DE194348C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVe 194348 KLASSE 21/. GRUPPE- JVe 194348 CLASS 21 /. GROUP

Dr. HANS KUZEL in BADEN b.WIEN.Dr. HANS KUZEL in BADEN near Vienna.

elektrische Glühlampen.electric light bulbs.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Juli 1905 ab.Patented in the German Empire on July 25, 1905.

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 hohenThe purpose of the present process is to produce incandescent bodies from the metals Chromium, manganese, molybdenum, uranium, tungsten, vanadium, tantalum, niobium, titanium, thorium, zirconium in a colloidal state. The known methods of making rods, wires or threads for electrical Incandescent bodies made of the metals suitable for this are because of the high

ίο Schmelzpunktes der reinen Körper darauf angewiesen, von Metallpulvern auszugehen.ίο the melting point of the pure body on it instructed to start from metal powders.

Die Vereinigung dieser Metallpulver zuThe union of this metal powder too

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.compact masses and the conversion into wire or thread form is in three ways Wise aimed. Either it should be applied very dry on the dry route high pressure or on the wet path by adding a plasticizing, organic Binding agent, subsequent pressing, drying and annealing are effected; at last in the third case, it should be achieved by melting the powder beforehand in an electric arc can be achieved with subsequent pulling out of the reguli to fine wires.

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.The extraction of such brittle and high-melting metals into the finest wires, as they are only suitable for the production of incandescent bodies are the the greatest technical difficulties in the way. These metals only become higher at high Heat pliable enough for this procedure, and the design of the devices for this The process is further complicated by the necessary exclusion of air. In this way it is very difficult to get these very finest threads of the same cross-section at all points, of the same Density of the material and of the necessary smooth surface to get what a uneven glow and premature destruction of the glow element a new complicated processing of the threads in order to eliminate this problem makes necessary. The method of combining the dry metal powder by high pressure yields only brittle, unequal thick and unevenly dense rods, which can hardly be obtained from sufficient thinness can in order to be able to be used with advantage as an incandescent body.

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.Just as unsuitable here is the proposed addition of such binders, which are undecomposed in the heat and volatile without residue, because after their volatilization they are only coherent again Powder remains.

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 sieThe process of combining powdered metals with the help of the usual not undecomposed volatile, organic binders such as tar, rubber solution, sugar syrup, Starch, paraffin wax, etc., provide, apart from the cross-section and the density of the material is highly uneven in different places, partly intended carbonaceous bodies that need further treatment, on the other hand, they provide

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Drähte oder Fäden, in welchen die angewandten Metalle unbeabsichtigterweise mit an verschiedenen Querschnitten der' Drähte verschieden hohen Mengen von Kohlenstoff ver-5. unreinigt sind. . . .Wires or threads in which the applied metals are inadvertently included different cross-sections of the 'wires different amounts of carbon ver-5. are impure. . . .

Diese Fäden (besitzen daher nicht allein den angestrebten hohen Schmelzpunkt des reinen kohlenstofffreien Ausgangsmaterials nicht mehr, sondern sie schmelzen, je nachdem sieThese threads (therefore not only have the desired high melting point of the pure carbon-free starting material no longer, but instead they melt, depending on them

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 dieίο once more, the other time have absorbed less carbon, alternatingly lower. They also melt through easily at individual, more carbon-rich nodes.
The present method avoids that

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.the above-mentioned metals for the purpose of converting them in fine wires in that most finely divided state in which the Dimensions of their smallest parts under the term of the so-called molecular dimensions fall and in what condition matter is important for the present purpose, with regard to surface energy and aggregation properties significantly changed compared to the usual conditions accepts.

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.Such finest particles exist in the sols, gels, and colloidal suspensions in those suspensions still referred to as mechanical in the older literature, which compared to the former allotropic states of matter, apart from that Manufacturing processes, show only slight quantitative differences, moreover but show the same physical behavior and are therefore also regarded as identical with them Need to become.

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).Research into these aliotropies shows that the molecules with matter that is so finely distributed in liquids must be in a kind of swelling (imbibed molecules). The prevailing view encompasses the reverse transformation of such gelatinous amorphous mass particles in particles of crystalline structure as one gradual transition of liquid molecular complexes into the usual solid state on (micelle theory). It is assumed here that this is initially carried out by a specific attraction with the metal very energetic, but by no means chemically bound Solvent in the solid colloidal forms is merely absorbed more in the interstices is similar to the liquid part in an irregular tissue of cellular or honeycomb structure around the wall membranes and distributed within them (precipitation membranes, myelin forms, the colloidal precipitations).

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.The observed physical properties on which this view is based lying, did not exclude the possibility that they might just be characterized tissue made of amorphous swollen substance without the aid of a binder by mere mechanical aggregation, so to speak by a kind of microstructural one Matting in plastic, firmly coherent even after complete drying out The masses would be transformed, that would be brought into any desired shape and converted back to dense crystalline metals by further treatment could become. The experiment has shown that these assumptions can actually be realized.

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.If you remove namely from z. B. colloidal precipitated by electrolytes Suspensions of the aforementioned. Metals the mechanically adhering water through careful squeezing, suction, slow evaporation or a combination of these processes, the remaining amorphous, colloidal metals form extremely homogeneous, plastic masses that remain firmly coherent without any binding agent and how clay can be shaped into any shape by pressing, pressing, etc. can. During the subsequent slow drying process, they then harden without any significant amount Shrinkage and without cracking to form alabaster to rock-hard masses of dark color, non-metallic appearance homogeneous dense structure and correspondingly smooth shell-like break.

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.The same plastic masses arise when dry hydro- or organosols, Gels or gelatinous amorphous powders of the metals mentioned at the beginning with low Amounts of water or such other liquids that represent the imbibition water can, such as B. alcohols, glycerine, chloroform, xylene, etc., with stirring, kneading or pressing etc. slowly and intimately mixed until the progressive swelling the amorphous dry masses the desired coherence and doughy consistency is reached.

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 dieseThe plastic masses in question can also be about half their weight on the same metals in the form of fine dust powder either from the start be added by the representation (e.g. electrical atomization) or even afterwards mechanically added without significantly affecting their plasticity and further usability. With an intended In addition, two or more different metal colloids or metal powders can be used at the same time, alloys are then obtained in the final stage of the process. Around

Masse in die für Glühkörper geeignete Form zu bringen, kann man sie irgendeinem bekannten mechanischen Formgebungsprozeß unterziehen.Bringing the mass into the shape suitable for incandescent bodies, one can use any known one subject to mechanical shaping process.

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, amIf you press ■ ", for example, the one in speech standing plastic masses with the help of moderate pressure by forms, which with very fine, e.g. B. o, i to 0.2 mm in diameter holding, extremely even and smooth, on

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 werdenIf there are openings made of precious stones, they emerge from them at the highest level even, dense, straight, long threads, which result from their inherent tensile strength hanging or lying stretched or in any shape, e.g. B. in the usual U-shape for filaments or brought into a spiral shape, dried

können. 'can. '

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 chemischeIf the use of heat is avoided when drying these threads, it is found that they do not conduct electrical current or that they only have an extremely low conductivity, which is due to any traces of electrolytes left behind in the preparation of the starting material. However, if the non-conductive threads are heated slowly and briefly to 60 to 80 ° C, conductivity is established which increases and decreases with increasing and decreasing temperature and disappears again when the temperature is complete. If the heating is allowed to continue for a long time at 80 ^° C. or if it is heated to higher temperatures, to a chemical one

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.35. To prevent change "of the substance, in a vacuum ^ or in a neutral atmosphere, preferably in hydrogen, the filaments are permanently conductive and can easily be brought to red heat by increased power supply.

In diesem Zustande ist ihr spezifischer Leitungswiderstand immer noch bedeutend höher als derjenige metallischer Leiter.In this state, their specific line resistance is still significant higher than that of metallic conductors.

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.But if you increase the power supply to white heat, the resistance of the thread decreases while at the same time rapidly and uniformly reducing its diameter quickly reaches a minimum, whereupon the thread in all its parts evenly in The brightest incandescence continues to glow.

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.In this way, this initially colloidal, then amorphous thread emerges a metallic conductor in the form of a fine, highly elastic wire that is connected to the technically is endowed with extremely valuable properties in all of its cross-sections is very evenly dense and dimensioned very evenly, one completely has a smooth surface, the substance of which is free from any contamination with carbon, etc. has remained free and therefore the unchanged, valuable properties of the starting material, in particular has retained the desired high melting point thereof.

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.The wires obtained in this way made of the metals mentioned at the outset 65 can be with exception those of manganese and chromium in inert gases or in a vacuum under the same test conditions without being destroyed to become or to melt, heat considerably higher than osmium wires and radiate while under the same test conditions more and whiter light than this.

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.Incandescent bodies for electric lamps, which are made from such wires and evacuated in or glass bulbs filled with neutral gases are enclosed, have an excellent long service life because they have no dissimilar places. You can, therefore, without running the risk of participating to burn through such places prematurely, to the highest permissible for the material Temperatures are heated and therefore also result in an extremely favorable Light effect.

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. _/ To connect these incandescent bodies to the thread carriers, the same plastic masses are used from which the incandescent filaments themselves are made by applying the somewhat more fluid plastic mass to the areas to be connected without adding a binding agent and after drying either in a vacuum or in a neutral atmosphere , preferably in hydrogen, heated to incandescent heat. _/

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.The metals mentioned at the outset can be obtained in various ways in colloidal form obtained, e.g. according to the methods of Wright or Wedekind, which focus on comminution of the molecular complexes are based on chemical means, or according to the method modified by Billitzer, in which the same purpose is achieved by electrical atomization of the metals.

Claims

Patent Claims:

I. Process for the production of incandescent bodies from the metals chrome, manganese, Molybdenum, uranium, tungsten, vanadium, tantalum, niobium, titanium, thorium, zirconium for electric incandescent lamps, characterized in that each metal alone or several of the same with one another mixed in a colloidal state, optionally with the addition of powdery ones Powders of the metals mentioned, brought into the desired shape without binding agents, then dried very slowly and finally in a vacuum or in a neutral one that does not attack the substance, or in a reducing atmosphere, e.g. Am

Hydrogen gas, gradually heated to incandescence, creating elastic, Incandescent bodies that are perfectly evenly dense and have a uniformly composed substance in all parts are created.

2. A method for producing a connection that conducts the electrical current between the filament according to claim ι and the lead-in wires of electric incandescent lamps, characterized in that the plastic masses identified in claim ι are applied to the connection points in a somewhat dilute state, but without a binder, and either after drying in a vacuum or in a neutral atmosphere that does not attack the substance, e.g. B. in hydrogen, heated to white heat.