DE3534208C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren und Einbringen von kleinen Quecksilbermengen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Quecksilber ist ein wesentlicher Bestandteil der Füllung für sehr viele Arten von Entladungslampen. Von entscheidender Bedeutung ist dabei, daß das Queck­ silber zuverlässig und in richtiger Dosierung in den Lampenkolben eingebracht wird.

Niederdruckentladungslampen werden überwiegend mit flüssigem Quecksilber gefüllt. Meist wird dabei ein Mehrfaches der wirklich benötigten Quecksilbermenge in die Lampe eingebracht, was heutzutage allein schon unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes vermieden werden sollte. Diese Überdosierung ist erforderlich, weil die üblicherweise eingesetzten Dosierhohlräume für ein genaues Portionieren kleiner Mengen nicht geeignet sind. Zudem müssen die Quecksilber-Tröpfchen eine gewisse Mindestgröße haben, um nicht beim Durchgang durch den Pumpstengel an der Wand haften zu bleiben. Das Reduzieren der Haftwirkung durch eine Silikonbeschichtung der Pumpstengelwand ist dafür eine umständliche und nicht voll befriedigende Lösung. Als Alternative wird das flüssige Quecksilber beim Einbringen in einen Behälter eingeschlossen, der erst im Lampenkolben z.B. mittels Laserbestrahlung oder Hochfrequenzinduktionstechnik wieder geöffnet wird. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und löst überdies in keiner Weise das Problem der Portionierung kleiner Mengen.

Aus der DE-OS 21 33 718 ist es bekannt, einen Strang aus flüssigem Quecksilber zu bilden, einen genau dosierten Teilstrang mit Hilfe eines Kükens abzutrennen und diesen in die Entladungslampe über den Pumpstutzen einzubringen. Dadurch, daß die einzelnen Komponenten der Vorrichtung eine Einheit bilden, ist eine Verschmutzung des Quecksilbers weitgehend ausgeschlossen.

Bei Hochdruckentladungslampen wird häufig der Füllung neben festen Quecksilberverbindungen ebenfalls reines, flüssiges Quecksilber zugesetzt. Die benötigte Menge hängt stark vom Lampentyp ab. In allen Fällen ist jedoch eine genaue Dosierung erforderlich. Große Mengen können zwar gut mit Nadelfüllern portioniert werden, bei kleinen Mengen ist diese Methode jedoch nicht genügend zuverlässig, so daß die betroffenen Lampen eine starke Streuung in ihrem Betriebsverhalten aufweisen. In jedem Fall muß zudem auch hier wieder das Haften des flüssigen Quecksilber-Tropfens an der Pumpstengelwand mit ähnlich aufwendigen Techniken wie bei Niederdruckentladungslampen vermieden werden.

Schließlich ist in der DE-OS 28 39 909 ein Verfahren angegeben, bei Hochdrucklampen mit Metallhalogenidfüllung die Metallhalogenidsalze in Pelletform einzubringen. Die pulverförmigen Salze werden zu einem Stab aus leichtabbrechbaren Segmenten gepreßt, von dem dann ein Segment abgetrennt und in die Entladungslampe eingebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dosieren und Einbringen von Quecksilber bereitzustellen, das sowohl ein genaues Dosieren - auch sehr geringer Mengen - von Quecksilber als auch ein zuverlässiges Einbringen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei Entladungslampen, deren Füllung reines Quecksilber enthält, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Das Gefrieren des Quecksilbers (Hg) bringt mehrere Vorteile:

Das Dosieren des erstarrten Hg wird durch die Tatsache erleichtert, daß ein Festkörper im Gegensatz zu einem Tropfen seine Gestalt nicht verändern kann; des weiteren besitzen die kleinsten herstellbaren Tropfen (Kugel-Radius R) erheblich mehr Volumen und Masse als ein bei Kühlung unter den Erstarrungspunkt erzeugbarer Strang mit der gleichen kleinsten herstellbaren Länge R, da der Strangdurchmesser erheblich unter dem Wert R gehalten werden kann. Darüber hinaus ist das Adhäsionsvermögen von gefrorenem Hg, verglichen mit flüssigem, vernachlässigbar, so daß das Abtrennen des Hg-Strangs wie auch sein verlustloses Einbringen in den Lampenkolben durch einen Pumpstutzen hindurch entscheidend erleichtert wird.

Zum Bilden eines Stranges wird das flüssige Quecksilber in eine Kanüle eingeleitet. Dadurch kann ein sehr kleiner Durchmesser des Strangs erzielt werden, was die Genauigkeit der Dosierung erleichtert. Besonders vorteilhaft ist es, die Kühlung des Strangendes im wesentlichen mit Peltierelementen vorzunehmen, was eine kleine Dimensionierung des Kühlaggregats ermöglicht und nur eine geringe Eingangsleistung erfordert.

Bevorzugt wird vor dem Abtrennen des erstarrten Teil­ strangs am Strangende eine Längenbestimmung vorge­ nommen. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit der Dosie­ rung sichergestellt, weil die Länge des Teilstrangs die abzutrennende Quecksilbermenge eindeutig festgelegt.

Vorteilhaft wird das Abtrennen des erstarrten Teilstrangs mittels eines Schlagstempels durchge­ führt, ein Verfahren, das schnell und genau mit hoher Wiederholfrequenz durchführbar ist. Eine Längenbe­ stimmung auf optischem Wege arbeitet berührungsfrei und somit praktisch verzögerungsfrei und läßt sich daher dem Verfahrensschritt des Abtrennens bestmöglich anpassen. Die Herstellung des Schlagstempels aus einem optisch transparenten Material bietet dabei die Möglichkeit, die Länge des Teilstrangs mit Hilfe der durch ihn bedingten Abschattung einer Lichtquelle (Laserstrahl) zu kontrollieren. Ein besonderer Vorteil des Abtrennens mit Hilfe eines Schlagstempels ist, daß der vom Schlagstempel auf den abgetrennten Teilstrang übertragene mechanische Impuls für eine schnelle Beförderung des erstarrten Teilstrangs durch den Pumpstutzen in die Entladungslampe sorgt. Damit wird die Gefahr ausgeschlossen, daß eine eventuelle Wiederverflüssigung des Teilstrangs bereits vor dem Passieren des Pumpstutzens erfolgt.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungs­ beispiels näher erläutert.

In der Figur ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren des Dosierens und Einbringens von Quecksilber vorteilhaft durchgeführt werden kann.

In einem Vorratsgefäß 1, das sich nach unten hin trichterförmig verengt, ist eine größere Menge flüssigen Quecksilbers 2 eingebracht. Durch das enge Trichterrohr 3 steht das Vorratsgefäß 1 mit einem unter ihm befindlichen Hohlraum 4 in Verbindung. Der Zugang zum Hohlraum 4 kann durch einen Kugel­ verschluß 5 abgedichtet werden, der mit Hilfe eines Führungsstabes 6 auf- und abbewegt werden kann. Den Boden des Hohlraums 4 bildet eine bewegliche Membran 7 aus Edelstahl (0,2 mm dick), so daß durch das Anpressen eines Stempels 8 an die Membran 7 das Volumen des Hohlraums 4 verkleinert werden kann, wobei das Trichterrohr 3 durch den Kugelverschluß 5 abgedichtet ist. Der vom Stempel 8 bewirkte Druck setzt sich in einer seitlich am Hohlraum 4 angebrachten Kanüle 9 (Innendurchmesser 0,5 mm) fort, so daß am offenen Ende 10 der Kanüle 9 Quecksilber 11 austritt. Das Kanülenende 10 wird über eine Kältebrücke 12 aus Edelstahl mittels Peltierelementen 13, 13′ auf eine Temperatur von etwa - 48 °C gekühlt. Dabei ist die Kältebrücke 12 als massives, vertikal aufgestelltes, dickwandige Rohr (Innen­ durchmesser 4 mm) ausgebildet, in das das Kanülenende 10 seitlich einmündet. Da der Erstarrungspunkt von Quecksilber bei - 39°C liegt, ist das am Kanülen­ ende 10 austretende Quecksilber 11 gefroren und behält infolgedessen seine durch die Kanüle 9 bewirkte zylindrische Gestalt bei.

Im Rohr 12 ist ein Schlagstempel 14 aus Plexiglas so angeordnet, daß er - durch eine Feder 15 gehalten - in Ruhelage oberhalb der Einmündung der Kanüle 9 verbleibt. Hat jedoch das aus der Kanüle 9 in Strangform austretende Quecksilber 11 die der gewünschten Dosierung entsprechende Länge erreicht (was sich z.B. durch die von einer Photodiode gemes­ sene Abschattung eines in das Rohr 12 gelenkten Lichtstrahls kontrollieren läßt), so wird der Schlagstempel 14, von einer an der Photodiode ange­ schlossenen elektronischen Regelung gesteuert, schnell nach unten bewegt. Dabei trennt er mit Hilfe einer ringförmigen Edelstahlschneide 16 den in das Rohr 12 hineinragenden Teilstrang des Quecksilbers (Gewicht ca. 5 mg) ab und schleudert ihn nach unten in ein Auslaßrohr 17. Am Ende des Auslaßrohres 17 steht der Pumpstutzen 18 der zu füllenden Entladungslampe an. Infolgedessen passiert der abgetrennte Teilstrang den Pumpstutzen 18 im gefrorenen Zustand, ehe er sich in der Lampe nach kurzer Zeit wieder verflüssigt.

Der Arbeitsgang wird abgeschlossen durch das Zurück­ bewegen des Stempels 8, worauf das Quecksilber im Hohlraum 4 wieder aufgefüllt wird, indem der Kugel­ verschluß 5 wieder geöffnet wird.

Der Schlagstempel 14 und das Rohr 12 sind in einem Gehäuse (nicht eingezeichnet) eingeschlossen, das diesen Teil der Apparatur hermetisch von der Außenluft abtrennt. Die Kondensation von Wasserdampf am gefro­ renen Quecksilber wird damit vermieden. Außerdem ist dieses Gehäuse mit einer Vorkühlstufe versehen. Sie besteht aus weiteren Peltierelementen in Kombination mit einer Wasserzirkulation.

Über einen Pumpstandanschluß 19 kann das Rohr 12 und der über den Pumpstutzen 18 angeschlossene Lampen­ kolben evakuiert und/oder mit einer Schutzgasatmos­ phäre (gekühltes Argon) gefüllt werden, wobei die Dichtung zwischen dem Pumpstutzen 18 und dem Auslaßrohr 17 durch eine schnellösbare Gummidichtung erfolgt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Dosieren und Einbringen von kleinen Quecksilbermengen in eine Entladungslampe, wobei folgende Verfahrensschritte ablaufen:

• - Bilden eines Strangs aus flüssigem Quecksilber
• - Abtrennen eines Teilstrangs vorgegebener Länge, der das Strangende bildet
• - Einbringen dieses Teilstrangs in die Entladungslampe über einen Pumpstutzen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Strangende vor dem Abtrennen bis unter den Erstarrungspunkt abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrang dem Pumpstutzen noch in erstarrtem Zustand passiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen des Strangendes im wesentlichen durch Peltierelemente erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abtrennen des erstarrten Teilstrangs am Strangende eine Längenbestimmung vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen des erstarrten Teilstrangs mittels eines Schlagstempels durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Längenbestimmung optisch erfolgt und hierzu der Schlagstempel im wesentlichen aus einem optisch transparenten Material besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Abtrennen auf den Teilstrang übertragene mechanische Impuls zum unverzüglichen Einbringen des Teilstrangs in die Entladungslampe benutzt wird.