powers of 50W and below. According to the invention, the object is achieved in that the mercury enters the discharge vessel directly as a fine dust by means of a pressure pulse at a speed of 3 m / s. The dosage is carried out with a dosing syringe whose canoe is filled with mercury and has an opening smaller than 100 mm. The metering process can be intensified by oscillations running in the longitudinal direction. Particularly favorable is the use of a Schutzganschanuele that absorbs the filled with mercury canoe.
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Dosierung von Quecksilber in Lampen kleiner LeistungMethod and device for metering mercury in low power lamps
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung dient zum Einbringen einer genau abgemessenen Menge Quecksilber in das EntladungsgefäO von Quecksilberdampfhochdrucklampen oder Halogen-Metalldampf lampen mit Leistungen in der Größenordnung von 50 W und darunter.The invention serves to introduce a precisely metered amount of mercury in the discharge vessel of high pressure mercury vapor lamps or metal halide lamps with powers in the order of 50 W and below.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Bei der Herstellung von Quecksilberdampflampen ist es notwendig, eine genaue abgemessene Menge Quecksilber durch das Pumprohr in den Entladungsraum einzubringen. Im Betrieb der Lampe verdampft das Quecksilber - im Falle von Hochdrucklampen vollständig. Damit wird durch die eingebrachte Quecksilbermenge der Betriebsdruck der Lampe und über den Betriebsdruck die Brennspannung und die elektrische Leistung bestimmt.In the manufacture of mercury vapor lamps, it is necessary to introduce an accurate metered amount of mercury through the pump tube into the discharge space. In the operation of the lamp, the mercury vaporizes completely in the case of high-pressure lamps. Thus, the operating pressure of the lamp and the operating pressure, the burning voltage and the electrical power is determined by the introduced amount of mercury.
Abweichungen im Elektrodenabstand werden durch Änderung der Quecksilbermenge von Lampe zu Lampe so ausgeglichen, daß innerhalb der zugelassenen Toleranzen gleiche elektrische und lichttechnische Werte für die Lampen entstehen. Daraus werden die Forderungen abgeleitet, einerseits die eingebrachte Quecksilbermenge in dem notwendigen Bereich leicht einstellen zu können, andererseiLc aher auch die eingestellte Menge tatsächlich mit möglichst geringer Abweichung in das Entladungsgefäß einzubringen. Frei brennende Lampen ohne Außenkolben benötigen Quecksilbermengen bis herunter zur Größenordnung von 2 mg.Deviations in the electrode spacing are compensated by changing the amount of mercury from lamp to lamp so that the same electrical and photometric values for the lamps are produced within the permitted tolerances. From this, the requirements are derived, on the one hand to be able to easily adjust the amount of mercury introduced in the necessary area, on the other rope c greater detail actually introduce the set amount with the smallest possible deviation in the discharge vessel. Free-burning lamps without an outer bulb require mercury quantities down to the order of 2 mg.
In einem üblichen, besonders im Labor angewandten Verfahren wird die mittels einer feinen Pipette abgemessene Quecksilbermenge vor Beginn der Arbeitsgänge des Pumpens und Füllens der Lampe im Pumpstand in eine drehbare Vorrichtung direkt oberhalb des Pumprohres der Lampe eingebracht.In a conventional process, especially in the laboratory, the amount of mercury metered by a fine pipette is introduced into a rotatable device directly above the pump tube of the lamp prior to commencing the pumping and filling of the lamp in the pumping station.
Nach dem Evakuieren und Spülen des Entladungsgefä'Ues wird die Vorrichtung von außen gedreht, so daß das bevorratete Quecksilber durch das Pumprohr in das EntladungsgefäO fällt. Für die hier benötigten kleinen Mengen wird der Gefahr,, daO der Tropfen dabei an der Glaswand haften bleibt, dadurch begegnet, daß er bei der Ablage in die drehbare Vorrichtung mit Pulver von Thoriumoxid oder Quarzstaub bestäubt wird. Die hier diskutierten Lampen kleiner Leistung verwenden nur nichtaktivierte Wolframelektroden, so daß in diesem Falle zum Bestäuben nur Quarzpulver in Frage kommt.After evacuation and rinsing of the discharge vessel, the device is rotated from the outside so that the stored mercury falls through the pump tube into the discharge vessel. For the small amounts required here, the risk that the drop will adhere to the glass wall is countered by being dusted with powder of thorium oxide or fumed silica during deposition in the rotatable device. The small power lamps discussed here use only non-activated tungsten electrodes, so in this case only quartz powder is suitable for dusting.
'Nachteile dieses Verfahrens sind die geringe Produktivität infolge der zahlreichen notwendigen Handgriffe wie Abmessen des Quecksilbers mit Pipette, Einlegen in die drehbare Vorrichtung und Bestäuben sowie vakuumdichtes Verschließen der drehbaren Vorrichtung, ferner die Gefahr des Einbringens unkontrollierbarer Verunreinigungen in das Entladungsgefäß zusammen mit dem zum Bestäuben verwendeten Quarzmehl.Disadvantages of this method are the low productivity due to the numerous necessary operations such as measuring the mercury with pipette, insertion into the rotatable device and dusting and vacuum-tight closing of the rotatable device, also the risk of introducing uncontrollable impurities in the discharge vessel together with the used for dusting silica flour.
Ein anderes produktiveres Verfahren (DD-WP 221 82'^) bringt in einer Dosiervorrichtung eine größere Menge Quecksilber unter, von der mittels einer geeigneten Dosiermechanik die benötigte Menge Quecksilber als Tropfen entnommen und durch, das Pumprohr in das Entladungsgefäß eingeworfen wird, wozu in einigen Vorrichtungen eine Einführkanüle dient. Es gelingt jedoch nicht, geringere Mengen als ca. 5 mg zu dosieren, da sich infolge der Oberflächenspannung des Quecksilbers mit dieser Vorrichtung keine kleineren Tropfen herstellen lassen. Außerdem besteht bei dieser Vorrichtung wiederum die Gefahr, daß Quecksilber an der Innenwand des Pumprohres oder der Einführkanüle hängenbleibt und gar nicht oder teilweise nicht in das Entladungsgefäß gelangt. In den DD-WP 156 933 und DD-WP 200 546 werden Dosierverfahren beschrieben, die relativ genau sehr geringe Quecksilber-Another more productive method (DD-WP 221 82 '^) brings in a metering device a larger amount of mercury, taken from the means of a suitable metering mechanism, the required amount of mercury as drops and through, the pumping tube is thrown into the discharge vessel, including in some Devices an introducer cannula is used. However, it is not possible to dose smaller amounts than about 5 mg, as can be produced no smaller drops due to the surface tension of the mercury with this device. In addition, there is again the risk in this device that mercury gets caught on the inner wall of the pump tube or the insertion cannula and does not get into the discharge vessel at all or not at all. DD-WP 156 933 and DD-WP 200 546 describe dosing processes which produce relatively accurately very low levels of mercury.
mengen abzumessen gestattet. Sie verwenden Niveau- öder Druckunterschiede zwischen dem Spiegel in einem VorratsgefäO und einer AusfluQöffnung aus diesem VorratsgefäO, so daß durch langsames Ausfließen der Flüssigkeit sich an der Ausflußöffnung ein größer werdender Tnpfen bildet, der nach Erreichung der gewünschten Größe mittels eines Messers, das seitlich herangeführt wird, von der Ausflußöffnung abgeschnitten oder durch Druckänderung abgestoßen wird.allowed to measure quantities. They use level or pressure differences between the mirror in a storage vessel and a discharge opening from this storage vessel, so that by slowly flowing out of the liquid an increasing Tnpfen forms at the outflow, which after reaching the desired size by means of a knife which is introduced laterally , is cut off from the outflow or repelled by pressure change.
Dieses Verfahren hat wiederum den Nachteil, daß die dosierte Menge als Tropfen außerhalb des Entladungsgefäßes vorliegt, so daß sie rjurch das Pumprohr in den Entladungsraum gebracht werden muß, was zu den bereits erwähnten Mängeln führt. Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens nach DD-WP 227 001 bildet einen Strahl feiner Quecksilbercropfen, der in das Entladungsgefäß hineingeschossen werden kann. Dazu wird wieder ein Vorratsgefäß verwendet, dessen Spiegel in einem Verhältnis zum Niveau der Ausflußöffnung steht, so daß durch Wirkung der Schwerkraft gerade kein Ausfließen stattfindet. Der Quecksilbcrstrahl wird durch gegeneinander phasenverschobene Schwingungen von Ausflußöffnung und Flüssigkeit erzeugt. Dabei wird die Dosiermenge durch die Frequenz, Anzahl, Amplitude und Phase der Schwingungen, durch die Abmessungen der Austrittsöffnung und durch den Flüssigkeitsdruck in der Austrittsöffnung, d. h. durch die Niveauunterschiede zwischen Austrittsöffnung und Spiegel im Vorratsgefäß sowie durch die Richtung der verwendeten Schwingungen bestimmt. Fs ist schwer, über lange Zeit alle diese Größen ausreichend konstant zu halten, was insbesondere auf die Druckverhältnisse und di,e Abmessungen am Ausfluß zutrifft, so daß dos Verfahren für die konstante Dosierung größerer Stückzahlen wenig Eignung besitzt.This method in turn has the disadvantage that the metered amount is present as a drop outside the discharge vessel, so that it must be brought by the pump tube in the discharge space, which leads to the aforementioned deficiencies. A further development of this method according to DD-WP 227 001 forms a beam of fine drops of mercury, which can be shot into the discharge vessel. For this purpose, a storage vessel is again used, the mirror is in a ratio to the level of the outflow, so that just no flow takes place by the action of gravity. The mercury jet is generated by mutually phase-shifted oscillations of outflow opening and liquid. In this case, the dosage is determined by the frequency, number, amplitude and phase of the vibrations, by the dimensions of the outlet opening and by the fluid pressure in the outlet opening, d. H. determined by the level differences between the outlet opening and the mirror in the storage vessel and by the direction of the vibrations used. It is difficult to keep all these quantities sufficiently constant for a long time, which is especially true for the pressure ratios and diameters at the outflow, so that the method has little suitability for the constant metering of larger quantities.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Crfindung ist es, Quecksilberdampfhochdrucklampen und Halogeri-Metalldampflampen kleiner Leistung mit exakt dosierten Mengen Quecksilber herzustellen.The aim of the crimping is to produce low-pressure mercury vapor lamps and Halogeri metal halide lamps with precisely metered quantities of mercury.
Darlegung dos Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Die Aufgabe, die erfindungsgemäß gelöst werden soll, ist das Einbringen der bönötigten Quecksilbermenge in Größenordnungen •bis herunter zu 2 mg in den Brennraum von Entladungslampen während der Lampenherstellung, wobei geringe Streuung der eingestellten Menge und größtmögliche Freiheit von Verunreinigungen erreicht werden soll.The object which is to be solved according to the invention is to introduce the amount of mercury required in the order of magnitude down to 2 mg into the combustion chamber of discharge lamps during lamp manufacture, whereby low dispersion of the set amount and maximum freedom from contamination should be achieved.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Quecksilber mittels eines Druckimpulses mit einer Geschwindigkeit von 2Γ 3 m/s als feiner Staub direkt ins Entladungsgefäß eintritt, wobei der Druckimpuls durch den Vorschub des Kolbens in einer mit dem Quecksilbervorist gefüllten Dosierspritze erzeugt wird. Mit der Dosierspritze ist eine Kanüle verbunden, die eine Austrittsöffnung kleiner als 100 pm aufweist. Es ist erforderlich, daß die Kanüle bis in das Entladungsgefäß hinein ragt.According to the invention the object is achieved in that the mercury enters by means of a pressure pulse at a speed of 2Γ 3 m / s as fine dust directly into the discharge vessel, wherein the pressure pulse is generated by the advance of the piston in a filled with the mercury dosing syringe. With the metering syringe a cannula is connected, which has an outlet opening smaller than 100 pm. It is necessary that the cannula protrudes into the discharge vessel.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Kanüle mit im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden akustischen Schwingungen beaufschlagt.In a further embodiment of the invention, the cannula is acted upon by substantially longitudinal acoustic vibrations.
Zur Verhinderung des Zutritts von Außenluft zum Quecksilber und zum Entladungsgefäß ist es vorteilhaft, die mit Quecksilber gefüllte Kanüle in einer weiteren, entsprechend größeren Schutzgaskanüle anzuordnen, durch die wasserdampf- und sauerstofffreies Schutzgas zugeführt wird.To prevent the ingress of outside air to the mercury and to the discharge vessel, it is advantageous to arrange the mercury-filled cannula in a further, correspondingly larger protective gas cannula through which protective gas free of water vapor and oxygen is supplied.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung wird erreicht, daß das Quecksilber nicht mehrThe inventive method and the corresponding device is achieved that the mercury is no longer
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als Tropfen, mit allen diesen anhaftenden Nachteilen, dosiert wird, sondern durch die kleine Öffnung mit relativ hoher Geschwindigkeit ins Entladungsgefäß grcprüht wird. Es wird durch diese Erfindung eine exakte Dosierung auch im Bereich von 2 mg möglich.is dosed as a drop, with all these adhering disadvantages, but is sprayed through the small opening at a relatively high speed into the discharge vessel. It is possible by this invention, an exact dosage in the range of 2 mg.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, dabai zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäOe Vorrichtung.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, FIG. 1 shows a device according to the invention.
Die mit Quecksilber gefüllte Kanüle 1 wird von der Dosierspritze 13 mit Kolben 15 mit Quecksilber 14 versorgt. Das Ende 11 der Kanüle 1 ist mit einer kleinen öffnung von ca. 20 pm Durchmesser versehen, die im Beispiel elektroerosiv hergestellt wurde. Kanüle 1 ist durch das Pumprohr 4 bis in den EntladungsgefaOinnenraum 6 der Lempe 6 eingeführt. Lampe ist ouf der dem Pumprohr 4 gegenüberliegenden Seite durch die Quetschung 9 abgeschlossen, in der die Elektroden 7 befestigt sind, an die elektrisch und vakuumdicht über die Einschmelzfolien B und Sockelleitungen 10 die Stromquelle zum Betrieb der Lampe angeschlossen werden kann. An die Dosierspritze ib: der Schwingungsgenerator 12 fest angekoppelt, so daß Kanüle 1 in Längsschwingungen versetzt werden kann. Kanüle 1 befindet sich in einer zweiten Kanüle 3, durch die über das Anschlußstiick 2 Schutzgas an der Quecksilberaustrittsstelle 11 vorbei in den Entladungsgefäßinnenraum 6 geleitet wird.The filled with mercury cannula 1 is supplied by the metering syringe 13 with piston 15 with mercury 14. The end 11 of the cannula 1 is provided with a small opening of about 20 pm in diameter, which was produced by electroerosion in the example. Cannula 1 is inserted through the pump tube 4 into the discharge vessel interior 6 of the limb 6. Lamp is completed ouf of the pump tube 4 opposite side by the pinch 9, in which the electrodes 7 are fixed, to the electrically and vacuum-tight on the sealing films B and baseboards 10, the power source for operating the lamp can be connected. To the dosing syringe ib: the vibration generator 12 is firmly coupled, so that cannula 1 can be set in longitudinal vibrations. Cannula 1 is located in a second cannula 3, through which protective gas is conducted past the connecting piece 2 past the mercury outlet 11 into the discharge vessel interior 6.
Es wurde gefunden, daß bei ausreichender Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens 15 und entsprechender Erhöhung des Druckes im Quecksilber das Quecksilber als feiner Staub aus der Bohrung bei 11 austritt, ohne größere Tropfen zu bilden. Nach Erreichen des beabsichtigten Volumens an der Dosierspritze.13It has been found that with sufficient feed rate of the piston 15 and corresponding increase of the pressure in the mercury, the mercury exits the well as fine dust from the bore at 11, without forming larger drops. After reaching the intended volume of the dosing syringe.13
wird der Vorschub des Kolbens 15 gestoppt, so daß der Quecksilberaustritt aufhört. Damit wird die GröOe der einzubringenden M(nge Quecksilber weitgehend unabhängig von der Bildung größerer Tropfen und die eingebrachte Menge nur bestimmt durch das geförderte Volumen. Da die Austrittsöffnung 11 im Entladunysgefiß 6 liegt, gelangt alles zerstäubte Quecksilber in den Entladungsgefäßinnenraum, wobei es durch den Schutzgasdtrom durch Kanüle 3 unterstützt wird. Weiter wurde gefunden, daß durch den Schwingungsgenerator 12 erzeugte und zur Austrittssl e.lle 11 geleitete Schwingungen die Zerstäubung des austretenden Quecksilbers fördern, so daß geringere Kolbenlast zum Einbringen ausreicht. Dadurch kann entweder die Fördergeschwindigkeit gesenkt und damit die Genauigkeit der eingebrachten Menge erhöht werden, oder die Austrittsöffnung bei 11 kann entsprechend größer, z. B. bis zu 100 μπι Durchmesser, ausgeführt werden.the advance of the piston 15 is stopped, so that the mercury exit stops. Thus, the size of the mercury to be introduced is largely independent of the formation of larger droplets and the amount introduced is determined only by the delivered volume. Since the outlet opening 11 is located in the discharge nozzle 6, all atomized mercury enters the discharge vessel interior, through the protective gas flow is supported by cannula 3. It has also been found that oscillations generated by vibrator 12 and directed to exit port 11 promote the atomization of the exiting mercury, so that lower piston load is sufficient for insertion, thereby either reducing the conveyance speed and thus the accuracy the amount introduced can be increased, or the outlet opening at 11 can be made correspondingly larger, for example up to 100 μm in diameter.
Claims (3)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10030830B4 (en) * | 1999-06-25 | 2008-11-27 | Koito Mfg. Co., Ltd. | Method and device for supplying mercury to an arc tube for a discharge lamp |
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1987
- 1987-12-04 DD DD30994487A patent/DD267834A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE10030830B4 (en) * | 1999-06-25 | 2008-11-27 | Koito Mfg. Co., Ltd. | Method and device for supplying mercury to an arc tube for a discharge lamp |
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