DE1539503A1 - Elektrische Gluehlampe - Google Patents

Description

"Elektrische Glühlampe".

Die Erfindung betrifft Glühlampen mit einem Glühkörper aus einem Karbid der Metalle Tantal, Zirkon, Hafnium oder aus einem Gemisch dieser Karbide und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lampe»

Solche Glühlampen sind an eioh bekannt. Sie lassen sich in verschiedener Weise herstellen· Es ist z.B* möglich, aus einem massiven Stück Metallkarbid einen Glühkörper z.B. in Form eines U auszusägen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass nur Glühkörper mit vcrhälnismässig grossen Querschnitten erhalten werden können, die im Betrieb hohe Ströme (zwieohe ^lju und 100 a) erfordern· Daher sind die Anforderungen for die Stroradurchführungen hoch. Gewöhnlich muss bei Uieser Art von Lampen eine starke Kühlung der Stroradurchführuii^e

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z.B. mit Wasser, durchgeführt werden·¹

Bel einem anderen Verfahren wird ein Draht aus einem der erwähnten Metalle oder Legierungen zu einem Karbid mit dem erwünschten Kohlenstoffgehalt karburiert, z.B. durch Glühen in einer Atmosphäre, die eine flüchtige Kohlenstoffverbindung enthalt. Der Metalldraht kann auch in einer flüssigen Kohlenstoffverbindung geglüht werden* Die auf diese Weise erhaltenen Karbiddrähte sind spröde. Die Montage in der Lampe bringt daher Schwierigkeiten mit sich.

Eo ist auch vorgeschlagen worden, zunächst den Metalldraht in einer Lampe zu montieren und diesen darauf örtlioh zu kar-P burieren. Auch dieses Verfahren liefert nicht ohne weiteres guten Erfolg· Während der Karburierung dee Metalldrahtes nimmt das Volumen des Drahtes um etwa 20$ zu. Es ist besondere schwierig, die dadurch hervorgerufenen Spannungen auszugleichen.

Ein weiterer Xuohteil von Glühlampen sit Glühkörpern au· Metallkarbiden 1st die beim Brennen auftretende Zersetzung dos Karbids, das in Metall und Kohlenstoff zersetzt wird. Wenn im Betrieb der Lampe der Glühkörper eine Temperatur hat, die höher ist als der Schmelzpunkt des Metalles, wird der Glühkörper schnell vernichtet, es sei denn, dass dafür gesorgt wird, dass in irgendeiner Weise die Zersetzung des Glühkörpers verhütet wird.

Die Liohtauebeute einer elektrischen Glühlampe ist in erster Linie von der Temperatur des Qlühkörpers abhängig· Ee gilt dabei im allgemeinen, dass je höher die Temperatur, des Gltihkörpers, umso mehr Energie im βiohtbaren Bereich ausgestrahlt wird« Aus diesem Grunde wäre öle Anwendung von höheren Temperaturen als die bisher üblichen erwünscht. In diesem Zusammenhang könnte die Anwendung von Kohlenstoff mit Rückeioht auf dessen sehr hohen Schmelzpunkt besondere günstig sein, wenn bei den betreffenden Temperaturen.die VerdampfungsgesohWindigkeit von Kohlenstoff nicht zu gross wäre. Ferner haften viele Sohwierig-

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keiten an der Anwendung von Kohlenetoff in technologischer Hinsioht. Baa Material ist z.B. sehr θprode, so dass die Montage eines Kohlenstoff drahtea erschwert wird* Aus Kohlenstoffen lassen sich weiterhin nicht einfach spiralleierte Glühfaden herstellen» die gleich geringe Abmessungen und den gleichen kleinen Wioklungsgang haben wie MetalldrÄhte. ,

Ee wurde in letster Zeit festgestellt, dass es, ähnlich wie "bei Glühlampen mit Wolfraraglühkörpern, möglich ist, bei Glühlampen nit Kohlenstoffglühkörpern oder GlühkSrpern aus einem Metallkarbid die sohldlichen Folgen der hohen Verdampfungsgeechwindigkeit von Kohlenstoff durch Anwendung eines reaktiven Transportgases or- % folgreioh au unterdrücken· Mittels eines solchen Oases wird das von dem Glühkörper abgedampfte Material in flüchtige Verbindungen umger wandelt} die sich in der Nahe des GlühkÖrpers zersetzen« Auf diese Heise kann erreioht werden, dass die Konzentration in der Dampfphase des Materials des Glühkörpers möglichst dem Sättigungsdruck dieses Materials bei der Temperatur des Glühkörper« entspricnt« Das Bestreben geht dahin, dem Idealfall, bei dem gleiche Mengen Atome oder Moleküle von dem Glühkörper abdampfen wie aus der Dampfphase darauf kondensieren, möglichst nahe zu kommen.

Es ist jedoch erwünscht, mit Rücksicht auf Wärmeführungsverluste in solchen Gaefüllungen, spiralisierte Glühfäden anzuwenden.

Die Anwendung von Metallkarbiden und Kohlenstoff für

Glühkörper in einem weiteren Bereich als bisher wird tatsächlich lediglich duroh die erwähnten teohnolo_uiEChen Schwierigkeiten gehemmt. Die L'rfindunj bezweckt, diese Schwierigkeiten wenigstens teilweise zu

Eß rfurde gefunden, dasB ein Glühfaden, z.B. in Form einer Wendel oder Doppelwendel, auB einem Metallkarbia dadurch verstärkt werden kann, dass er ganz oüer teilweise mit einer Kohlenstoffschicht

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überzogen wird· Ee stellt βloh dabei¹ale möglioh heraus, einen Draht herzustellen, der ohne grosse Schwierigkeiten und ohne groseen Ausschuss auf einem Qeetell angebracht und dann auf dem Gestell in einem Kolben untergebracht werden kann. Ee ergab eich weiterhin, dass der Draht im nicht montierten Zustand spannungsfrei gemacht werden kann, indem er auf eine Temperatur geglüht wird, die der Betriebstemperatur entspricht) dies ist ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung·

Sie elektrische Glühlampe nach der Erfindung mit einem Glühkörper eines Karbids der Netalle Tantal, Zirkon oder Hafnium oder •ineβ Gemisches dieser Karbide ist daduroh gekennzeichnet, dass der Glühkörper aus einem Draht besteht« der ganz oder teilweise mit einer Kohlenetoffsohioht Obersogen ist· Ein ganz mit einer Kohlenetoffschicht überzogener Draht hat den Vorteil, dass die Lampe in lioht-teohnieoher Hineicht vollkommen einer Lampe mit einem ganz aus Kohlenstoff bestehenden Glühfaden entspricht·

Ein wesentlicher Vorteil ist der, dass der neue Glühkörper aus einem spiralieierten oder Aoppelepiralieierten Draht bestehen kann·

Ein Glühfaden aus Metallkarbid braucht jedoch nicht ganz

mit Kohlenstoff überzogen eu werden, um bereite wichtige Vorteile gegenüber einem Metallkarbidglühfaden onne Kohlenstoff überzug zu erzielen. Der Kohlenstoffüberzug kann durch die weiter unten tu beschreibenden Nassnahmen gerade an denjenigen Stellen angebracht werden, die verstärkt werden sollen· Im Betrieb der Lampe wirkt der zueStzliche Kohlenetoff als Quelle zum Erzeugen eines Kohlenetoffdampfdrucke, eo dass die Zersetzung des Metallkarbide in Metall und Kohlenstoff verringert wird, insbesondere wenn die Lampe ein reaktives Traneportgas enthalt. , .

Als reaktives Transportgas kann jede flüchtige Verbindung von Kohlenstoff und fiasen oder flüchtige Stoffe verwendet werden, die unter den in der Lampe vorherrschenden U:ist.Utyieri, schnell mit Kohlen-

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stoff reagieren. Ks können hier insbesondere die Halogene: Fluor, Chlor, Brom und Jod und weiter Wasserstoff und Stickstoff genannt . werden. Gegebenenfalls können in der Lampe noch Katalysatoren vorgesehen werden, welche die erwünschte Reaktion an verhältnismässig kalten Stellen, der Lampe, z.B. an der Kolbenwand, beschleunigen. Die Konstruktion der Lampe kann weiter derart gewählt werden, dass alle Teile der Lampe eine Temperatur annehmen, bei der die Reaktion zwischen Kohlenstoff und dem reaktiven Transportgas hinreichend schnell vollzogen wird.

Die Glühlampe nach der Erfindung wird vorzugsweise dadurch

hergestellt, dass ein Draht aus einem der Metalle Tantal, Zirkon oder "™ Hafnium oder einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle in die gewünschte 'iendelform gebracht, der spiralisierte Metalldraht in einer Atmosphäre mit einer flüchtigen Kohlenstoffverbindung geglüht wird, bis das Karbid mit der erwünschten Kohlenstoffmenge erhalten ist, der erhaltene f'etallkarbxddraht noch so lange und unter solchen Umständen in einer Atmosphäre mit einer flüchtigen Kohlenstoffverbindung geglüht wird, dass der Draht ganz oder teilweise mit einer Kohlenstoffschicht überzogen wird, worauf der mit Kohlenstoff überzogene Metallkarbiddraht auf einem Gestell montiert und das Ganze in einem durch- ä sichtigen KoIuen untergebracht wird.

Der Metalldraht wird beim Karburieren durch direkten Stromdurchgang erhitzt, ζ·Β· bis zu einer "schwarzen" Temperatur von 2100 C in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre. Geeignete Kohlenstoffverbindungen sind z.B. Methan, Äthan, Propan. Der Druck kann z.B» ^mm betragen. Das Glühen wird so lange fortgesetzt, bis das Metall die gewünschte Menge Kohlenstoff unter Bildung eines Karbids aufgenommen hat· _tDarauf wird an den zu verstärkenden Stellen des Glühkörpera oder an dem ganzen 'Hühkörper ein Kohlenstoffüberzug angebracht. Die Schichtstarke kann z.B· 20 μπι betragen.

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Die Ablagerung dee Kohlenstoffüberzugs wird durch Erhöhung dee Drucks der Kohlenstoffverbindung, z.B. bis au einem *Druok von 60 mm, Witer gleichzeitiger Erniedrigung der Temperatur des Metallkarbiddrahtee auf 1600 bis 1700°C bewerkstelligt. Normalerweise wird der ganze Draht mit einer Ko*hle ns toff schicht überzogen·

Ks kann jedoch gewünachtenfalle bewerkstelligt werden, dass nur bestimmte Teile des Glühfadens mit einer dickeren Kohlenstoffechioht überzogen werden· Man kann z.B. lediglich diejenigen Stellen mit Kohlenstoff bedecken, die versteift werden sollen, ζ·Β· die Enden des Glühfadens· -Λ

Ein Metallkarbiddraht, dessen Enden durch einen Kohlenstoffüberzug versteift sind, lSsst sich, auch wenn der weitere Teil des Drahtes nicht oder nur mit einer dünneren Kohlenstoffschicht überzogen ist, leichter und mit weniger Ausschuss auf einem Gestell montieren als ein Metallkarbiddraht, der an den Enden nicht versteift ir.t.

Der Kohlenstoffüberzug kann mittels eines elektrischen Feldes oder einer Gasentladung gesteuert werden· Eine dazu geeignete Gasentladung kann z.B. auftreten, wenn die Enden des duroh den direkten Stromdurchgang erhitzten Drahtes einander hinreichend nahe geführt werden· Diese Enden werden dann mit einer zusätzlichen Kohlenstoffechicht bedeckt. Der gQnstigste Abstand hSn£t selbstverständlich von dem Spannungeunterschied zwischen den Enden, dem Gaadruok und der Drahttemperatur ab· In jedem Fall können die zu wahlenden Verhältnisse leicht experimentell bestimmt werden*

Venn eine Hilfselektrode in der NÄhe derjenigen Teile des Drahtes angebracht wird, die zusätzlich überzogen werden sollen*, und wenn diese Hilfselektrode auf eine hinreichend hohe positive. Spannung in bezug auf die Drahtenden gebracht wird, kann der Kohlenstoffüb^rzug erzielt werden*

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Sie Ablagerung von Kohlenstoff kann verhütet werden, wenn ■ der Draht an den betreffenden Stellen, z.B· durch ein Metall drahtgitterι abgeschirmt wird, das eine hinreichend hohe negative Spannung in besug auf die Drahtenden führt.

Sie Erfindung wird an Hand der Zeiohnung und der weiteren Ausführungesbeispiele näher erllutert. ,

Fig. 1 zeigt scheaatlsoh eine Vorrichtung sub Karburieren von U-förnigen Spiralen·

Fig* 2 ββ-igt sohematisoh «ine Lampe mit eineU-förraigen Spiral··

Eine U-föraige Spirale 1 aus-Tantal, in deren Enden %

schraubenförmige Dorne 2 aus Molybdän geschraubt sind, die an Metallkugeln 3 befestigt eind, wurde in einer Glocke 5 aufgeh&ngt· Die Kugeln 3 liegen in Sitsen 6 au« Metall, aus dea sie duroh Klopfen an der Vakuuaglooke aufgehoben werden kSnnen. Auf diese Weise können die beim . Karburieren in die Spirale eingeführten Torsionespannungen beseitigt werden·

Die Vakuuaglooke ist mit Durchführungen 8, 9 und 10 ist Boden 7 ?ür die Zufuhr der Karburierungegase und für das Absaugen von Luft und für die Messung des Druckes, und alt StroBsuführungen 11, 12 ^ versehen«

Dir MetalleItEe 6 sind in einer Platte 4 aus Isoliermaterial angebracht und elektrisch alt den StromEuführungen 11 und 12 verbunden· Die Wendel 1 wurde duroh einen WerbelBtron in einer AtaosphBre von CII. unter einem Druok von 3 ^mffl in einer ununterbrochenen Strömung sum Glühen gebracht·" Die Temperatur der Wendel betrug 2000 -2100⁰C (öohwarae Temperatur). Das Karburieren wurde so lange fortgesetet, bis der Widerstand der Wendel etwa 00 %> des maximalen, beim Karburieren gemeueenen Wideratands war (Zueamnensetzung des entstandenen Karbide etwa TaC_{n o}).

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Bei einer Breite des U von 17 ram wird beim Karburieren Kohlenstoff auf die Enden der Wendel abgelagert. Ist die Breite 25 mm, so erfolgt keine Ablagerung. ¹Or Kohlenstoffniederschlag kann dadurch verhütet werden, dass entweder eine Platte aus einem temperaturbeständigen Material, wie Glimmer, zwischen den Schenkeln des U oder ein Gitter aus Metalldraht zwiuchen diesen Schenkeln angebracht wird, welshes Gitter eine Spannung von z.B. -140 V in bezug auf die der Speisespannung der Wendel führt·

Wenn das Gitter eine positive Spannung in (bezug auf die Enden der Wendel führt, wird Kohlenetoff auf der Wendel abgelagert·

Nach dem Karburieren wird der Druck des Methans auf 6 cm erhöht und die Temperatur auf 1600 bis I700 C erniedrigt. Die Wendel 1 wird dann mit einer gleiohniässigen Kohlenschioht überzogen· Oertlich kann die Ablagerung vt?rhüte . werden, wie vorstehend beschrieben ist, indem . Gitter mit negativer Spannung vorgesehen werden.

Um eine vollkommen spannungsfreie Wendel zu erhalten, wurde beim Karburieren in der Glocke, nachdem das Widerstandsmaximum erreicht war, die Temperatur des Drahtes allmählich auf etwa die Brenntemperatur der herzustellenden Lampe gesteigert, z.B. auf über 3UOO C.

Die Wendel können in einer Lampe z.B. in der schematisoh in Fi{ · 2 angegebenen Veise montiert werden. 1 bezeichnet die Mündel aus mit Kohlenstoff überzogenem Tantalkarbid, die aif Dorne 2 aus "olybdän geschraubt ist. Die Dorne sind an WqIframstifteη _1j feBt_oeschweiB3t, die in uinom Glasboden 14 befestigt sind, und für die Stromzufuhr dienen« Die Lampe ist :r,it einem KoIDen I5 auc-Ka-rtglar. versehen. 1C bezeichnet das zujoschmolzone Kntlüftun_: en. öhrenen.

Me Larap. k:mn z.B. Arjon :iit einer geringen :!en_ce Wasserstoff als Füllgas er;-, ir. 1 * er. 'Druck z·}:. 7 .0 'bzw. ^ m:;,}.

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Claims (2)

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1. Elektrische Glühlampe mit einem Glühkörper auc oinera Karbid der Metalle Tantal, Zirkon oder Hafnium oder aus einem Gemisch dieser Karbide, dadurch, gekennzeichnet, dass der Glühkörper ganz oder teilweise mit einer Kohlenstoffschicht überzogen ist·

2. ■- . Elektrische Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des OlÜhkÖrpers an ihrer Kontaktstelle mit

den Stromzufuhrdrähten der Lampe mit einer Kohlenstoffßchicht über- a

zogen sind. -.■'■·■■

3· ' Verfahren zur Herstellung einer Glühlampe nach· Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Draht aus einem der Metalle Tantal, Zirkon oder Hafnium oder einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle in die gewünschte Vfen.'-elform gebracht, der wendelförmig Metalldraht in einer Atmosphäre mit einer flüchtigen Kohlenstoffverbindung geglütit wird, bis das Karbid mit der erwünsohten Kohlenstoffmenge erhalten ist, und der Metallkarbiddraht noch so lange und unter solchen Verhältnissen in einer Atmosphäre mit einer flüohtigen Kohlenstoffverbindung· geglüht wird, dass der Draht ganz oder teil- " weise mit einer Kohlenstoffschicht Überzogen wird, worauf der erhaltene Glühfaden in einem durchsichtigen Kolben montiert wird. 4· Verfahren nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, dass lediglich die Enden des Ketallkarbiddrahtes mit K!ohlenstcjff überzogen werden· " -

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