DE2304607A1

DE2304607A1 - Verbrennungsblitzlampe

Info

Publication number: DE2304607A1
Application number: DE2304607A
Authority: DE
Inventors: Jacob Dirk Baars; Wilhelmus Polycarpus De Graaf
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-02-19
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1973-08-30
Also published as: GB1355316A; FR2172358B1; CA963079A; JPS5522881B2; FR2172358A1; NL7202213A; US3823994A; JPS4890732A; BE795646A; IT979199B

Description

PHN. 6151. Va/RV.

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ALie: PHH- 6131

von« 29. Jan. 1973

Verbrennungsblitzlampe.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verbrennungsblitzlampe ohne Zünddraht, bei dem innerhalb eines Kolbens unter Bildung eines Lampensockels eine Zündvorrichtung montiert wird, die aus zwei Stromleitern besteht, die in den Lampensockel eingeschmolzen sind und ausserhalb des Kolbens enden und von denen die innerhalb des Kolbens liegenden Teile in einer Masse enden, die aus einem Gemisch eines Metallpulvers, eines Bindemittels und gegebenenfalls eines Oxydationsmittels besteht.

Verbrennungsblitzlampen dieser Art sind an sich bekannt. Im allgemeinen enthalten diese Lampen einen Knäuel von Schnitzeln eines Metalls, das mit einem die Verbrennung aufrechterhaltenden Gas, wie Sauerstoff, nach Zündung aktinisch verbrennt. Es ist jedoch auch möglich, das ch verbrennende Metall in der durch direkten Stromdurchgang zu

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zündenden Masse unterzubringen.

Verbrennungsblitzlampen dieses Typs können grundsätzlich

auf gleiche Weise wie Verbrennungsblitzlampen des üblichen Typs mit einem die innerhalb der Lampe liegenden Enden der Stromleiter miteinander -verbindenden Zünddraht hergestellt werden. Bei den letzteren Lampen befindet sich die Zündmasse gewöhnlich auf den Enden der Stromleiter. Dies ist auf die übliche Anbringungsweise der Zündmasse zurückzuführen. Zu diesem Zweck werden nämlich die Enden der Stromleiter, die durch den Zünddraht miteinander verbunden sind, in die Suspension der Zündmasse eingetaucht. Die Suspension kriecht dann über die Enden der Stromleiter; die Oberflächenspannung verhindert jedoch gewöhnlich auch, dass die Suspension den äusssrst dünnen Zünddraht (Durchmesser meistens zwischen 15 und 20/um) bedeckt. Es leuchtet ein, dass unter diesen Bedingungen die Masse erst gezündet wird, wenn der Zünddraht eine genügende Menge Wärme entwickelt hat, um die Masse auf den Enden der Stromleiter auf die Zündtemperatur zu bringen. Von der in der Lampe abgeleiteten Energie ist also nur ein Teil für die eigentliche Zündung notwendig. Der Zünddraht besteht gewöhnlich aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung. Um einen genügend hohen Widerstand zu erhalten, ist dieser Draht äusserst dünn und somit schwach. Durch diese Ursachen bereitet die Bemessung dieses Zündsystems Schwierigkeiten.

Bei einer Verbrennungsblitzlampe, bei der die Zündmasse durch direkten Stromdurchgang durch die Zündmasse selbst gezündet· wird, ergeben sich diese Schwierigkeiten nicht. Diese Lampen weisen ausserdem den Vorteil auf, dass sie elektrisch parallel geschaltet und dann der Reihe nach dadurch gezündet werden können, indem über den parallel geschalteten Lampen kurzzeitig eine mit der Zeit schnell ansteigende Spannung angelegt wird. Stets wird dann von den noch zu zündenden Lampen in

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dem Kreis die Lampe mit der niedrigsten Zündspannung zuerst zünden, wobei alle elektrische Energie in diese Lampe abgeleitet wird. Für eine befriedigende Wirkung einer derartigen Schaltungsanordnung ist es genügend, wenn bei einer mittleren Zündspannung von z.B. 1000 V die Zündspannungen einige Volt voneinander verschieden sind. Unter üblichen Herstellungsbedingungen ist dies gewährleistet.

Ein Nachteil der Verbrennungsblitzlampen dieses Typs ist jedoch der, dass der Widerstand der Zündmasse 100 M/L oder höher und die Zündspannung verhältnismässig hoch ist. Dies bedeutet, dass hohe Anforderungen an den Isolierungswiderstand des Kreises gestellt werden müssen.

Obgleich etwaige Uebergangswiderstände bei diesen hohen

Spannungen kaum durch eine Fehlzündung oder eine unvollständige Zündung dieser Lampen herbeigeführt sein können, erfolgt letzteres durch andere Ursachen ebenfalls bei diesen Lampen. Die Energie kann z.B. bei Zündung in der Lampe in die wetallwolle abfliessen, wenn ein oder mehrere Schnitzel der Zündmasse zu nahe liegen oder mit dieser Masse in Kontakt sind.

Die Erfindung bezweckt, eine Verbrennungsblitzlampe ohne Zünddraht zu schaffen, bei der diese Schwierigkeiten nicht oder in viel freringerem Masse auftreten.

Nach der Erfindung ist eine solche Lampe dadurch gekennzeichnet, dass die Zündmasse im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre durch Anlegen einer Spannung über den Leitern elektrisch durchgeschlagen wird, bevor sie in einer Atmosphäre eines die Verbrennung aufrechterhaltenden Gases, wie Sauerstoff, untergebracht wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass aus der deutschen Patentschrift 1.255.487 eine Blitzlampe des genannten Typs bekannt ist, von der bemerkt wird, dass beim langsamen Steigern einer über den Klemmen angeleg-

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ten Spannung der Widerstand der Zundmasse irreversibel abnimmt. Dies wird

wie folgt erklärt! Vom elektrischen Standpunkt gesehen muss angenommen werden, dass die Zundmasse aus einer Anzahl in Reihe und parallel geschalteter Kondensatoren und Widerstände besteht. Dabei werden die Kondensatoren durch die -Metallteilchen und das zwischenliegende Bindemittel mit gegebenenfalls den Oxydhauten auf den Metallteilehen gebildet. Beim langsamen Ansteigen der Spannung wird wahrscheinlich an einigen Stellen in der Masse das Bindemittel zwischen den Metallteilchen, das als Dielektrikum wirkt, durchgeschlagen. Dieser Durchschläge erfolgen bei genügend langsamer Zunahme der Spannung nacheinander. Dabei werden ein oder mehrere leitende Kanäle durch die Masse verhältnismässig niedrigen Widerstandes gebildet. Die bei den nacheinander erfolgenden Durchschlägen entwickelte Wärme kann abfliessen, so dass die Zündmasse nicht an irgendeiner Stelle die Entbrennungstemperatur erreichen kann. Dies hat zur Folge, dass unter diesen Bedingungen für die Zündung der Masse mehr Energie benötigt wird, als wenn die über den Klemmen angelegte Spannung schnell gesteigert wird, Im letzteren Falle wird das Bindemittel nämlich an einigen Stellen zugleich durchgeschlagen und kann örtlich eine praktisch adiabatische Erwärmung der Zündmasse stattfinden, wodurch die Temperatur in der Masse bis über die Zündtemperatur ansteigen kann. Gemäss der erwähnten deutsehen Patentschrift wird bei einer Zündmasse mit einem Widerstand von weniger als 1 Mil ein zu grosser Teil der in der Masse abgeleiteten Energie zur Erwärmung der gebildeten Stromwege benutzt, wodurch die Zündung infolge Durehschlagens des Bindemittels nicht mehr erfolgen kann. Nebenbei sei bemerkt, dass die Erscheinungen, die in dieser deutschen Patentschrift beschrieben sind, sich auf Verbrermungsblitzlarapen beziehen, bei denen der Λ !-in ΐ and zwiyriien den Klemmen in der liUnd masse /,wi s chi'η ■ ,1 und-O, S mit,

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vorzugsweise bei 0,2 mm, liegt. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass Blitzlampen, für die die Anforderung gilt, dass der Abstand zwischen den Klemmen ca 0,2 mm beträgt, sich schwer auf reproduzierbare Weise herstellen lassen. Wenn nach der vorliegenden Erfindung der elektrische Durchschlag in Abwesenheit eines Gases, das mit dem Metallpulver reagieren kann, und vorzugsweise im Vakuum, stattfindet, wird ebenfalls ein Stromweg verhältnismässig niedrigen Widerstandes gebildet. Dies ist auch der Fall, wenn in der Masse ein Oxydationsmittel vorhanden ist, vorausgesetzt, dass die in der Masse abgeleitete.Energie dabei nicht zu gross gewählt wird und vorzugsweise geringer als 30 /uJ ist.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren besteht nicht die

Beschränkung, dass die Spannung nur langsam gesteigert werden darf. Auch ist die Menge in der Masse abgeleiteter Energie nicht (beim. Fehlen eines Oxydationsmittels) oder weniger (beim Vorhandensein eines Oxydationsmittels) gewissen Beschränkungen ausgesetzt. Dies bedeutet, dass eine viel niedrigerer Endwiderstand der Zündmasse nach elektrischem Durchschlag erreicht werden kann, als es möglich wäre, wenn der Durchschlag in Sauerstoff stattfinden würde.

Es stellt sich heraus, dass die Zündmasse nach ihrem elektrischen Durchschlag gemäss der Erfindung in einer Sauerstoffatmosphäre bereits durch das Anlegen einer Gleichspannung mit einem Wert zwischen 10 und 100 V zum Zünden gebracht werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass Verbrennungsblitzlampen nach der Erfindung gewünschtenfalls mit den üblichen Batteriezündvorrichtungen gezündet werden können.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Verbrennungsblitzlampen, bei denen der Abstand zwischen den Enden der Stromleiter 1 mm +_ 0,3 mm beträgt und der Widerstand der noch nicht durchgeschlagenen

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Zündmasse zwischen diesen Enden, bei einer Spannung von 20 V gemessen, grosser als 10 Jl ist.

Verbrennungsblitzlampen nach der Erfindung lassen sich z.B. wie folgt herstellen.

In einen Glasrohrteil wird ein Gestell eingeführt, das z.B. aus zwei mittels einer Glasperle miteinander verbundenen Stromleitern besteht.Die Stromleiter werden nun unter Bildung eines Lampensockels in einem Ende des Rohres festgeschmolzen. Auf den innerhalb des Rohres liegenden Enden der Stromleiter wird ein diese Enden miteinander verbindender. Tropfen der Zündmassensuspension angebracht. Die Flüssigkeit wird verdampft und ein Knäuel von Metallschnitzeln wird in das Rohrende Eingeführt. Dann wird das Rohr erhitzt und eingeschnürt, wonach der dabei gebildete Kolbenraum evakuiert und gegebenenfalls mit einem inerten Gas gespült wird. In dieser Herstellungsstufe, in der also kein Sauerstoff und auch kein anderes die Verbrennung des Metalls aufrechterhaltendes Gas in der Lampe vorhanden ist, erfolgt elektrischer Durchschlag der Masse. Dabei wird zwischen den Enden der Stromleiter ein leitender Kanal durch die Zündmasse gebildet, dessen Widerstand 10 bis 10 JT. beträgt. Anschliessend wird die Lampe mit Sauerstoff gefüllt und zugeschmolzen.

Nach einem anderen Verfahren wird ein Glasrohrteil an einem Ende zugeschmolzen. Das Knäuel von Metallschnitzeln wird in die Lampe eingeführt und dann wird unter Bildung eines Lampensockels das Gestell in dem Rohr befestigt. Das Gestell enthält dabei ein Metallrohr, durch das der Lampenraum evakuiert und mit Sauerstoff gefüllt werden kann. Die Zündmasse

sie schlägt zu dem Zeitpunkt elektrisch durch, zu dem sich in einem Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre befindet. Dann wird die Lampe mit Sauerstoff gefüllt und wird der Lampenraum z.B. dadurch gegen die Umgebung ver-

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schlossen, dass das Metallrohr zugekniffen wird.

Das Gestell kann aus zwei parallelen Drähten bestehen, die miteinander über eine Glasperle verbunden oder in einen mit einem Hohlraum zur Aufnahme der Zündmasse versehenen zylindrischen Körper eingeschmolzen sind. Das Gestell kann auch aus zwei ineinander liegenden Metallrohren bestehen.

Die Zündmasse enthalt ein Metallpulver, z.B. ein Pulver

eines Metalls, wie Zirkon, Aluminium, Magnesium und Titan, gegebenenfalls ein Oxydationsmittel,- wie Kai iumper chlor at, und ein Bindemittel, wie Nitrocellulose, und gegebenenfalls ein Halbleitermaterial, Aktivatoren, usw. Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Zündmasse aus einem stöchiometrischen Gemisch von Zirkonpulver und Kaliumperchlorat (KClO.)5 als Bindemittel kann z.B. Nitrocellulose verwendet werden. Pro 100 Gewichtsteile des stöchiometrischen Gemisches können z.B. 1 bis 5 Gewichtsteile Nitrocellulose in trocknem Zustand vorhanden sein. Die Zündmasse wird in Form einer Suspension in einem organischen Lösungsmittel auf aen Enden der Stromleiter angebracht.

Eine geeignete Suspension lässt sich z.B. auf folgende Weise erhalten: 2 Gewichtsteile Nitrocellulose werden in 100 Gewichtsteilen Aethyllactat gelöst; in der erhaltenen Lösung werden 160 Gewichtsteile Zirkonpulver mit einer Korngrösse von ca 5/um und 60 Gewichtsteile Kaliumperchlorat mit einer Korngrösse zwischen 10 und 20/um dispergiert. Pro Lampe wird ea 0,75/ul dieser Suspension verwendet, was ca 0,8 mg Zirkonpulver und 0,3 mg Kaliumperchlorat entspricht.

Das aktinisch zu verbrennende Metall kann z.B. Zirkon oder tiiit'rii um sein.

die Lampe - mit J/iu( rs to VV ^e füllt wird, wird α ie Luft,

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z.B. durch Spülen mit einem inerten Gas und/oder durch Evakuieren, herausgetrieben. Unter einem inerten Gas sind hier Edelgase, Stickstoff und derartige Gase zu verstehen, die bei elektrischem Durchschlag der Masse mit dieser Masse nicht reagieren. Das die Verbrennung aufrechterhaltende Gas besteht aus Sauerstoff.oder einer Fluorverbindung, wie NP,, N_F., 0F_ oder Gemischen derartiger Gase.

Die Zündmasse wird vorzugsweise dadurch elektrisch durchgeschlagen, dass die Stromleiter mit einer Spannungsquelle verbunden werden, die in einigen Mikrosekunden einen auf einen Wert in der Grössenordnung von 10 V ansteigenden Spannungsimpuls liefert.

Der Widerstand der Masse betragt, bevor Durchschlag statt-

gefunden hat, bei 20 V Gleichspannung gemessen, mehr als 10 JL ; nach dem elektrischen Durchschlag beträgt der Widerstand nur noch 10 bis 10 SL .

Ein geeigneter Spannungsimpuls kann mit einem piezoelektrischen Element erhalten werden.

Das Durchschlagen der Zündmasse kann unter Umständen auch* ausserhalb der Lampe stattfinden, bevor das Gestell in der Lampe montiert wird. Dann muss allerdings gesichert werden, dass während der Montage keine Entzündung der Zündmasse auftritt.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Figuren 1 bis 5 zeigen Schnitte durch aufeinanderfolgende Stufen der Herstellung einer Verbrennungsblitzlampe gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.

In einem Glasrohr 1 (Fig. 1) mit einem Aussendurchmesser von 9 mm und einer Wandstärke von 1 mm wird ein Gestell angebracht, das aus zwei Stromleitern 2 und 3 und einem mit einem Hohlraum 4 versehenen

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Körper 5 aus Glas "besteht, der z.B. dadurch erhalten werden kann, dass eine mit den Stromleitern 2 und 3 versehene Glasperle mit einem Glasrohr (Durchmesser 3 mm» Länge 5 mm) verschmolzen wird. Der Körper 5 wird mit dem Glasrohr 1 unter Bildung des Lampensockels 6 verschmolzen. In dem Hohlraum 4 (Inhalt 1 /ul), in dem die Stromleiter 2 und 3 enden, wird eine Zündmasse 7 angebracht (O,75/ul)» indem ein Tropfen der Suspension in den Hohlraum eingeführt wird. Die Suspension weist z.B. die nachstehende Zusammensetzung auf:

16O Gewichtsteile Zirkonpulver, 60 Gewichtsteile Kaliumperchlorat, 2 Gewichtsteile Nitrocellulose und

100 Gewichtsteile Aethyllactat (Lösungsmittel).

Nachdem das Lösungsmittel grösstenteils aus der Suspension durch natürliche oder forcierte Verdampfung verschwunden ist, wird ein Knäuel von Metallschnitzeln 8 z.B. 20 mg Zirkon in Form von Streifen (shredded foil) mit einer Breite von ca 40 /um, einer Dicke von ca 20/um und einer Länge von ca 10 cm, in das Rohr 1 gebracht. Das Glasrohr 1 wird nun bei 9 unter Erhitzung eingeschnürt.

Das Rohr 1 wird mit einer Vakuumpumpe verbunden una die in dem Rohr 1 vorhandene Luft wird abgesaugt. Die Stromleiter 2 und 3 werden mit einer Spannungsquelle (einem piezoelektrischen Element) verbunden, die eine in 4/usec auf 2,5 . 10 V ansteigende Spannung liefert. Der Abstand zwischen den Enden der Leiter 2 und 3 in der Zündmasse 7 beträgt ca 0,8 mm; der Widerstand der Masse zwischen den Leiterenden be-

trägt, bei einer Gleichspannung von 20 V gemessen, mehr als 10 TL . Die Masse schlägt gewöhnlich durch, wenn die Spannung auf einen Wert zwischen 300 und 600 V angestiegen ist. Es stellt sich heraus, dass der Widerstand

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dadurch nur einen Wert von weniger als 10 -CL aufweist.

Nachdem der Durchschlag stattgefunden hat, wird die Lampe mit Sauerstoff bis zu einem Druck von 6000 Torr gefüllt und bei 9 zugeschmolzen (Fig. 4)·

Fig. 5 ist eine Seitenansicht der fertigen Lampe.

Die Lampe gemäss dieser Ausführungsform kann mit einem auf ca 20 V oder höher aufgeladenen Kondensator von ca 100/uF gezündet werden. Die ,Lampe kann auch mit der vorerwähnten Spannungsquelle ( einem piezoelektrischen Element) gezündet werden; die Spannung steigt dann auf nahezu 100 Y an.

Die Verbrennungsblitzlampe weist dabei den Vorteil auf,

dass sie mit derselben Spannungsquelle wie eine übliche Verbrennungsblitzlampe mit einem Zünddraht aus WoIfram-Rhenium gezündet werden kann. Der verhältnismässig kostspielige Draht ist jedoch bei der Verbrennungsblitzlampe nach der Erfindung überflüssig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Herstellung keine viel Zeit beanspruchenden Verfahrensschritte durchgeführt zu werden brauchen. Der Durchschlag der Zündmasse kann während des Evakuierens der Lampe erfolgen, das dazu dient, die Luft herauszutreiben.

Ein weiterer Vorteil der durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellten Verbrennungsblitzlampen ist der, dass ein etwaiger Kontakt zwischen den Metallstreifen (shredded foil) und der Zündmässe in der Lampe weder die Zündung der fertigen Lampe, noch gegebenenfalls während der Herstellung den Durchschlag, wenn dieser im Vakuum stattfindet, beeinflusst. Dies wäre allerdings der Fall, wenn in derartigen Lampen nicht nach der Erfindung zuvor die Zündmasse im Vakuum elektrisch durchgeschlagen wäre. Unter dem Einfluss äusserer elektrischer Felder können bei den Blitzlampen nach der Erfindung keine Spannungsunterschiede, die eine Zündung zur Folge haben, zwischen den Klemmen in der Zündmasse entstehen.

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Claims

23Ü4607

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PATENTANSPRÜCHE :

Γΐ %J Verfahren zur Herstellung einer zünddrahtlosen Verbrennungsblitzlampe, bei dem innerhalb eines Kolbens unter Bildung eines Lampensockels eine Zündvorrichtung montiert wird, die aus zwei Stromleitern besteht, die in den Lampensockel eingeschmolzen sind und ausserhalb des Kolbens enden und von denen die innerhalb des Kolbens liegenden Teile in einer Zündmasse enden, die aus einem Gemisch eines Metallpulvers, gegebenenfalls eines Oxydationsmittels und eines Bindemittels besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündmasse im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre durch Anlegen einer Spannung über den Stromleitern elektrisch durchgeschlagen wird, bevor sie in einer Atmosphäre eines die Verbrennung aufrechterhaltenden Gases, wie Sauerstoff, untergebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem die Zündvorrichtung in dem Kolben montiert und ein Knäuel von Metallschnitzeln angebracht worden ist, der Kolben evakuiert und gegebenenfalls mit einem inerten Gas gespült, die Zündmasse elektrisch durchgeschlagen und der Kolben mit einem die Verbrennung aufrechterhaltenden Gas, wie Sauerstoff, gefüllt wird, wonach der Kolben verschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse, die aus einem stöchiometrischen Gemisch von Zirkon und Kaliumperchlorat und einem Bindemittel besteht, verwendet wird;
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lampe eine Zündvorrichtung montiert wird, bei der der Abstand zwischen den innerhalb der Lampe liegenden Enden der Stromleiter 1 mm +_ 0,3 min beträgt, während eine Zündmasse verwendet wird, deren Anfangswiderstand

zwischen diesen Enden grosser als 10 -ft_ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

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die Zündmasse dadurch durchgeschlagen wird, dass die Stromleiter mit
einer Spannungsquelle verbunden werden, deren Innenwiderstand in derselben Grössenordnung wie der Widerstand der Zündmasse liegt und die einen in einigen Mikrosekunden schnell auf einen Wert in der Grössenordnung von 10 V ansteigenden Spannungsimpuls liefert.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Zündmasse mit Hilfe des von einem piezoelektrischen Element gelieferten Spannungsimpulses-elektrisch durchgeschlagen wird.

7· Verbrennungsblitzlampe, die durch die Verfahren nach den

Ansprüchen 1 bis 6 hergestellt ist.

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