DE2339823A1 - Metallbrennsaetze, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung in blitzlichtlampen - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weiczcmann, 2339823

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A."Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Case B NMD P14WG
H/Ba/bgr

NORTON COMPACT
One New Bond Street, Worcester, Mass.O1606,USA

_Mefcal?fcrennsätze, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung in Blitzlichtlanpen

Die Erfindung betrifft feinverteilte, entzündbare Metallbrennsätze, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung in Blitzlichtlampen.

Blitzlichtlampen werden zur Aufnahme von Photographien unter schlechten. Lichtverhältnissen und für die Hochgeschwindigkeitsphotographie eingesetzt. Die Lampen bestehen üblicherweise aus einem semitransparenten Glaskolben, der mit einem feinverteilten, entzündbaren Metall gefüllt ist. In der Vergangenheit dienten zu diesem Zweck zerschnitzelte Aluminiumfolien oder Aluminium- bzw. Magnesiumpulver, während in den 50er und 60er Jahren dieses Jahrhunderts zu Fasereinheiten aufgespaltene Zirkonium- oder Hafniumfolien verwendet wurden, die als lockere Faserbündel in den Glaskolben eingeschlossen waren. Metallfolien, z.B. aus Zirkonium, iassen sich besten-

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ORiGiNAL INSPECTED

falls bis zu einer Dicke von 12,7 bis 25,4 y auswalzen. Derartige Folien können dann in einer Breite geschnitten werden, die im wesentlichen nicht kleiner als ihre Dicke ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein schwer schmelzbares Metallfolienprodukt in Paserform zu schaffen, das gegenüber bekannten Produkten einen wesentlich kleineren Querschnitt besLtzt und sich zur Herstellung von Blitzlichtlampen und dergleichen eignet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Anwendbarkeit bekannter Materialien zu verbessern, z.B. Zirkonium für Anwendungsbereiche nutzbar zu machen, für die derzeit Hafnium verwendet wird, und entsprechend die Fähigkeit von Hafnium und Yttrium zur Erzielung höherer Lichtausbeuten bei gegebenem Raum besser nutzbar zu machen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, Metalle, die auf Grund ihrer schwierigen Verarbeitbarkeit zu Fasern oder faserähnlichen Gebilden bisher für den genannten Verwendungszweck weniger geeignet waren, wie etwa die Seltenen Erden, dieser T echnologie zu erschließen.

Erfindungsgemäß wird das entzündbare Metall in Pulverform mit der trennenden zweiten Phase eines Matrixmetalls zu einem Preßling geformt. Z.B. mischt man Zirkonium- und Kupferpulver, wobei das Zirkoniumpulver 20 bis 50 Volumenprozent des homogenen, innigen Gemisches der beiden Metallpulver ausmacht. Eine andere Form der Verdichtung kann z.B. darin bestehen, daß man einem gesinterten Pulverpreßling mit einer geschmolzenen (und hierauf abgekühlten) Phase des zweiten Materials tränkt.

Der Zweimetall-Preßling wird dann zu einem Knüppel geformt. Der Knüppel wird durch Anwendung von Stauchdruck in der Querrichtung längsgestreckt. Im Anfangsstadium dieser Bearbeitung härtet das zweite Material und überträgt dann die bei der Bearbeitung auftretenden Kräfte auf das erste Material, z.B.

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das Zirkoniumpulver, das verdichtet und zu einer Faser gelängt wird. Nach hochgradigem Längen des ursprünglichen Preßlings entfernt man das zweite Material, das auf ähnliche Weise gefasert ist, in einem thermischen, chemischen oder elektrochemischen Verfahren.

Die Verdichtung und Verkleinerung wird so gesteuert, daß sich das schließlich tarnierte Produkt zur kontinuierlichen Einspeisung in eine Blitzlichtlampen-Fertigungsstraße eignet. Das erhaltene Produkt zeichnet sich dadurch aus, daß der gelängte Preßling als Ganzes die für die Massenproduktion erforderliche Zugfestigkeit besitzt. Ein weiteres Merkmal des in die Fertigungsstraße eingespeisten Materials bzw. der dort hergestellten Blitzlichlampen-Brennsätze ist die gleichförmige lineare Dichte des Materialinneren, dessen lockere Struktur aus mechanisch verfilzten Fasern besteht.

Das Verfahren der Erfindung arbeitet auf wirtschaftliche Weise mit den verschiedendsten Ausgangsmaterialien, z.B. Schwämmen oder Schrott aus schwer schmelzbaren Metallen oder Seltenen Erden. Zur Herstellung geeigneter Ausgangspulver können die Materialien hydriert, gemahlen und dehydriert werden.

Eine kontinuierliche Bereitstellung der Ausgangsknüppel kann durch übliche Pulverbearbeitungstechniken bewerkstelligt werden, z.B. durch Walzverdichtung, wobei eine kontinuierliche Fertigungsstraße eine Serie einzelner Knüppelfertigungsstätten ersetzen kann.

Außer zur' Herstellung von Blitzlichtlampen eignen sich die Metallbrennsätze der Erfindung für verwandte Zwecke in der Pyrotechnik, zur Herstellung von Explosivstoffen und als Raketen-Feststoff treibsätze, wo sie entweder als Haupttreibstoff oder als Gerüstverstärkung für Treibstoff bzw. Oxidationsmittel

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eine vollständige Verbrennung gewährleisten. Daneben finden sie als Getter für Vakuumventile und bei der Kathodenstrahlröhrert-Vakuumhärtung Anwendung.

Für die genannten Anwendungsbereiche ist es im allgemeinen erforderlich, daß mit dem Entfernen der zweiten Phase gleichzeitig eine Passivierung der Oberfläche des Hauptmaterials verbunden ist, damit eine vorzeitige Entzündung vermieden wird.

In Fig. 1 ist ein Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Beschickungsmaterials für die Fertigungsanlage bzw. die Einzelbrennsätze wiedergegeben.

Die Fig. 2 und 3 zeigen schematische Querschnitte durch Einzelelemente von Beschickungsvorrichtungen, die zum Füllen von Blitzlichtlampen mit dem Metallbrennsatz-Beschickungsmaterial dienen.

Die Fig. 4 und 5 sind schematische Querschnitte von Blitzlichtlampen, die den faserförmigen Brennsatz in Schicht- bzw. Zylinderform enthalten.

In Fig. 6 ist die Beschickung einer Blitzlichtlampe mit einem schichtförmigen Metallbrennsatz-Beschickungsmaterial schematisch wiedergegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 1 näher erläutert. Die Figur zeigt in Form eines Flußdiagramms, die durch numerierte Kästchen gekennzeichneten Schritte eines Grundverfahrens und dessen Abwandlungen bei der Herstellung eines Beschickungsmaterials für die Fertigungsanlage, das anschließend auf eine bestimmte Länge geschnitten wird und hierbei die einzelnen Blitzlichtlampen-Metallbrennsätze ergibt.

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Das von der Pulver- in die Faserform zu überführende Material ist als Ml gekennzeichnet, bzw·, als MlA im Falle einer anderen Quelle. Das Matrixmetall ist mit M2 gekennzeichnet.

Die für die entzündbaren Metallbrennsätze der Erfindung vorzugsweise verwendeten Metalle sind Hafnium, Yttrium, Wolfram, Uran, Vanadium, Lanthan, Cer, Scandium, Tantal, Zirkonium, Niob und Titan*

Die entzündbaren Metalle Ml bzw. MlA können auch als Legierungen oder Verbindungen vorliegen. Das verbindungsgemäße Verfahren aichnet sich gegenüber bekannten Verfahren, z.B. dem üblichen Folienwalzverfahren, durch eine hohe Toleranz gegenüber Metallverunreinigungen aus. Metallschrott bzw. Metallschwämme lassen sich in verkleinerter Form ebenfalls als Ausgangspulver verwenden, oder aber der zur Verfügung stehende Schrott bzw. Schwamm wird auf die nachstehend beschriebene Weise pulverisiert.

Das Matrixmaterial muß die bei der Kaltbearbeitung auftretenden Kräfte auf das Pulver übertragen und so dessen Faserbildung bewirken. Dies geschieht entweder durch die Eigenhärte des Matrixmaterials oder durch dessen Fähigkeit zur Kalthärtung während des Anfangsstadiums der Bearbeitung, wobei es dann die erforderliche Härte annimmt. Kupfer in elementarer Form erfüllt diese Voraussetzung für praktisch alle der genannten Metalle. Kupferlegierungen und andere Metalle, wie Blei, Magnesium, Aluminium und Eisen, sowie Nichtmetalle, wie Kunststoffe und Keramik, können jedoch in Abhängigkeit vom jeweils angewandten Reduktionsverhältnis, vom entzündbaren Metall und vom Volumenverhältnis von M2:M1 bzw. MlA ebenfalls verwendet werden. Die Matrix muß die zusätzliche Voraussetzung erfüllen, daß sie sich aus dem bearbeiteten Verbundstoff unter Bedingungen entfernen läßt, welche die Entzündbarkeit, Orien-

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tierung bzw. Steifheit des faserförmigen entzündbaren Metallskeletts im Inneren nicht beeinträchtigen. Das selektiv auslaugbare Kupfer erfüllt diese Voraussetzung. Magnesium und Kunststoffe mit hohem Dampfdruck können durch thermisches Auslaugen entfernt werden. Die chemische Auslaugung des Matrixmaterials durch Säuren oder Basen kann durch elektrochemische Auslaugung ergänzt oder ersetzt werden, indem man das Entfernen des Matrixmetalls mit Hilfe elektrischer Kräfte beschleunigt bzw. zu einem höheren Vpllständigkeitsgrad führt.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der numerierten Kästchen des Flußdiagramins erläutert.

Kästchen lo: Die Pulver werden homogen zu einem Verbundpreßling gemischt. Der Volumenanteil des entzündbaren, zu verbrennenden Metalls, beträgt 20 bis 40 % des Gesamtvolumens des Gemisches, berechnet auf Basis des vollständig verdichteten Gemisches. Das entzündbare Metallpulver besitzt größtenteils eine Teilchengröße von 100 bis 200 μ. Das Matrixpulver (M2) besitzt eine Teilchengröße von weniger als loo μ, vorzugsweise weniger als etwa 44 μ. Die Pulver M2 und Ml bzw. MlA können von nicht sphärischer, stark strukturierter Form sein oder aber eine mehr oder weniger sphärische Form besitzen. Die Verbrennungseigenschaften des Endproduktes lassen sich dadurch kontrollieren, daß man die Teilchengrößenverteilung des eingesetzten Pulvers innerhalb des genannten Bereiches variiert, die Fasergrößenverteilung des Endprodukts steuert, ein gewisses verbrennbares Metall oder dessen Legierungen bzw. Gemische aus der oben genannten Gruppe von Metallen auswählt oder aber die Herstellungsbedingungen auf die nachstehend beschriebene Weise abwandelt.

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Kästchen 9: Der Preßling wird zur Bearbeitung vorzugsweise ummantelt. In manchen Fällen kann die Ummantelung unterbleiben, wie dies durch den das Kästchen 9 umgehenden Pfe'il des Übersichtsschemas angezeigt ist. Ein dünnwandiges Blechgefäß aus Kupfer oder Eisen von 1,59 mm Dicke ist für diesen Zweck besonders geeignet. Während der folgenden Bearbeitungsschritte kann es gegebenenfalls erforderlich sein, das Blechgefäß zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten zu ersetzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vermischt man Zirkoniumpulver mit "einer Teilchengröße von mehr als 149 μ und weniger als 177 μ mit Kupferpulver mit einer Teilchengröße von weniger als 44 μ. Das Gemisch wird dann isostatisch bei 3515 at gepreßt. Das Gemisch enthält 35 Volumenprozent Zirkonium. Es wird in ein Kupferblech eingeschlossen, wobei man einen Knüppel von 3,2 cm Durchmesser und 7",6 cm Länge erhält.

Kästchen 8: Das in ein Blechgefäß eingeschlossene .Pulvergemisch wird zu einer gestreckten Form kalt bearbeitet, z.B. zu einem Stab, einem Draht oder einer Platte. Die Kaltbearbeitung erfolgt z.B. durch Stabauswalzen, Itelrfcziehen, Gesenkarbeit oder Kombinationen dieser Verfahren bzw. andere bekannte Kaltbearbeitungstechniken zur Herstellung gestreckter Produkte mit vermindertem Kreisquerschnitt. Außerdem kann durch Auswalzen in einer Richtung bzw. durch Schrägwalzen eine Platte hergestellt werden. Das Produkt wird in wiederholten Einzelschritten mit nur kleinen Stauchungen pro Durchgang bearbeitet. In der bevorzugten Ausführungsform staucht man den Knüppel durch Gesenkarbeit in einem Durchmesserreduktbnsverhältnis von 1,05:1 pro Durchgang. Die Gesamtstauchung (Durchinesserverhältnis des Ausgangsknüppels zum fertigen Knüppel) beträgt 10:1 bis 50:1, vorzugsweise 20:1 bis 40:1. Wird das Produkt zu einer Platte verarbeitet, so wird ein

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ähnliches Reduktionsverhältnis, ausgehend vom Knüppeldurchmesser, zur Plattendicke angewandt. Im Falle der Herstellung eines runden Drahts entspricht das Flächenverhältnis im wesentlichen dem Quadrat des Durchmesserreduktionsverhältnisses und die Längung des gedehnten Produkts entspricht dem Flächenreduktionsverhältnis. So kann z.B. ein zylindrischer Knüppel von 2,54 cm Durchmesser und 30,5 cm Länge bei einer Durchmesserstauchung von 10:1 bzw. einer Flächenstauchung von 100:1 theoretisch zu einem 30,4 8 m. langen Draht umgeformt v/erden. In der Praxis entsprechen sich Knüppel- und Faserstauchung ( bzw.-längung) nicht exakt, da zu Beginn der Stauchung eine -Verdichtung und Kalthärtung des Matrixmetalls auftritt, bevor es zu einer Signifikaten Faserung des Metalls Ml bzw. MlA kommt. In praktisch allen Fällen beträgt jedoch die Faserungsstauchung (auf Flächenbasis.) und Streckung 6O-9O % der Knüppelstauchung bzw. -Streckung.

Der erste.Bearbeitungsschritt ist vorzugsweise ein Fließpreßvorgang unter Anwendung eines Flächenverminderungsverhältnisses von 3:1 bis 10:1. Nach der Anfangsverdichtung zu einem festen Knüppel, die durch Strangpressen oder mehrfaches Gesenkstauchen erfolgen kann, kann sich eine Zwischenbearbeitung durch hydrostatisches Strangpressen bis zu einem Flächenreduktionsverhältnis von 10:1 bis 30:1 anschließen. Die anschließende Stauchbearbeitung kann z.B. durch Gesenkstauchen, Ziehen, Stabauswalzen, Blechwalzen oder andere Kaltbearbeitungsverfahren erfolgen, die nicht auf eine bestimmte Länge des Ausgangsmaterials beschränkt sind.

Die Kaltbearbeitung erfolgt von Anfang bis Ende praktisch in der Kälte. Eine geringe Erhitzung kann toleriert werden, jedoch ist sie nicht wünschenswert, da sie die Bildung von Legierungen oder Verbindungen aus dem Matrixmetall und dem

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entzündbaren Metall fördert. Dies mindert die, für die Verbrennung verfügbare Energie des entzündbaren Metalls im Vergleich zur Belassung des Metalls im nicht umgesetzten Zustand während der Bearbeitung. Geringfügiges Erhitzen am Ende der Kaltbearbeitungsstreckung kann jedoch wünschenswert sein, um das entzündbare Metall zur besseren Handhabbarkeit, vor der Verbrennung durch eine Interphasenreaktion zu passivieren. Ein anderer Ausnahmefall liegt dann vor, wenn das Matrixmetall selbst hochentzündlich ist, z.B. bei Verwendung von Magnesium als Matrix. Ein weiteres Beispiel hierfür ist Aluminium. Einschließlich dieser Ausnahmefälle erfolgt je-/doch die Bearbeitung praktisch in der Kälte, d.h. die Legierungsbildung wird vermieden. Wo das entzündbare Metall gründliches Ausglühen während der Bearbeitung erfordert, kann man das Matrixmetall vor dem Ausglühen entfernen und eine ähnliche oder eine verschiedene Matrix nach dem Ausglühen dem Bündel durch Auflagetränkung einverleiben.

Kästchen 7: Nach beendeter Kaltbearbeitung wird der nun gelängte Knüppel, der die Form eines Stabes, Drahtes, Bledaes oder eine Röhre hat, bzw. U-förmig ist, z.B. in Säure ausgelaugt, um das Matrixmetall zu entfernen. Vorzugsweise tränkt man mit einer 40prozentigen wäßrigen Salpetersäure, um die Kupfermatrix von Zirkonium oder Hafnium abzutrennen. Das erhaltene Produkt besteht aus einem lockeren Faserbündel, dessen in erster Linie mechanisch verfilzte Fasern einige metallurgische Bindungen aufweisen.

In Abhängigkeit vom angewandten Reduktionsverhältnis, von der Dichte des eingesetzten Preßlings, des Volumenprozentgehalts an entzündbarem Material, der Auslauggeschwindigkeit und gegebenenfalls der Gasentwicklung liegt das ausgelaugte Faserbündel in Form eines steifen'Stabes mit strenger Faserorientierung bzw. als lockere Wolle mit willkürlicher Faser-

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orientierung vor. Zur Herstellung von Blitzlichtlampen wird ein zwischen diesen Extremen liegendes Produkt bevorzugt, das parallel zur Bearbeitungsrichtung orientierte Fasern in einem nicht steifen Faserbündel aufweist. Die genannten Parameter bestimmen auch das Ausmaß und die Art der Verfilzung zwischen den Fasern, die von einem hohen Grad an metallurgischen Bindungen sowie einer mechanischen Verfilzung bei den steifen Stäben bis zu praktisch völlig fehlender Bindung bzw. Verfilzung bei der Wolle reicht. Vorzugsweise überwiegt die mechanische Verfilzung gegenüber den nsetallurgisehen Bindungen.

Kästchen 6: Die Fasern sollen vor der Handhabung passiviert werden, um eine vorzeitige Entzündung zu verhüten. Dieser Verfahrensschritt kann mit dem Entfernen der Matrix kombiniert werden, sodaß gleichzeitig die Matrix entfernt und die Fasern passiviert werden. Z.B. kann man Kupfer durch Tränken mit Salpetersäure aus einem bearbeiteten Kupfer/Zirkonium-Knüppel entfernen, wodurch das zurückbleibende Zirkonium durch die entstehende Oxidschicht passiviert wird. Ein weiteres Passivierungsverfahren besteht z.B. darin, daß ausgelaugte Faserbündel aus entzündbarem Metall in eine organische Ersatzmatrix, wie Wachs, einzubetten, die unmittelbar vor oder sogar nach' dem Einführen de;s auf Länge geschnittenen Brennsatzes in eine Blitzlichtlampe oder dergleichen entfernt wird. Die Matrix kann aber auch bis zur Entzündung und Blitzverdampfung beim Verbrennen erhalten bleiben.

Kästchen 5: Anstelle des Schneidens auf Länge oder zu flächigen Bündeln kann man die Bündel zu wollarfcigen Massen aus lockeren Fasern verarbeiten. Die Fasern sind dann willkürlich in der Masse orientiert. Man erreicht dies durch schnelles Auslaugen unter Gasentwicklung und/oder durch ein hohes Reduktionsverhältnis während der Bearbeitung und/oder durch ein

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niederes Verhältnis von brennbarem Metall zu Matrixmetall.

Kästchen 4: Das Faserbündel aus Kästchen 6 wird auf die gewünschte Einheitslänge geschnitten, im Falle schichtförmiger Bündel auf die gewünschte Flächeneinheit. Man verwendet Karbid-Schneidklingen des Typs, der auch zum Aufspalten von Folien zu Fasern eingesetzt wird, oder Diamant-Schneidräder von dünnem Durchmesser.

Kästchen 3: Die in Kästchen 5 erhaltenen Fasermassen werden als Einzelfasern oder Fasermassen direkt abgesaugt und zur Herstellung von Blitzlicht-Brennsätzen wieder vereinigt, ^/ Das Absaugen und Wiedervereinigen kann in getrennten Stufen erfolgen oder im Zuge der nachstehend beschriebenen Larnpen™ beschickung durchgeführt werden. Die Verfahrensschritte werden so kontrolliert, daß eine willkürliche Orientierung der Fasern im Blitzlicht-Brennsatz gewährleistet ist.

Kästchen 2: Die Faserbündeleinheiten bzw. die lockeren Fasergebilde gleicher Masse werden in eine Blitzlichtlampe eingefüllt. Die Beschickung wird durch Ansaugen erleichtert, .wie dies in den US-Patentschriften 3 120 69 4 und 2 722 355 für Einzelfasern beschrieben ist. Eine ähnliche Vorrichtung kann für verfilzte Bündel angewandt werden.

Kästchen 1: Das Blitzlichtbrennsatzbündel in einer Lampe wird, falls erforderlich, gestreckt, um den Kolben besser auszufüllen, wobei gleichzeitig die Fasern gespreizt werden. Dies erleichtert nicht nur die Verbrennung, sondern auch die Ein-, sieht und erlaubt ferner, das Bündel in einer bekannten, zuverlässigen Anordnung festzuhalten.

Die Kästchen 11 bis 14 zeigen eine Alternativlösung zur wirtschaftlichen Bereitstellung der Ausgangsmaterialien. Brenn-

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barer Metallschwamm oder -schrott wird in Kästchen 11 durch Erhitzen in einer Wasaerstoffatmosphäre hydriert und dann in einem üblichen Mahlvorgang pulverisiert, was durch die Sprödigkeit der Metallhydride erleichtert wird. Das so erhaltene Pulver wird dann durch Erhitzen in einer Inertatmosphäre, wie Argon, unter Zersetzung des Hydrids und Abtreiben des Wasserstoffs dehydriert und anschließend durch Sieben oder ähnliche Techniken klassiert, v/obei Pulver des gewünschten Teilchengrößenbereichs erhalten werden. Die Klassierung erfolgt entweder vor oder nach der Dehydrierungsstufe.« ·

ü§£Stellun2_von_Blitzlichtlamp_en_XFig_i_2_bis_6j_

Fig. 2 zeigt schematisch die wesentlichsten Elemente einer Produktionsanlage zur Beschickung von Blitzlichtlampen mit dem Brennsatz-Beschickungsmaterial der Erfindung. Das Beschickungsmaterial R aus entzündbarem Metall in Form eines faserigen Strangs wird von einer Spule S zu einer Schneid- und Beschickungsv orrichtung C geführt, wo sich eine Karbid-Schneidklinge B auf- und abbewegt und das Beschickungsmaterial auf die gewünschte Länge schneidet. Die Schneid- und Beschickungsstelle C besteht außer der Schneidklinge B aus einem Füllsystem M mit einer Einlaßöffnung P und einer Austragöffnung D. Die Blitzlichtlampe L ist mittels eines 0-Rings dicht an die Austragöffnung angefügt. Man setzt das Füllsystem unter Vakuum und läßt in gewissen Zeitabständen über ein Ventilsystem V Luftstöße einströmen.

Fig. 2 zeigt auch eine mit CH2 bezeichnete Fasermasse, die vom Beschickungsmaterial R abgeschnitten worden ist und zum dargestellten Zeitpunkt in die Lampe L geblasen wird. Nicht gezeigte zusätzliche Luftströme können durch Zusatzanordnungen erzeugt werden, um die relativ ausgerichteten Fasern der Masse R aufzunehmen und das geschnittene Bündel in eine willkürlich geordnete Fasermasse umzuwandeln.

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Konstruktive Details von Vorrichtungen zur Massenproduktion von Blitzlichtlampen sind in den vorstehend genannten Patentschriften beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine weitere Beschickungsvorrichtung, die aus einem Drehtisch T mit Mehrfach-Füllsystemöffnungen M¹ sowie weiteren der .Fig. 2 entsprechenden Teilen besteht, die ebenso wie in Fig. 2 gekennzeichnet sind. Der Drehtisch ist um eine Achse AA drehbar und erlaubt die Beschickung verschiedener Füllsysteme. Die Konstruktionsdetails sind aus der Blitzlichtlampen-, Glühlampen- und Radio- bzw. Fernsehröhrenfertigung bekannt.

Das Beschickungsmaterial R kann aufgespult und in Form eines lockeren Strangs oder als dicht gebündelter Faserstrang zugeführt werden, wobei die unterschiedliche Form durch Variierung der Herstellungsbedingungen und der Matrixabtrennung erzielt wird. Je nach der Wirksamkeit der Zerfaserungsvorrichtungen der jeweiligen Anlage (Verwendung von Luftdüsen und/oder mechanischen Rührern und Schaufeln) kann die Expansion und die Umorientierung des geschnittenen Faserbündels zu einer willkürlichen Anordnung auch erst in der Lampe erfolgen. Dies erleichtert die Handhabung des Beschickungsmaterials und erhöht dessen Zugfestigkeit. Bei der Handhabung frischer Fasern sollen das Füllsystem und die Lampe mit einer trockenen Innenatmosphäre gefüllt sein oder aber unter Vakuum stehen, da es bei der Handhabung zu einer vorzeitigen Entzündung infolge von Reibung oder anderen Effekten kommen kann. Sobald der Brennsatz endgültig in der Blitzlichtlampe angeordnet ist, kann Sauerstoff ohne Entzündungsgefahr - jedoch nicht in turbulenter Strömung - zugelassen werden.

Das Beschickungsmaterial kann auch aus einem langgestreckten Verbundstoff R bestehender die entzündbaren Metallfasern ent hält und mit Hilfe einer Schneidklinge B auf Brennsatzlänge ge-

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schnitten wird. Anschließend entfernt man die Matrix in einem Laugbad LB und erhält durch Auswaschen in einem Spülbad RB mit Hilfe von Wasserstrahlen WJ einen Brennsatz CH3. Man kann auch den Verbundstoff in Blitzlichtlampen einfüllen und diese dann als Bechergläser für die Säureauslaugung der Matrix verwenden.

Schichtförmiges Beschickungsmaterial führt man der Schneid- und Einfüllvorrichtung zu, schneidet es auf Länge und packt es auf ähnliche Weise, wobei es durch Längsauftrennen in kleinere Faserbündel aufgetrennt v/erden kann, die geringere Scherkräfte erfordern und eine geringere Abnutzung der Schneidklingen mit sich bringen als feste Platten, wie sie in bekannten Verfahren eingesetzt werden.

Schließlich kann das Beschickungsmaterial R in einen starken Inertgasstrom eingebracht werden, der das auf Länge geschnittene Faserbündel zu einzelnen Fasern oder anderen BrennsatζUntereinheiten auftrennt, die am Ende eines Schachts aufgefangen und wieder gebündelt werden. Anschließend werden die nach bekannten Verfahren zur Handhabung entzündbare Metallfasern gepackt.

Fig. 4 zeigt eine Blitzlichtlampe L4 mit einem schicht for mi gen Brennsatz, der einen kleinen Teil des Blitzlichtlampen-Durchiessers und nicht das vollständige Volumen einnimmt. Die Strahlungsheizquelle S ist zentral als Stab- oder Punktanregungsquelle im Lampenkolben angeordnet und die schichtförmige Fasermasse FM liegt tangential (senkrecht zur Strahlungsrichtung) in Sichtrichtung der Quelle S, d.h. in Richtung des durch den Pfeil V angedeuteten, zu belichtenden Objekts, Die Schichtform sorgt für besonders günstige Beleuchtungsverhältnisse und ermöglicht eine außerordentlich hohe Faserausnutzung. Während bei bekannten Faserbündeln ein großer Teil der innenliegenden Fasern von den äußeren, dem belichteten Objekt näherliegenden

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Fasern in der wirksamen Lichtausstrahlung in Sichtrihtung behindert ist, ermöglicht die in Fig. 2 gezeigte Anordnung durch Annäherung aller Fasern an das zu belichtende Objekt eine direktere Sichtverbindung. Auch unterbleibt

bei bekannten Faserbündeln oft die Entzündung der innenliegenden Fasern, wohingegen die dünne Schicht FM eine simultane und vollständige Verbrennung aller Fasern ermöglicht.

In Fig. 6 ist gezeigt, wie die Blitzlichtlampe aus Fig. 4 einfach dadurch hergestellt werden kann, daß man das Beschickungsmaterial direkt in den Glaskolben einführt und abschneidet. Eine übertragung oder Expansion erübrigt sich bei dieser Aus führungs form.

Fig. 5 zeigt eine Blitzlichtlampe L4 mit einer schichtförmigen Fasermasse FM5 in Röhrenform; in der Figur ist auch das übliche Reflektorelement gezeigt. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform besitzt dieselben Vorzüge wie die Schichtanordnung in Fig. 4, wobei jedoch eine größere Menge des entzündbaren Materials auf einer größeren Fläche eingefüllt werden kann.

Eine Röhrenform des Beschickungsmaterials kann dadurch erreicht werden, daß man einen Ausgangsknüppel verwendet, dessen Kern vollständig aus dem Matrixmetall besteht. Nach dem Auslaugen erhält man eine langgestreckte röhrenförmige Fasermasse aus dem entzündbaren Metall, die wie ein Strang in den Glaskolben eingeführt wird. Anschließend kann man die Fasermasse mit Hilfe von Luftdüsen expandieren und enger an die Wände des Glaskolbens anpressen.

Die Produkte können während der Kaltbearbeitung gesenkgestaucht werden. Die Gesenkarbeit ergibt eine charakteristische Bandform der Fasern. Zur Herstellung von Brennsätzen für

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Blitzlichtlampen ist es bevorzugt, diese Bandform der Fasern mit einem Querverhältnis von mindestens 5:1 (Verhältnis der längsten zur kürzesten Querschnittsdimension) zu erzielen. Für andere Anwendungsbereiche kann ein runder oder quadratischer Querschnitt (mit einem Querverhältnis von etwa 1:1) bevorzugt sein. Derartige Querschnitte lassen sich durch hydrostatisches Strangpressen, Drahtziehen oder Blechauswalzen in einer Schrägwalze erhalten. Eine Bandform der Fasern wird auch beim Blechauswalzen erzielt. Ein weiteres Kennzeichen der Fasern in Bandform oder mit rundem Querschnitt ist ihre charakteristische Bearbeitungsstruktur in Längsrichtung. Diese dem Metallurgen auffallende Struktur unterscheidet sich von der bekannter zerschnitzelter Folien dadurch, daß s±h letztere wegen der Blechauswalzung quer zur Längsrichtung erstreckt. Die erfindungsgemäßen Fasern bzw. Fasergebilde und die bekannten zerschnitzelten Folien sollen bei der vorliegenden Betrachtung definitionsgemäß ein Langenverhältnis (Verhältnis der Längsdimension in Streckungsrichtung zur größten Querdimension) von mindestens 5:If vorzugsweise 25:1₇ aufweisen. Der Faserdurchmesser bezieht sich im Falle der bandförmigen nicht kreisförmigen Faser auf die Dicke bzw. die kleinere Querdimension.

Bei der Herstellung von Blitzlichtlampen ist ein Faserdurchmesser von 2,54 bis 25,4 μ bevorzugt, wobei die einzelnen Blitzlichtlanipen-Brennsätze eine bimodale Verteilung aufweisen. Zur leichteren Entzündbarkeit enthalten die Brennsätze einen wesentlichen Anteil von Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 12,7 μ; zur Erzielung der gewünschten Farbtemperatur und einer verzögerten Licht-Zeit-Output-Charakteristik ist ferner ein größerer Anteil von Fasern mit einem Durchmesser von 12,7 bis 25,4 μ enthalten. Die bimodale Verteilung läßt sich durch Anwendung verschiedener Fasern jeder Klasse oder mit Hilfe von Einzelfasarn mit dickeren und dünneren Segmenten

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in Querrichtung erzielen. Die bimodale Verteilung läßt sich noch durch Einsatz verschiedener Größen und/oder hochstrukturierter Formen des entzündbaren Metallausgangsmaterials durch Gesenkarbeit oder Schrägwalz-Kaltbearbeitung bzw. durch Mischen der Fasereinheiten bei der Herstellung des Brennsatzes verbessern. Falls eine unimodale Verteilung erwünscht ist, läßt sich diese durch Auswahl sphärischer Teilchen von einheitlicher Größe, durch Strangpreß-Kaltbearbeitung und durch selektives Vermischen verbessern.

Der als Endprodukt erhaltene»'Brennsatz besteht in allen ]?gllen aus einem lockeren Faserbündel, das etwa die Hälfte oder mehr des Blitzlichtlampenvolumens einnimmt (obwohl wegen der Porosität des Bündels auch andere Bestandteile der Blitzlichtlampe denselben Raum einnehmen könnten). Der Brennsatz wird durch federartige Expansion des Bündels zwischen den Kolbenwänden gehalten, wobei die Faserlänge größer sein muß als der Abstand zwischen den Kolbenwänden. Während die bisher eingesetzten zerschnitzelten Folien eine Faserlänge von 10,16 bis 20,32 cm aufweisen, besitzen die erfindungsgemäßen Fasern vorzugsweise eine Länge von etwa 5 cm.

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Claims (15)

1. P atentan-sprüche

   /1.y/Metallbrerxnsatz, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen, aus einem lockeren Bündel aus langgestreckten Fasern eines Metalls der Gruppe Hafnium, Yttrium, Wolfram, Uran, Vanadium, Lanthan, Cer, Scandium, Tantal, Zirkonium, Niob und Titan besteht«
2. 2. Brennsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Fasern in Bandform vorliegt.
3. 3. Brennsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Fasern einen Durchmesser von 2,5 bis 25,4 μ aufweist und der Durchmesser eines Teils der Fasern mehr als 12,7 μ, der Durchmesser eines anderen Teils der Fasern weniger als 12,7 μ beträgt.
4. 4. Brennsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Fasern eine sich parallel zur Längsrichtung erstreckende charakteristische Bearbeitungsstruktur aufweisen und durch mechanische Verfilzung sowie metallurgische Bindungen miteinander verbunden sind.
5. 5. Brennsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Bindemittelmatrix imprägniert ist.
6. 6. Verfahren zur Herstellung des Metallbrennsatzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) ein erstes Metall aus der Gruppe Hafnium, Yttrium, Wolfram, uran, Vanadium, Lanthan, Cer, Scandium, Tantal, Zirkonium, Niob und Titan in Pulverform mit einem als Matrix dienenden zweiten Material, das die bei der Kaltbearbeitung auftretenden Kräfte auf das erste Metall

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   überträgt und das Pulver hierbei in Fasern umwändeIt, zu einem homogenen Gemisch vermengt,

   b) das Gemisch zu einem Preßling verdichtet,

   c) den Preßling unter Druck zu einem längsgestreckten Element kalt verformt, so daß aus dem pulverförmigen ersten Metall ein locker verfilztes Faserbündel entsteht, wobei man die Kaltverformung bis zu einem Längenverhältnis der Fasern des ersten Metalls von mindestens 5:1 treibt, indem auch der Preßling zu einem längsgestreckten Element mit einem Längenverhältnis von mindestens 5:1 verformt wird,

   d) die aus dem zweiten Metall bestehende Matrixphase vom Faserbündel abtrennt,

   e) das erhaltene Faserbündel passiviert, um eine vorzeitige Entzündung der Fasern des ersten Metalls zu vermeiden, und

   f) das passivierte Faserbündel einer Verarbeitungsanlage . zuführt, wo es zu einzelnen Brennsätzen geschnitten wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die erhaltenen Brennsatz-Faserbündel in einzelne' Blitzlicht-"brennsätze auftrennt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die erhaltenen Brennsätze in verschiedener Orientierung zueinander wieder zusammenbündelt.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Faserorientierung innerhalb des Faserbündels abändert, ohne einen größeren Teil der Fasern des ersten Metalls aus dem Bündel abzutrennen.

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   ~²⁰~ 7339823
10. 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als erstes Metall Zirkonium und als zweites Material Kupfer jeweils in Pulverform verwendet.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Zirkoniumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von höchstens 1000 μ und mindestens 5 μ sowie Kupferpulver mit einer mittleren Teilchengröße von höchstens 44 μ verwendet.
12. 12. Verfahren nach Anspruch IO, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens 20 und höchstens 40 Volumenprozent Zirkonium im Zirkonium/Kupfer-Gemisch einsetzt.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

    man die Matrix durch Säurelaugerei entfernt und gleichzeitig die Faseroberfläche durch Ausbildung einer - Oxidschicht passiviert.⁴
14. 14. Verwendung der Metall-Brennsätze nach den Ansprüchen 1-5 zur Herstellung von Blitzlichtlampen.
15. 15. Blitzlichtlampe, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Glaskolben einen federartig zwischen den Kolbenwänden eingeklemmten Metallbrennsatz nach den Ansprüchen 1 bis 5 enthält.

    409808/0909

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