DE194348C

DE194348C -

Info

Publication number: DE194348C
Application number: DENDAT194348D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVe 194348 KLASSE 21/. GRUPPE

Dr. HANS KUZEL in BADEN b.WIEN.

elektrische Glühlampen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Juli 1905 ab.

Das vorliegende Verfahren bezweckt , die Herstellung von Glühkörpern aus den Metallen Chrom, Mangan, Molybdän, Uran, Wolfram, Vanadin, Tantal, Niob, Titan, Thorium, Zirkonium in kolloidalem Zustande. Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Stäbchen, Drähten oder Fäden für elektrische Glühkörper aus den hierfür tauglichen Metallen sind wegen des hohen

ίο Schmelzpunktes der reinen Körper darauf angewiesen, von Metallpulvern auszugehen.

Die Vereinigung dieser Metallpulver zu

kompakten Massen und die Überführung in Draht oder Fadenform wird auf dreierlei Weise angestrebt. Entweder soll sie auf trockenem Wege durch Anwendung sehr hohen Druckes oder auf nassem Wege durch Zufügung eines plastisch machenden, organischen Bindemittels, nachfolgendes Pressen, Trocknen und Glühen bewirkt werden; endlich soll sie im dritten Falle durch vorherige Schmelzung der Pulver im elektrischen Lichtbogen mit nachfolgendem Ausziehen der Reguli zu feinen Drähten erreicht werden.

Dem Ausziehen so spröder und hochschmelzender Metalle zu allerfeinsten Drähten, wie sie allein für Herstellung von Glühkörpern in Betracht kommen, stehen die allergrößten technischen Schwierigkeiten im Wege. Diese Metalle werden erst bei hoher Hitze für dieses Verfahren geschmeidig genug, und die Bauart der Vorrichtungen für diesen Prozeß wird überdies noch durch den notwendigen Ausschluß der Luft weiter verwickelt. Es gelingt auf diese Weise nur sehr schwer, diese allerfeinsten Fäden an allen Stellen von gleichem Querschnitt, von gleicher Dichte des Materials und von der notwendigen glatten Oberfläche zu erhalten, was ein ungleichmäßiges Glühen und eine frühzeitige Zerstörung des Glühkörpers bedingt bzw. eine neuerliche komplizierte Bearbeitung der Fäden behufs Beseitigung dieses Übelstandes notwendig macht. Die Methode der Vereinigung der trockenen Metallpulver durch hohen Druck liefert nur spröde, ungleich dicke und ungleich dichte Stäbchen, welche kaum von genügender Dünne erhalten werden können, um mit Vorteil als Glühkörper Verwendung finden zu können.

Ebensowenig eignet sich hierbei der ebenfalls vorgeschlagene Zusatz von solchen Bindemitteln, die in d.er Hitze unzersetzt und ohne Rückstand flüchtig sind, weil nach ihrer Verflüchtigung nur wieder zusammenhängendes Pulver zurückbleibt.

Die Verfahren der Vereinigung von pulverförmigen Metallen mit Hilfe der üblichen nicht unzersetzt flüchtigen, organischen Bindemittel, wie Teer, Gummilösung, Zuckersirup, Stärke, Paraffinwachs usw., liefern, abgesehen davon, daß der Querschnitt und die Dichte des Materials an verschiedenen Stellen höchst ungleichförmig ausfällt, einesteils beabsichtigte kohlenstoffhaltige Körper, die einer weiteren Behandlung bedürfen, anderenteils liefern sie

60

Drähte oder Fäden, in welchen die angewandten Metalle unbeabsichtigterweise mit an verschiedenen Querschnitten der' Drähte verschieden hohen Mengen von Kohlenstoff ver-5. unreinigt sind. . . .

Diese Fäden (besitzen daher nicht allein den angestrebten hohen Schmelzpunkt des reinen kohlenstofffreien Ausgangsmaterials nicht mehr, sondern sie schmelzen, je nachdem sie

ίο einmal mehr, das andere Mal weniger Kohlenstoff aufgenommen haben, wechselnd niedriger. Auch schmelzen sie außerdem an einzelnen kohlenstoffreicheren Knoten leicht durch.
Das vorliegende Verfahren vermeidet die

dargelegten Ubelstände, indem es die eingangs erwähnten Metalle behufs Überführung derselben in feine Drähte in jenem höchst fein verteilten Zusande anwendet, in welchem die Ausmessungen ihrer kleinsten Teile unter den Begriff der sogenannten Molekulardimensionen fallen und in welchem Zustande die Materie für den vorliegenden Zweck wichtige, in bezug auf Oberflächenenergie und Aggregierung gegenüber dem gewöhnlichen Zustände wesentlich veränderte Eigenschaften annimmt.

Solche feinsten Teilchen existieren in den Solen, Gelen, kolloidalen Suspensionen und in jenen in der älteren Literatur noch als mechanisch bezeichneten Suspensionen, welche gegenüber den erstgenannten allotropen Zuständen der Materie, abgesehen von dem Herstellungsverfahren, nur geringe quantitative Verschiedenheiten aufweisen, im übrigen aber das gleiche physikalische Verhalten zeigen und daher auch als mit denselben identisch betrachtet werden müssen.

Aus den Forschungen über diese AlIotropien ergibt sich, daß sich die Moleküle bei in Flüssigkeiten so fein verteilter Materie in einer Art Aufquelking befinden müssen (imbibierte Moleküle). Die herrschende Anschauung faßt die Rückverwandlung solcher gallertartig amorpher Massenteilchen in Teilchen von kristallinischer Struktur als einen graduellen Übergang flüssiger Molekülkomplexe in den gewöhnlichen festen Zustand auf (Mizellentheorie). Hierbei wird angenommen, daß das anfänglich durch eine spezifische Anziehung mit dem Metall sehr energisch, aber durchaus nicht chemisch gebundene Solvens bei den festen kolloidalen Formen bloß mehr in den Interstitien absorbiert ist, ähnlich wie sich etwa der flüssige Anteil in einem unregelmäßigen Gewebe von zelliger oder wabiger Struktur um die Wandmembranen und innerhalb derselben verteilt befindet (Niederschlagmembranen, Myelinformen, der kollodialen Niederschläge).

Die beobachteten physikalischen Eigenschaften, welche dieser Anschauung zugrunde liegen, ließen die Möglichkeit nicht ausgeschlossen erscheinen, daß sich die eben charakterisierten Gewebe aus amorpher gequollener Substanz ohne Mithilfe eines Bindemittels durch bloße mechanische Aggregierung, sozusagen durch eine Art mikrostruktureller Verfilzung in plastische, auch nach dem vollständigen Austrocknen fest zusammenhängende Massen verwandeln, lassen würden, die in jede gewünschte Form gebracht und durch eine weitere Behandlung in dichte kristallinische Metalle zurückverwandelt werden könnten. Das Experiment hat gezeigt, daß diese Vermutungen tatsächlich verwirklicht werden können.

Entfernt man nämlich aus z. B. durch Electrolyte niedergeschlagenen kolloidalen Suspensionen der eingangs erwähnten . Metalle das mechanisch anhaftende Wasser durch vorsichtiges Auspressen, Absaugen, langsames Verdunsten oder eine Kombination dieser Vorgänge, so bilden die zurückbleibenden amorphen, kolloidalen Metalle äußerst homogene, plastische Massen, die ohne jegliches Bindemittel'fest zusammenhängend bleiben und wie Ton durch Pressen, Drücken usw. in jede beliebige Form gebracht werden können. Beim darauffolgenden langsamen Trocknen erhärten sie dann ohne wesentliches Schwinden und ohne rissig zu werden zu alabaster- bis beinharten Massen von dunkler Farbe, unmetallischem Ansehen, mit homogenem dichten Gefüge und dementsprechend glattem muscheligen Bruch.

Dieselben plastischen Massen entstehen, wenn man trockene Hydro- oder Organosole, Gele oder gallertartige amorphe Pulver der eingangs erwähnten Metalle mit geringen Mengen Wasser oder solcher anderer Flüssigkeiten, die das Imbibitionswasser vertreten können, wie z. B. Alkohole, Glyzerin, Chloroform, Xylol usw., unter Verrühren, Kneten oder Drücken usw. langsam und innig vermengt, bis durch die fortschreitende Aufquellung der amorphen trockenen Massen die gewünschte Kohärenz und teigige Konsistenz erreicht ist.

Den in Rede stehenden plastischen Massen kann auch ungefähr die Hälfte ihres Gewichtes an denselben Metallen in Form von feinem Staubpulver entweder von vornherein durch die Darstellung (z. B. elektrische Zerstäubung) beigemischt sein oder auch nachträglich mechanisch beigemengt werden, ohne ihre Plastizität und weitere Verwendbarkeit erheblich, zu beeinflussen. Bei einem beabsichtigten Zusatz können dabei gleichzeitig zwei oder mehrere verschiedene Metallkolloide oder Metallpulver zur Anwendung gelangen, wobei dann in der Endphase des Verfahrens Legierungen erhalten werden. Um diese

Masse in die für Glühkörper geeignete Form zu bringen, kann man sie irgendeinem bekannten mechanischen Formgebungsprozeß unterziehen.

Preßt man ■" beispielsweise die in Rede stehenden plastischen Massen mit Hilfe mäßigen Druckes durch Formen, welche mit sehr feinen, z. B. o,i bis 0,2 mm im Durchmesser haltenden, äußerst gleichmäßig und glatt, am

besten in Edelstein gearbeiteten Öffnungen versehen sind, so treten aus diesen höchst gleichmäßige dichte, gerade, lange Fäden, welche infolge der ihnen innewohnenden Zerreißfestigkeit hängend oder liegend gestreckt oder in einer beliebigen Gestalt, z. B. in die bei Glühfäden gebräuchliche U-Form oder Spiralform gebracht, getrocknet werden

können. '

Wird beim Trocknen dieser Fäden die Anwendung von Wärme vermieden, so findet man, daß sie den elektrischen Strom nicht leiten oder nur ein äußerst geringes Leitungsvermögen besitzen, das von etwaigen bei der Darstellung des Ausgangsmateriales zurückgebliebenen Spuren von Elektrolyten herrührt. Erwärmt man aber die nicht leitenden Fäden langsam ansteigend und kurze Zeit auf 60 bis 8o° C, so stellt sich Leitungsvermögen ein, das mit zu- und abnehmender Temperatur steigt und sinkt und bei vollständiger Abkühlung wieder verschwindet. Läßt man die Erwärmung längere Zeit bei 80⁰C. andauern oder erwärmt man auf höhere Temperaturen, und zwar, um eine chemische

35. Veränderung" der Substanz zu verhindern,, im Vakuum^ oder in einer neutralen Atmosphäre, am besten in Wasserstoff, so werden die Fäden dauernd gut leitend und können leicht durch gesteigerte Stromzufuhr zur Rotglut gebracht werden.

In diesem Zustande ist ihr spezifischer Leitungswiderstand immer noch bedeutend höher als derjenige metallischer Leiter.

Steigert man aber die Stromzufuhr bis zur Weißglut, so sinkt der Widerstand des Fadens unter gleichzeitiger starker und gleichmäßiger Verringerung seines Durchmessers rapid und erreicht rasch ein Minimum, worauf der Faden in allen seinen Teilen gleichmäßig in hellster Weißglut weiter glüht.

Auf diese Weise entsteht aus diesem anfänglich kollodialen, dann amorphen Faden ein metallischer Leiter in Form eines feinen, hoch elastischen Drahtes, der mit den technisch äußerst wertvollen Eigenschaften ausgestattet ist, daß er in allen seinen Querschnitten höchst gleichmäßig dicht und höchst gleichmäßig dimensioniert ist, eine vollständig glatte Oberfläche besitzt, dessen Substanz von jeder Verunreinigung mit Kohlenstoff usw. frei geblieben ist und daher die unveränderten, wertvollen Eigenschaften des Ausgangsmateriales, insbesondere den gewünschten hohen Schmelzpunkt desselben beibehalten hat.

Die so erhaltenen Drähte aus den eingangs 65 erwähnten Metallen lassen sich mit Ausnahme derjenigen aus Mangan und Chrom in indifferenten Gasen oder im Vakuum unter gleichen Versuchsbedingungen, ohne zerstört zu werden oder zu schmelzen, wesentlich höher erhitzen als Osmiumdrähte und strahlen dabei unter gleichen Versuchsbedingungen mehr und weißeres Licht aus als diese.

Glühkörper für elektrische Lampen, die aus solchen Drähten hergestellt und in evakuierten oder mit neutralen Gasen gefüllten Glasbirnen eingeschlossen werden, besitzen eine hervorragend lange Lebensdauer, da sie keinerlei ungleichartige Stellen haben. Sie können daher, ohne Gefahr zu laufen, an solchen Stellen vorzeitig durchzubrennen, auf die höchsten für das Material zulässigen Temperaturen erhitzt werden und ergeben deshalb auch einen hervorragend günstigen Lichteffekt.

Zum Verbinden dieser Glühkörper mit den Fadenträgern verwendet man dieselben plastischen Massen, aus welchen die Glühfäden selbst erzeugt sind, indem man die etwas flüssiger gehaltene plastische Masse ohne Zufügung eines Bindemittels auf die zu verbindenden Stellen aufträgt und nach dem Trocknen entweder im Vakuum oder einer neutralen Atmosphäre, am besten in Wasserstoff, auf Weißglut erhitzt. _/

Die eingangs erwähnten Metalle kann man auf verschiedene Weise in kolloidaler Form erhalten, z.B. nach den Methoden von Wright oder Wedekind, welche auf der Zerkleinerung der Molekülkompiexe durch chemische Mittel beruhen, oder nach der von Billitzer modifizierten B redig sehen Methode, bei welcher derselbe Zweck durch elektrische Zerstäubung der Metalle erreicht wird.

Claims

Patent-Ansprüche:

I. Verfahren zur Herstellung von Glühkörpern aus den Metallen Chrom, Mangan, Molybdän, Uran, Wolfram, Vanadin, Tantal, Niob, Titan, Thorium,, Zirkonium für elektrische Glühlampen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Metall für sich allein oder mehrere derselben untereinander gemengt in kolloidalem Zustande, gegebenenfalls unter Zusatz von staubförmigen Pulvern der genannten Metalle, ohne Bindemittel in die gewünschte Form gebracht, dann sehr langsam getrocknet und schließlich im Vakuum oder in einer neutralen, die Substanz nicht angreifenden, oder in einer reduzierenden Atmosphäre, z. B. in

Wasserstoffgas, allmählich bis zur Weißglut erhitzt werden, wodurch elastische, vollkommen gleichmäßig dichte und der Substanz nach in allen Teilen gleichmäßig zusammengesetzte Glühkörper entstehen.
2. Verfahren zur Herstellung einer den elektrischen Strom leitenden Verbindung zwischen Glühfaden nach Anspruch ι und den Einführungsdrähten elektrischer Glühlampen, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch ι gekennzeichneten plastischen Massen in etwas verdünntem Zustande, aber ohne Bindemittel auf die Verbindungsstellen aufgebracht und nach dem Trocknen entweder im Vakuum oder in einer neutralen, die Substanz nicht angreifenden Atmosphäre, z. B. in Wasserstoff, bis zur Weißglut erhitzt werden.