EP2415068B1 - Dimmbare amalgamlampe und verfahren zum betreiben der amalgamlampe bei dimmung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine dimmbare Amalgamlampe, mit einem Quarzglasrohr, das einen ein Füllgas enthaltenden Entladungsraum umhüllt und das an seinen beiden Enden mit Quetschungen verschlossen ist, durch die mindestens eine Stromdurchführung zu jeweils einer wendelförmigen Elektrode in den Entladungsraum geführt ist, wobei mindestens eine der Quetschungen einen eine Öffnung zum Entladungsraum aufweisenden Hohlraum zur Aufnahme eines Amalgamvorrats aufweist, der mittels der wendelförmigen Elektrode temperierbar ist, und mit einer Dimmeinrichtung, mittels der ein nominaler Lampenstrom I_nominal auf einen geringeren Ist-Lampenstrom I_ist verringerbar ist.
• Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe bei Dimmung.
Stand der Technik
• Bei derartigen Amalgamlampen handelt es sich um Quecksilberniederdrucklampen, in denen zwecks Erhöhung der Leistungsfähigkeit Amalgam verwendet wird. Amalgamlampen werden für technologisch anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf hohe UV-Strahlungsdichten und hohe Betriebssicherheit ankommt, wie etwa zur UV-Entkeimung und zur Oxidation.
• Dabei wird in den Entladungsraum zusätzlich zum Füllgas ein Vorrat aus festem Amalgam eingebracht. Die Wirkung des Amalgams besteht darin, den Quecksilber-Dampfdruck innerhalb des vom Lampenkörper umschlossenen Entladungsraums zu kontrollieren.
• Aus der US 2006/267495 A1 ist eine derartige Amalgamlampe bekannt. Diese besteht aus einem Quarzglasrohr aus Quarzglas, das beiderseits mit Quetschungen verschlossen ist, durch die hindurch jeweils eine Stromdurchführung in den Entladungsraum zu einer wendelförmigen Elektrode verlegt ist. Zum Einbringen eines Amalgamvorrats wird vorgeschlagen, festes Amalgam in einen Zusatzbehälter einzuschließen, der zum Entladungsraum hin offen ist. Der Zusatzbehälter wird hinter einer der Elektroden positioniert. Da der Behälter zum Füllgas hin offen ist, ist das feste Amalgam mit dem Füllgas der Lampe im thermodynamischen Gleichgewicht. Der Zusatzbehälter ragt entweder durch die Zylindermantelfläche des Quarzglasrohres oder durch eine der Quetschungen in den Entladungsraum hinein. Dabei ist eine zusätzliche Fixierung des Amalgamvorrats in dem Zusatzbehälter mittels eines eingeschmolzenen hakenförmigen Halters vorgesehen.
• Das Einschmelzen des Zusatzbehälters zur Aufnahme des Amalgamvorrats erfordert einen zusätzlichen Verfahrensschritt und ist mit dem Risiko eines Verlusts des Quarzglasrohres verbunden.
• Diesen Nachteil vermeidet eine dimmbare Amalgamlampe gemäß der eingangs genannten Gattung, wie sie aus der WO 2007/091187 A1 bekannt ist. Es wird vorgeschlagen, eine der Quetschungen mit einem zum Entladungsraum hin offenen Hohlraum zu versehen, in den der Amalgamvorrat eingebracht wird. Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Amalgamvorrat in einen kugelförmigen Behälter eingebracht wird, der nach oben eine Öffnung aufweist und der von einem Metallstreifen gehalten wird, der in der Quetschung eingebettet ist. Der Metallstreifen ragt gleichzeitig in den kugelförmigen Behälter und verankert darin den Amalgamvorrat.
• In der Nähe des Amalgamvorrats ist eine Heizwendel vorgesehen, die über einen eigenen Stromkreis und eine Temperatursteuerung verfügt. Dadurch kann der Amalgamvorrat auf einer bestimmten Temperatur gehalten und so ein möglichst hoher Wirkungsgrad der Amalgamlampe gewährleistet werden.
• Eine besondere Problematik ergibt sich beim Dimmen der Amalgamlampe. Bei Amalgamlampen, bei denen sich der Amalgamvorrat an der Innenwandung des Entladungsraumes befindet, hat das Amalgam bei der nominalen Lampenleistung eine optimale Temperatur und gewährleistet dadurch einen optimalen Quecksilberdampfdruck. Beim Dimmen verringert sich jedoch der Wärmestrom vom Entladungsbereich zwischen den Elektroden zum Amalgamvorrat, so dass dieser kälter wird und der Quecksilberdampfdruck und der Wirkungsgrad der Amalgamlampe sinken.
  Gemäß der WO 2007/091187 A1 ist der Heizstrom eine Funktion des Dimmgrades der Lampe.
• Der Dimmgrad der Lampe entspricht jedoch nicht dem Lampenstrom I ist. Denn der Lampenstrom I_ist wird auch durch äußere Einflüsse beeinträchtigt, wie der Außentemperatur.
• Die US 2004/195954 A1 beschreibt eine Entkeimungslampe in Form einer Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, bei der ein Behälter mit einem Amalgamdepot an der Außenwandung des Lampenkolbens befestigt und mit dem Innenraum des Lampenkolbens fluidisch verbunden ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Amalgamdepot mittels eines Hakens in einer Hülse gehalten. Diese ist durch eine stirnseitige Verpressung des Lampenkolbens hindurchgeführt und im Bereich außerhalb des Entladungsbogens hinter einer Elektrode positioniert. Zum Innenraum des Lampenkolbens hin ist sie offen.
• Bei der aus der WO 2007/091187 A1 bekannten Amalgamlampe wird der Abkühlung des Amalgamvorrats entgegengewirkt, indem die Temperatur im Bereich des Amalgams und der Dimmungsgrad ermittelt werden und eine dementsprechende Einregelung der Temperatur der separaten Heizeinrichtung erfolgt.
• Die separate Heizeinrichtung und die Temperaturmess- und Regeleinrichtung verlangen jedoch einen beträchtlichen konstruktiven Mehraufwand.
Technische Aufgabenstellung
• Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Amalgamlampe bereitzustellen, die auch beim Betrieb mit niedrigerer Leistung (Dimmung) einen hohen Wirkungsgrad der UV-C-Emission beibehält.
• Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verfahrensweise zum Betreiben der Amalgamlampe bei Dimmung anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad der UV-C-Strahlung gewährleistet.
• Hinsichtlich der Amalgamlampe wird diese Aufgabe ausgehend von einer Amalgamlampe mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stromdurchführung zur wendelförmigen Elektrode eine Hinleitung und eine Rückleitung für einen Heizstrom I_add umfasst, wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, mittels der der Heizstrom I_add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms I_ist einstellbar ist, und wobei die Regeleinrichtung darauf ausgelegt ist, den Heizstrom "I_add" in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms nach Maßgabe folgender Bemessungsregel einzustellen: $$\mathrm{I\_nominal}-0,1\mathrm{I\_nominal}\le \mathrm{I\_add}+\mathrm{I\_ist}\le \mathrm{I\_nominal}+0,1\mathrm{I\_nominal}$$

  
• Die Temperierung des Amalgamvorrates dient dazu, einen Quecksilber-Dampfdruck im Entladungsraum zu erzeugen, der unabhängig von der aktuellen Leistung der Amalgamlampe ist und der einen optimalen Wirkungsgrad für die UV-Strahlung gewährleistet. Dabei gibt es einen Bereich optimaler Temperatur des Amalgams, der unabhängig von der Nominal-Leistung der Amalgamlampe ist.
• Zur Temperierung des Amalgamvorrats wird die zum Amalgamvorrat benachbart gelegene wendelförmige Elektrode eingesetzt. Diese dient somit sowohl zur Erzeugung eines Lichtbogens als auch zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Temperatur des Amalgamvorrats.
• Im Betrieb greift der Lichtbogen an der Oberfläche der Elektrode an, so dass diese durch den Lichtbogen erwärmt wird. Diese Erwärmung ist abhängig von der Leistung des Lichtbogens und wird durch Wärmestrahlung auf den Amalgamvorrat übertragen. Im Vergleich dazu ist der Beitrag des Lichtbogens zur Erwärmung des Amalgamvorrats gering.
• Bei der erfindungsgemäßen Amalgamlampe ist somit eine Temperierung des in der Quetschung eingeschlossenen Amalgamvorrates über die erwärmte Elektrode vorgesehen, ohne dass hierfür eine aufwändige zusätzliche Heizeinrichtung oder dergleichen bereitgestellt werden muss.
• Beim Dimmen der Amalgamlampe verringert sich jedoch der Lampenstrom vom nominalen Wert I_nominal (100 % Leistung) auf einen geringeren Wert und dementsprechend verringert sich der Wärmestrom von der Wendel zum Amalgamvorrat, der dadurch die vorgegebene Temperatur nicht mehr erreicht. Dadurch sinken der Dampfdruck von Quecksilber innerhalb des Entladungsraumes und damit auch die UV-C-Emission auf einen Wert unterhalb des Optimums.
• Zur Kompensation dieses Wärmeverlustes wird erfindungsgemäß ein Zusatzstrom durch die wendelförmige Elektrode geschickt. Der Zusatzstrom heizt die wendelförmige Elektrode, die sich in der Nähe zum Amalgamvorrat befindet, über die Temperatur hinaus auf, die sich ansonsten bei gedimmter Lampenleistung einstellen würde.
• Die Höhe des Zusatzstroms hängt vom Unterschied zwischen der Nominalleistung und der angeforderten Leistung beim Dimmen ab.
• Die Regeleinrichtung dient dazu, den Zusatzstrom so einzustellen, dass auch im gedimmten Betrieb eine optimale Temperatur des Amalgamvorrats erhalten bleibt und so ein hoher Wirkungsgrad der UV-C-Emission erzielbar ist. Wenn die Summe von Zusatzstrom und Ist-Lampenstrom im gedimmten Betrieb größer ist als das 2-fache des nominalen Lampenstroms, wird Amalgam überhitzt. Wenn die Summe von Zusatzstrom und Ist-Lampenstrom im gedimmten Betrieb kleiner ist als das 0,5-fache des nominalen Lampenstroms, wird der Amalgamvorrat hingegen zu kalt. In beiden Fällen sinkt der Wirkungsgrad der UV-C-Emission. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Randbedingungen auf eine aufwändige Temperaturregelung für die Temperatur der Elektrode oder des Amalgamvorrats verzichtet werden kann.
• Im Idealfall wird der Zusatzstrom mittels der Regeleinrichtung in Abhängigkeit vom abgedimmten Ist-Lampenstrom so eingestellt, dass die Summe aus Zusatzstrom und Ist-Lampenstrom genau dem Nominal-Lampenstrom entspricht. Die Abweichungen von diesem Idealwert liegen im Bereich von +/- 10 % (bezogen auf den Nominal-Lampenstrom). Demnach wird eine Ausführungsform der Amalgamlampe vorgeschlagen, bei der die Regeleinrichtung ausgelegt ist, den Zusatzstrom "I_add" nach Maßgabe folgender Bemessungsregel einzustellen: $$\mathrm{I\_nominal}-0,1\mathrm{I\_nominal}\le \mathrm{I\_add}+\mathrm{I\_ist}\le \mathrm{I\_nominal}+0,1\mathrm{I\_nominal}$$

  
• Ein Zusatzstrom in diesem Bereich gewährleistet einen maximal hohen Wirkungsgrad der UV-C-Emission sowohl im Betrieb mit nominaler Lampenleistung als auch im Betrieb mit gedimmter Amalgamlampe.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Amalgamlampe ist vorgesehen, dass der Amalgamvorrat von der wendelförmigen Elektrode einen Abstand "L" (in m) hat, der in Abhängigkeit vom nominalen Lampenstrom anhand folgender anhand folgender Gleichung eingestellt ist: $$\sqrt{2\mathrm{kI\_nominal}}\ge \mathrm{L}\ge \sqrt{1/2\mathrm{kI\_nominal},}$$

  

  
  wobei I_nominal (in A) der nominale Lampenstrom der Amalgamlampe und die Konstante k = 0,25 x 10^-3 (in m²/A) ist.
• Bei der Temperierung des in der Quetschung eingeschlossenen Amalgamvorrats spielt der Abstand zwischen dem Amalgamvorrat und der wendelförmigen Elektrode eine wesentliche Rolle. Denn je größer der nominale Lampenstrom ist, umso höher ist die Temperatur der Elektrode beim Betrieb der Amalgamlampe, und umso größer muss der Abstand zwischen Elektrode und Amalgamvorrat sein, um die Temperatur im Bereich des Amalgamvorrats auf das gewünschte Niveau einzustellen und ein Überhitzen des Amalgams zu verhindern. Durch Überhitzen kann es zu einer Abweichung des optimalen Quecksilberdampfdrucks kommen und damit einhergehend zu einer Verringerung des Wirkungsgrads der emittierten UV-C-Strahlung.
• Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass der Amalgamvorrat von der wendelförmigen Elektrode einen Abstand hat, der in Abhängigkeit vom nominalen Lampenstrom anhand folgender Gleichung eingestellt ist: $$\sqrt{2\mathrm{kI\_nominal}}\ge \mathrm{L}\ge \sqrt{1/2\mathrm{kI\_nominal},}$$

  

  
  wobei I_nominal (in A) der nominale Lampenstrom und die Konstante
  k = 0,25 x 10^-3 (in m²/A) ist.
• Als Abstand zwischen dem Amalgamvorrat und der wendelförmigen Elektrode wird dabei die Strecke zwischen den Strahlerlängsachsenpositionen von Wendel und Amalgamvorrat verstanden und zwar die Längsachsenposition der dem Lichtbogen zugewandten Außenseite der Wendel und die Längsachsenposition der der Elektrode zugewandten Außenseite des Amalgamvorrats, wie dies in Figur 1 schematisch dargestellt ist. Der Abstand wird durch die Länge der Stromzufuhrleitungen für die wendelförmige Elektrode und durch den Durchmesser der Wendel festgelegt. Bei gleichen Wendeldurchmessern ist also nur die Länge der Stromzufuhrleitungen zur Elektrode entscheidend, die im Folgenden auch als "Beinchen" bezeichnet werden.
• Bei einem geringeren Abstand kann es vorkommen, dass der Amalgamvorrat überhitzt wird; und bei einem Abstand oberhalb des genannten Bereiches besteht die Gefahr, dass der Amalgamvorrat zu kalt bleibt. In beiden Fällen sinkt der Wirkungsgrad der UV-Emission.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe ist vorgesehen, dass der Abstand "L" (in m) zwischen Amalgamvorrat und wendelförmiger Elektrode anhand folgender Gleichung eingestellt ist: $$\mathrm{L}=\sqrt{\mathrm{kI\_nominal}}\pm \mathrm{0},\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{kI\_nominal}}$$

  
• Gemäß der Erfindung ist die Quetschung mit einem Hohlraum versehen, innerhalb dessen der Amalgamvorrat aufgenommen ist. Der Hohlraum wird im einfachsten Fall bei der Herstellung der Quetschung unter Einsatz eines speziellen Formwerkzeuges gebildet. In diesem Hohlraum ist der Amalgamvorrat zuverlässig fixiert, so dass es auch bei Kippstellungen der Amalgamlampe nicht daraus entweichen kann.
• Für die Fixierung des Amalgamvorrats innerhalb des Hohlraums wird eine Maßnahme bevorzugt, bei der die Hohlraum-Öffnung eine Öffnungsweite aufweist, die für den Amalgamvorrat unpassierbar ist.
• Der Amalgamvorrat liegt als massiver Festkörper vor und weist eine Form und Größe auf, die ein Austreten aus der Hohlraum-Öffnung in den Entladungsraum als Feststoff verhindert. Das Platzieren des Amalgamvorrats im Hohlraum erfordert hierbei das Einbringen von Amalgam in einem fließfähigen Zustand und ein anschließendes Verfestigen zu dem Amalgam-Festkörper, der den Hohlraum ganz oder teilweise ausfüllt. Eine hierfür geeignete Maßnahme wird weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.
• Alternativ oder ergänzend dazu hat es sich auch als günstig erwiesen, wenn in den Hohlraum ein Halteelement ragt, das mit dem Amalgamvorrat verankert ist.
• Das Halteelement trägt zur Fixierung oder zusätzlichen Verankerung des Amalgamvorrats innerhalb des Hohlraumes bei und ist vorzugsweise wenigstens teilweise in die betreffende Quetschung eingebettet.
• Dabei hat sich eine erste Ausführungsform der Amalgamlampe bewährt, bei der das Halteelement aus Quarzglas besteht und von außen durch die Quetschung in den Hohlraum geführt ist.
• Das Halteelement weist hierbei einen lang gestreckten zylindrischen Teil auf, der sich durch die Quetschung erstreckt und der eine Hantierung und Ausrichtung des Halteelements vor Herstellen der Quetschung ermöglicht. Das Halteelement weist weiterhin einen in den Hohlraum ragenden Teil auf, der mit einem Haken versehen sein kann und der zur Verankerung des Amalgamvorrats dient. Das Halteelement besteht aus Quarzglas, so dass Unterschiede zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Halteelement und dem Werkstoff der Quetschung, bei dem es sich ebenfalls vom Quarzglas handelt, vermieden werden.
• Bei einer alternativen und gleichermaßen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe ist vorgesehen, dass das Halteelement aus Metall besteht und mit einer Stromzufuhrleitung der Elektrode verbunden ist.
• Das metallische Halteelement ist hierbei mit einer Zufuhrleitung für die Stromversorgung der Elektrode verschweißt. Dadurch ergibt sich eine vorgegebene Lage des Halteelements in Bezug auf den herzustellenden Hohlraum. Daher ist bei der Herstellung der Quetschung zu gewährleisten, dass das freie Ende des Halteelementes in dem dabei herzustellenden Hohlraum zu liegen kommt. Andererseits erübrigt sich so das Einbringen und Ausrichten eines Halteelementes in einem zusätzlichen Verfahrensschritt.
• Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben der erfindungsgemäßen Amalgamlampe bei Dimmung wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Zusatzstrom I_add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms I_Ist nach Maßgabe folgender Bemessungsregel eingestellt wird. $$\mathrm{I\_nominal}-0,1\mathrm{I\_nominal}\le \mathrm{I\_add}+\mathrm{I\_ist}\le \mathrm{I\_nominal}+0,1\mathrm{I\_nominal}$$

  
• Durch diese Betriebsweise kann gewährleistet werden, dass auch beim Dimmen der Amalgamlampe der Amalgamvorrat auf einer Temperatur gehalten wird, die einen hohen Wirkungsgrad der UV-C-Strahlung gewährleistet. Denn beim Dimmen wird der nominale Lampenstrom I_nominal (entspricht 100 % der Lampenleistung) auf einen geringeren Wert verringert, so dass die wendelförmige Elektrode eine geringere Temperatur einnimmt, und damit auch der Amalgamvorrat abkühlt, der gemäß der Erfindung von dieser Elektrode temperiert wird.
• Gemäß der Erfindung wird ein Zusatzstrom durch die wendelförmige Elektrode geleitet, der vom Unterschied zwischen der Nominalleistung der Amalgamlampe und der angeforderten Leistung beim Dimmen abhängt.
• Durch die Einstellung des Zusatzstromes innerhalb des in Gleichung (1) genannten Bereiches bleibt eine optimale Temperatur des Amalgamvorrates erhalten und damit ein hoher Wirkungsgrad der UV-C-Emission. Bei einem Zusatzstrom unterhalb der genannten Untergrenze besteht die Gefahr, dass das Amalgam zu kalt wird, so dass der Quecksilberdampfdruck und als Folge davon die UV-C-Emission sinkt; bei einem Zusatzstrom oberhalb der genannten Bereichsobergrenze besteht hingegen die Gefahr, dass der Quecksilberdampfdruck zu hoch wird, was ebenfalls zu einer Verringerung der UV-C-Emission führt. Es hat sich gezeigt, dass so auch bei Dimmbetrieb der Lampe auf eine aufwändige Temperatureinstellung für den Amalgamvorrat verzichtet werden kann.
• Dabei wird der Zusatzstrom I_add im Idealfall so eingestellt, dass die Summe aus Zusatzstrom und Ist-Lampenstrom genau dem Nominal-Lampenstrom entspricht. Geringfügige Abweichungen von diesem Idealfall sind ohne weiteres hinnehmbar, beispielsweise Abweichungen im Bereich von +/- 10 % des nominalen Lampenstroms. Demnach wird eine Verfahrensweise zum Betrieb der Amalgamlampe vorgeschlagen, bei der der Zusatzstrom nach Maßgabe folgender Bemessungsregel eingestellt wird: $$\mathrm{I\_nominal}-0,1\mathrm{I\_nominal}\le \mathrm{I\_add}+\mathrm{I\_ist}\le \mathrm{I\_nominal}+0,1\mathrm{I\_nominal}$$

  
• Bei einem Betrieb der Amalgamlampe in diesem Bereich wird ein optimal hoher Wirkungsgrad der UV-C-Emission sowohl im Betrieb bei nominaler Lampenleistung als auch bei gedimmter Amalgamlampe ermöglicht.
Ausführungsbeispiel
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:

Figur 1

ein Detail einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe in einer Vorderansicht,

Figur 2

das Detail gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht bei einem Schnitt entlang der Linie A-A,

Figur 3

eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Amalgamlampe im Detail,

Figur 4

eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe im Detail in einer Vorderansicht, und

Figur 5

eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe mit einem Schaltbild, das einen Teil der Stromversorgung zeigt.

• Figur 1 zeigt schematisch eines der beiden Enden einer Amalgamlampe 20, die sich durch eine Nominal-Leistung von 800 W (bei einem nominalen Lampenstrom von 8 A), eine Strahlerlänge von 150 cm und somit durch eine Leistungsdichte von etwas weniger als 5 W/cm auszeichnet. Sie besteht aus einem Quarzglasrohr 1, das an seinen Enden mit Quetschungen 2 verschlossen ist, in die Molybdänfolien 3 sowie die Enden von metallischen Anschlüssen 4 zu einer wendelförmigen Elektrode 5 eingebettet sind. Die Elektrode 5 weist hierzu "Beinchen" 15 auf, die mit der Molybdänfolie 3 verbunden sind.
• Zwischen der Elektrode 5 und einer ihr gegenüberliegenden zweiten Elektrode (in der Figur 1 nicht dargestellt) wird im Betrieb ein Lichtbogen 13 erzeugt, dessen Fuß 14 auf der Oberfläche der Elektrode 5 endet. Die Oberkante der Elektrode, an welcher der Fußpunkt 14 des Lichtbogens 13 angreift, ist mit einer gestrichelten Linie 12 gekennzeichnet.
• Die Quetschung 2 am dargestellten Ende ist mit einem Hohlraum 9 versehen, der als Aufnahme für einen Amalgamvorrat 6 dient. Der Hohlraum 9 weist eine Öffnung 7 zum Entladungsraum 8 auf. Die Öffnungsweite der Öffnung 7 ist deutlich enger als die maximale lichte Weite des Hohlraums 9 und auch enger als der maximale Durchmesser des Amalgamvorrats 6, so dass das Amalgam in dem Hohlraum 9 gefangen ist und in fester Form nicht in den Entladungsraum 8 gelangen kann. Im Ausführungsbeispiel liegt die maximale Öffnungsweite der Öffnung 7 bei 2 mm.
• Dadurch ist der Amalgamvorrat 6 in der Nähe der Elektrode 5 fixiert. Die Elektrode 5 wird durch den Lichtbogen 13 auf eine Temperatur aufgeheizt, die von der aktuellen Leistung der Amalgamlampe 20 (siehe auch Figur 5) abhängt und die sich auf den Amalgamvorrat 6 je nach Abstand L auswirkt. Der Abstand L zwischen dem Amalgamvorrat 6 und der Längenposition 12 des Fußpunktes 14 wird anhand folgender Gleichung ermittelt: $$\mathrm{L}=\sqrt{\mathrm{kI\_nominal}}$$

  

  
  wobei k = 0,25 x 10^-3 (in m²/A) ist. Der Abstand L beträgt bei der Amalgamlampe 20 im Ausführungsbeispiel etwa 4,5 cm. Gemäß der Erfindung wird dieser Abstand in Abhängigkeit vom nominalen Lampenstrom eingestellt, was in der Praxis durch Anpassung der Länge der Beinchen 15 erfolgt. Der Abstand L wird gemessen zwischen der Oberkante 12 der Elektrodenwendel und der Oberkante 16 des Amalgamvorrats, wie vom Blockpfeil "L" angedeutet.
• Die Amalgamlampe 20 ist mit einer (in der Figur nicht dargestellten) Dimm- und Regeleinrichtung ausgestattet, die weiter unten anhand Figur 5 näher erläutert wird.
• Aus der Ansicht von Figur 2 ist ersichtlich, dass die Öffnung 7 des Hohlraums 9 in dieser Ansichtsrichtung verengt ist, so dass der Amalgamvorrat die Öffnung 7 nicht passieren kann.
• In Figur 3 ist schematisch eine ergänzende Fixierung des Amalgamvorrats 6 mittels einer Quarzglasfaser 10 vorgesehen, die sich durch die Quetschung 2 in den Amalgamvorrat 6 hinein erstreckt und die nach Herstellung der Quetschung mit dieser eine einheitliche Quarzglasmasse bildet.
• Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Amalgamlampe, bei der der Amalgamvorrat 6 zusätzlich mittels eines metallischen Hakens 11 in dem Hohlraum 9 fixiert wird. Der Haken 11 ist an einem der Beinchen 15 für die Elektrode 5 angeschweißt, und sein freies Ende erstreckt sich in das Amalgam 6 hinein.
• Nachfolgend wird die Herstellung der Amalgamlampe anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
• In ein Quarzglasrohr werden Elektroden 5 eingebracht und die beiden Enden mit Quetschungen 2 verschlossen. Zur Herstellung einer Quetschung 2 wird ein Formwerkzeug eingesetzt, das eine Ausnehmung aufweist, welche die Quetschung 2 einschließlich des Hohlraumes 9 erzeugt.
• Dabei wird gleichzeitig der Stromanschluss 4, 3; 15 für die Elektrode 5 vakuumdicht eingebettet. Über eine nachträglich wieder zu verschließende Öffnung in der Seitenwand des Quarzglasrohres 1 wird festes Amalgam auf die Öffnung 7 des Hohlraums 9 aufgelegt und anschließend erweicht. Dabei fließt das Amalgam in den Hohlraum 9 ab und erstarrt zu dem massiven Amalgamvorrat 6. Wesentlich dabei ist, dass der Amalgamvorrat 6 nach der Erstarrung eine Größe aufweist, die verhindert, dass die Amalgammasse über die verengte Öffnung 7 in den Entladungsraum 8 gelangen kann.
• Nachfolgend werden die erfindungsgemäße, dimmbare Amalgamlampe 20 und eine Verfahrensweise beim gedimmten Betrieb anhand Figur 5 näher erläutert. Die Figur 5 zeigt die Enden des (gebrochen dargestellten) Entladungsraums 8 der Amalgamlampe 20 gemäß Figur 1, mit den sich im Entladungsraum 8 gegenüberliegenden, wendelförmigen Elektroden 5a, 5b, deren elektrische Anschlüsse durch die Quetschungen 2 geführt sind. Beide Quetschungen 2 sind mit einem Hohlraum 9 versehen, jedoch ist nur derjenige Hohlraum 9 mit einem Amalgamvorrat 6 gefüllt, der zur Wendel (Elektrode) 5a benachbart liegt.
• Die Stromversorgung der Amalgamlampe 20 umfasst einen ersten Stromkreis "A", der zum Beheizen der Elektrode 5a dient, und einen zweiten Stromkreis "B", der zum Anlegen der Lampenspannung von nominal 100 Volt dient. Die Stromkreise "A" und "B" sind mit Teil einer Regeleinrichtung 21.
• Beim Dimmen der Amalgamlampe 20 wird der Nominalstrom I_nominal (=8 A) im Stromkreis "B" verringert. Dadurch verringert sich die Temperatur der Elektrode 5 und damit auch die Temperatur des Amalgamvorrats 6, so dass die Quecksilber-Konzentration im Entladungsraum 8 abnimmt, und sich dadurch der Wirkungsgrad der UV-C-Strahlung verringert. Um diesen Effekt zu kompensieren, wird durch die Elektrode 5a über den Stromkreis "A" ein zusätzlicher Heizstrom I_add geleitet, der zu einer Temperaturerhöhung der Elektrode 5a führt. Diese Temperaturerhöhung bewirkt eine zusätzliche Erwärmung des in der Nähe der Elektrode 5a angeordneten Amalgamvorrats 6. Die Temperaturerhöhung der Elektrode 5 macht sich vor allem deshalb bemerkbar, weil in der Nähe des Fußpunktes 14 eine etwa 10 mal höhere thermische Leistungsdichte herrscht als sie der Lichtbogen 13 (Figur 1) zwischen den Elektroden 5a, 5b bewirkt.
• Bei einer Verringerung des Nominalstroms um 20% (I_ist=0,8 x I_nominal) wird der Heizstrom I_add derart erhöht, dass gilt: I_ist + I_add = I_nominal (=100%). Die Regeleinrichtung 21 ist so eingestellt, dass sie bei jeder Verringerung des Nominalstroms eine Kompensation auf 100 % des Nominalstroms durch eine entsprechende Erhöhung des Heizstroms bewirkt.
• Durch diesen Zusatzstrom wird eine maximal mögliche UV-C-Emmission im gedimmten Betrieb gewährleistet.

Claims (9)

1. Dimmbare Amalgamlampe, mit einem Quarzglasrohr (1), das einen ein Füllgas enthaltenden Entladungsraum (8) umhüllt, und das an seinen beiden Enden mit Quetschungen (2) verschlossen ist, durch die mindestens eine Stromdurchführung (4) zu jeweils einer wendelförmigen Elektrode (5) in den Entladungsraum (8) geführt ist, wobei mindestens eine der Quetschungen (2) einen eine Öffnung (7) zum Entladungsraum (8) aufweisenden Hohlraum (9) zur Aufnahme eines Amalgamvorrats (6) aufweist, der mittels der wendelförmigen Elektrode (5) temperierbar ist, und mit einer Dimmeinrichtung, mittels der ein nominaler Lampenstrom I_nominal auf einen geringeren Ist-Lampenstrom I_ist verringerbar ist, wobei die Stromdurchführung (4) zur wendelförmigen Elektrode (5) eine Hinleitung und eine Rückleitung für einen Heizstrom I_add umfasst, und dass eine Regeleinrichtung (21) enthalten ist, mittels der der Heizstrom I_add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms I_ist einstellbar ist und wobei die Regeleinrichtung darauf ausgelegt ist, den Heizstrom "I_add" in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms nach Maßgabe folgender Bemessungsregel einzustellen: $$\mathrm{I\_nominal}-0,1\mathrm{I\_nominal}\le \mathrm{I\_add}+\mathrm{I\_ist}\le \mathrm{I\_nominal}+0,1\mathrm{I\_nominal}$$

   
2. Amalgamlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Amalgamvorrat von der wendelförmigen Elektrode einen Abstand L (in m) hat, der in Abhängigkeit vom nominalen Lampenstrom anhand folgender Gleichung eingestellt ist: $$\sqrt{2\mathrm{kI\_nominal}}\ge \mathrm{L}\ge \sqrt{1/2\mathrm{kI\_nominal},}$$

   

   
   wobei I_nominal (in A) der nominale Lampenstrom der Amalgamlampe und die Konstante k = 0,25 x 10^-3 (in m²/A) ist.
3. Amalgamlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand L (in m) zwischen Amalgamvorrat und wendelförmiger Elektrode anhand folgender Gleichung eingestellt ist: $$\mathrm{L}=\sqrt{\mathrm{kI\_nominal}}\pm \mathrm{0.2}\sqrt{\mathrm{kI\_nominal}}$$

   
4. Amalgamlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraum-Öffnung (7) eine Öffnungsweite aufweist, die für den Amalgamvorrat (6) unpassierbar ist.
5. Amalgamlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum (9) ein Halteelement (10; 11) ragt, das mit dem Amalgamvorrat (6) verankert ist.
6. Amalgamlampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Halteelements (10; 11) in der Quetschung (2) eingebettet ist.
7. Amalgamlampe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (10) aus Quarzglas besteht und von außen durch die Quetschung (2) in den Hohlraum (9) geführt ist.
8. Amalgamlampe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (11) aus Metall besteht und mit einer Stromzufuhrleitung (4) für die wendelförmige Elektrode (5) verbunden ist.
9. Verfahren zum Betreiben einer Amalgamlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei Dimmung, dadurch gekennzeichnet, der Zusatzstrom I_add in Abhängigkeit von der Höhe des Ist-Lampenstroms I_Ist nach Maßgabe folgender Bemessungsregel eingestellt wird. $$\mathrm{I\_nominal}-0,1\mathrm{I\_nominal}\le \mathrm{I\_add}+\mathrm{I\_ist}\le \mathrm{I\_nominal}+0,1\mathrm{I\_nominal}$$

   

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