Die
Fabrikation und Eigenschaften
der
Metalldrahtlampen
Von
Dr. phil. N. L. MUller.
Mit 91 in den Text gedruckten Abbildungen.
Halle a. S.
Druck und Verlag von Wilhelm Knapp. 1914.
Meinen Eltern
gewidmet.
429964
Vorwort.
Ein Buch tiber die Fabrikation der Metalldrahtlampen entspricht dem Bedurfnis der Zeit. Eine gewaltige Industrie hat sich in dem letzten Jahrzehnt entwickelt; vom rein industriellen Slandpunkt betrachtet, ist sie sehr wichtig und von einer noch viel grofieren volkswirtschaftlichen Bedeutung.
Ausgelost durch die Osmiumlampe Auer von Welsbachs, des genialen Erfinders des Gasgliihlichtes , wurden in die Industrie der elektrischen Gluhlampen die modernsten Erfahrungen der Natur- wissenschaften und Technik hineingetragen, eine Unzahl von geist- reichen Erfindungen gemacht und die Popularisierung des elektrischen Lichtes durchgefuhrt.
Wohl wurde in einer Anzahl von Werken und Fachblattern iiber die Industrie der Metalldrahtlampen und deren Entwicklung berichtet, eine zusammenfassende Beschreibung dieser Industrie lag bis heute jedoch noch nicht vor. Diesen Mangel versucht nun das vorliegende Buch zu beheben.
Eine ungemein verstreute und umfangreiche Literatur wurde hier von dem Verfasser, der selbst jahrelang im Zentrum der modernen Gliihlampenindustrie tatig war, in kridscher Weise zusammengetragen und in leicht fafilicher Form dargestellt. Es soil damit alien jenen Interessenten, die sich uber die Entwicklung und den augenblicklichen Stand der Gluhlampenindustrie informieren wollen, gedient werden. Dem Laien durfte der populare Ton, dem Fachmann die sorgfaltige Berucksichtigung der Patentliteratur, sowie der Ausblicke der Industrie fur die Zukunft willkommen erscheinen. Die moglichst weiten Kreise fur die aufbluhende Industrie zum Wohl derselben zu interessieren, das ist der Zweck des Buches und Wunsch des Verfassers.
Dem Verfasser ware es nicht moglich gewesen, das vorliegende Buch zu schreiben, ohne die Hilfe, welche ihm gewahrt wurde von dem Generaldirektor der Westinghouse Metallfaden-Gluhlampenfabrik
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in Wien, Herrn Anton Lederer, durch freundlichste Uberlassung der Fachliteratur und Patentschrif ten , sowie durch die vielen Rat- schlage des hervorragenden Fachmannes. Hier sei dem ergebensten Dank dafiir Ausdruck verliehen.
Zu grofiem Dank ist auch der Verfasser mehreren Firmen fur die freundliche Uberlassung von Photographien, Klischees, Zeichnungen und Beschreibungen von Apparaten verpflichtet.
Wien, im Dezember 1913.
Der Verfasser.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Geschichtliches i
Die physikalischen Gesetze der Temperaturstrahlung ... 4
Das Stefan -Boltzmannsche Gesetz der Gesamtstrahlung .... 5
Das Energiemaximum der Strahlung ...,,.. 5
Der absolut schwarze Korper 6
Selektive Strahler 7
Ziele der Leuchttechnik vom Standpunkt der Strahlungstheorie . . 10
Die Metalldrahtlampen und ihre Fabrikationsmethoden . . n
Einleitung n
Die Tantallampe 12
Tantalerze 12
Darstellung und Eigenschaften des Tantalmetalls 13
Der Bau und Eigenschaften der Tantallampen 15
Die Osmiumlampe -...;; 19
Gewinnung des Osmiums . . . . . . . '-. •. . . . . . 19
Darstellung und Eigenschaften des Osmiummetalls 19
Auer von Welsbachs Verfahren zur Herstellung von Gluh-
faden aus Osmium ; . . . . . . . . . 20
Legierungsverfahren 20
Osmiumkohleverfahren 20
Oxydzusatzpatente . t . . . . . . . . 22
Bau und Eigenschaften der Osmiumlampen . . . , . „ . 24
Die Wolframlampen ; . • • • .*...... 27
Wolframerze . . \ . . v- . '. ". •- . -. ." . . . . . . *• . 27
Aufarbeitung der Wolframerze ..-.-.. . -. . . . . . . . 28
Wolframsaure . . . . . . . . '. . . •. -. ...... . 29
Darstellung des Wolframmetalls . •. . ....-..* ... . 30
Das Wolframmetall, seine physikalischen und chemischen Eigen- schaften . . . . . -. . . . . . . •. *. •* . . . . . . . 33
Das Molybdanmetall, seine Darstellung und Eigenschaften . . . 35
Verfahren zur Herstellung von Wolframleuchtkorpern 37
Das Substitutionsverfahren 37
Die Wolframspritzverfahren 40
Verfahren mit organischen Bindemitteln 40
Verfahren mit anorganischen Bindemitteln 48
Kolloidverfahren 48
Amalgam verfahren 50
Biegsame Faden nach dem Wolframspritzverfahren (Thorium-
dioxyverfahren 51
— VIII —
Seite
Formierautomate und Massenformierung fur das Wolf ramspritz-
verfahren 54
Die Wolframziehverfahren und die Darstellung streckbaren
Wolframs 57
Die Verfahren der Firma Siemens & Halske . 58
Die Verfahren der General Electric Company in Amerika . 62
Die Herstellung des duktilen Wolframs 64
Herstellung des Metallpulvers 64
Pressen und Vorsinterung der Wolframstabe ... 65
Sinterung der Wolframstabe . . 65
Die Hammermaschine und deren Anwendung ... 68
Das Ziehen des Wolframdrahtes 72
Die Patentfahigkeit des Wolframziehverfahrens der
G.E.C 81
Neue Verfahren zur Herstellung von bearbeitbarem Wolfram-
metall 86
Die Herstellung der Diamantziehsteine 90
Das Bohren der Diamanten 91
Das Polieren der Diamantdiisen 92
Die mechanischen Polierverfahren 92
Bau der Wolframlampen 96
Charakteristische Lampentypen . 98
Der Aufbau der Gliihlampen 102
Glasoperationen 103
Platin und Platinersatz fur Gluhlampenzwecke .... 105
Halterung der Leuchtkorper 108
Das Montieren der Leuchtkorper in
Die Wickelpatente 114
Das Einschmelzen 117
Das Entliiften der Lampen 118
Quecksilber- und Olpumpen 118
Die Molekularluftpumpe 119
Der Entliiftungsvorgang 125
Verfahren zur Verbesserung des Gluhlampenvakuums 128
Vakuumpriifung an fertigen Gluhlampen . . . . . 132
Photometrierung 132
Das Sockeln der Lampen 133
Das Verhalten der Wolframlampe beim Brennen 134
Der Wolframleuchtkorper 134
Strukturveranderung beim Brennen 135
Verfahren zur Verminderung der Strukturveranderung . 137
Zerstaubung 140
Das Gliihlampenvakuum . . . . . 141
Die elektrischen Erscheinungen im Gluhlampenvakuum . 142
Die Gasstrome 143
Der Edisoneffekt . . 145
Der positive Effekt . ..... 148
Die Fullungslampen . . . ... . . 151
Die Halbwatt- Wolframlampe mit Stickstoffiillung 155
Seite
Allgemeine Eigenschaften der Wolframlampen 160
Der Wolframdraht als Leuchtkorper 160
Temperatur bei verschiedenen Belastungen .... 161
Flachenhelle 161
Der positive Tem^eraturkoeffizient 162
Selbstregulierung bei Spannungsschwankungen, Zund-
strom . 164
Der spezifische Effektverbrauch und Nutzeffekt der Wolfram-
lampe 164
Die Lebensgeschichte der Wolframlampen 166
Die Konstante der Wolframlampen 169
Energieverluste in der Lampe durch Warmeleitung .... 172
Lichtfarbe und Lichtverteilung der Wolframlampen .... 174
Stofifestigkeit der Wolframlampen 178
Das Flimmern der Wolframlampen im W'echselstrom . . . 179
Die Wirtschaftlichkeit im Betrieb und Preis ... . . . 181
Geschichtliches.
Der Gedanke, den elektrischen Strom fur Beleuchtungszwecke zu verwenden, tauchte bereits mit der Erfindung des galvanischen Elementes von Volt a auf. Sehr bald machte man die Beobachtung, dafi durch geniigend starken Strom elektrische Leiter zum Gluhen gebracht werden konnen. Im Jahre 1801 zeigte Thenard, dafi man
Fig. i. Groves PlatindrahtglQhlampe.
Metalldrahte durch den galvanischen Strom zur hellen Glut bringen, ja sogar diese schmelzen und verdampfen kann. Der Erfinder des elektrischen Elementes , Grove, veroffentlicht die erste elektrische Platindrahtgltihlampe im Jahre 1840 (,,Phil. Mag.", third series, Bd. 27, S. 442). Aus der Fig. i kann man leicht die einfache Konstruktion der Lampe ersehen. Fast zur gleichen Zeit, im Jahre 1841, meldet Frederic de Moleyn eine Platindrahtgliihlampe zum Patent an. Die Lampe, Fig. 2, erscheint schon hier in einer recht kompendiosen Form. Eine Platindrahtspirale L wird durch den elektrischen Strom in einer Glasglocke M zum Gluhen gebracht. Im oberen Teil der Lampe befindet sich ein mit Kohle oder Graphitpulver gefiilltes Rohr, welches unten eine feine Oeffnung besitzt, die ein langsames Aus- stromen des Pulvers langs des gltihenden Drahtes gestattet. Da- Ma lie r, Metalldrahtlampen. I
rt
durch sell ^stiKJhVd^S/piilv^r/in Olut geraten, verbrennen, und die Lichtstafke der "LampeVefgrOfi'ern. Eine ganze Reihe von Erfindern beschaftigt sich noch mit der Platindrahtlampe. 1845 schlagen A. King und I. W. Starr, nach vergeblichen Versuchen mit einer Platiniridiumlampe , eine Kohlenfadenlampe vor. Im Jahre 1848 er- findet I. W. Staite eine Iridiumdrahtlampe (Staite, engl. Pat. 12212, 1848). Die Hauptarbeit, welche Staite hier zu bewaltigen hatte, war nichts Geringeres, als das Iridium in mechanisch bearbeitbare, duktile Form zu bringen. Heute noch bereitet dieses Metall infolge seiner Brtichigkeit bei seiner Bearbeitung grofie Schwierigkeiten. Staite unterwirft nun dieses Metall einer langeren Bearbeitung in der Hitze, er walzt und hammert es bei Weifiglut so lange, bis das Metall durch die Behandlung hinreichend weich und duktil geworden ist fiir die nachfolgende mechanische Formgebung bei gewohnlicher Temperatur. Historisch ist diese Erfindung schon deshalb sehr interessant, als gerade das wichtigste Wolframduktilisierungspatent der General Electric Company in Amerika, welches in der letzten Zeit eine Umwalzung in der Wolframlampenfabrikation hervorgerufen hat, im wesentlichen denselben Gedanken enthalt.
Im Jahre 1858 fuhrt de Changy Versuche mit einer Platin- drahtlampe aus (V. Jobard, Comptes rendus de 1' Academic des sciences, Februar 1858) und findet, dafi der Draht viel besser die Glut vertragt, wenn derselbe beim Auspumpen der Lampe nur lang- sam auf die voile Glut gebracht wird. 20 Jahre spater hat Edison bei seinen Versuchen dieselbe Beobachtung gemacht. Auch er fand, dafi ein gew5hnlicher Platindraht in einer Lampe beim Gliihen viel leichter zerstaubt, schmilzt und bruchig wird, als ein Draht, der im hohen Vakuum bei allmahlicher Steigerung seiner Temperatur ganz- lich entgast wurde. Diese Beobachtung teilt Edison im Jahre 1878 in einem Patente mit (amerik. Pat. 214636, 1878), und diesem folgen auch andere Patente (franz. Pat. 5306, 1878; franz. Pat. 2402, 1879; amerik. Pat. 227229, 1880), in welchen sich der Erfinder einen mit Oxyden von Kalzium, Magnesium, Zirkon und Cer iiberzogenen Platiniridiumdraht als GluhkOrper fur elektrische Gluhlampen schutzt, sowie eine Anordnung, bei welcher ein hochfeuerfestes Oxyd in Stabchenform, von einem Platindraht spiralformig umgeben, zur Glut gebracht wird. Schliefilich weicht das Platin und Iridium vor dem Kohlenstoff, der sich als Leuchtkorper doch vorteilhafter erweist als diese Metalle. Zu dieser Ansicht kamen auch fruher oder spater fast alle fruher genannten Erfinder. Erst aber als Edison selbst, nach Durchfuhrung seiner eingehenden und sorgfaltigen Versuche,,
sich auch davon uberzeugt hatte und die Ausarbeitung einer brauch- baren Kohlenfadenlampe in seine geschickte Hand nahm, loste die Kohlenfadenlampe die Metalldrahtlampe endgiiltig ab und feierte den Triumph fast zwei Jahrzehnte. In dieser Zeit erfuhr die Kohlen- fadenlampe wesentliche Verbesserungen und erreichte einen Grad von Vervollkommnung, der erst durch ganzlich neue Erfindungen Qbertroffen werden konnte.
Der erste Streich, der gegen die alleinherrschende Kohlen- fadenlampe ausgefuhrt wurde, kam mit der Erfindung der Nernst- lampe. Professor Nernst stellte fest, dafi verschiedene Oxyde in der Hitze eine betrachtliche Leitfahigkeit besitzen. Es gelang ihm auch, entsprechende Mischungen aus hochfeuerfesten Oxyden, wie Thorium-, Cer-, Zirkon-, Yttrium- und Erbiumoxyd herzustellen, vvelche diese Eigenschaft besafien und eine Temperatur von 1800 bis 1900 ° C vertrugen. Die Nernstlampe verbrauchte bei einer Nutz- brenndauer von etwa 400 Stunden 1,8 bis 2,0 Watt pro Hefnerkerze. Trotz der recht grofien Empfindlichkeit der Lampe und des ver- haltnismafiig hohen Preises erstand in dieser der Kohlenfadenlampe eine gefahrliche Konkurrentin. Vor allem aber durchbrach dieser Erfolg die durch Jahrzehnte hindurch bereits eingebiirgerte Ansicht, dafi die Kohle als Material fur Gluhlampen uniibertrefflich sei. Das Problem der Schaffung einer Gluhlampe mit geringem Energie- verbrauch wurde damit von neuem aktuell, und nun folgen, von Auer eingeleitet, in schneller Reihenfolge Erfindungen auf Erfin- dungen, die die Gliihlampenindustrie in wenigen Jahren vollstandig revolutionisiert haben.
1898 erhalt Auer von Welsbach ein Patent fiir eine Osmiumlampe, in welchem er eine ganze Reihe von Methoden angibt, nach denen man sprode und hochschmelzende Metalle zu diinnen Faden gestalten kann. Es beginnt die Suche nach hoch- schmelzenden Metallen. 1903 stellt Werner vonBolton das duktile Tantal her, welches die Firma Siemens & Halske fur die Fabri- kation der Tantallampe in Verwendung nimmt. Just und Han am an melden am 15. April 1903 in Deutschland ein Verfahren zur Her- stellung von Wolframfaden fur Gliihlampenzwecke an. Von nun an ubernimmt das Wolfram als Leuchtkorpermaterial die Fiihrung, und es scheint, daB es diese fur lange Zeit behalten wird, da es schein- bar das schwerstschmelzbare Metall ist. Eine sehr grofie Zahl von Erfindungen, welche die Darstellung von Wolframfaden fur Gliih- lampenzwecke betreffen, wird zum Patent angemeldet. Das Osmium- verfahren von Auer wird von der Deutschen Gasgltihlicht-Akt.-Ges.
auf das Wolfram ubertragen. Dr. Hans Kuzel erfindet die Wolfram- kolloidlampe. Die Firma Siemens & Halske sieht in ihren Patenten alle Moglichkeiten voraus, nach denen sich Wolfram auf dem ein- fachen Wege des Walzens und Ziehens auf Draht verarbeiten lassen konnte. Eine Zeitlang erlangt das Nickelwolframziehverfahren dieser Firma grofiere Bedeutung. Es zeigte sich namlich, dafi Wolfram mit etwa 8 °/0 Nickel eine zahe, duktile Legierung bildet. aus welcher durch Ziehen die feinsten Drahte hergestellt werden konnten. Durch einfaches Gluhen des Drahtes im Vakuum liefi sich das Nickel aus der Legierung ganzlich verjagen, und es blieb ein reiner Wolfram- draht zurtick. Dieser Erfolg der Firma Siemens & Halske machte das Problem der Wolframduktilisierung aktuell, es wurde der seit langem vorgeschlagene Weg, das Wolframmetall in der Warme zu walzen und ziehen, von der General Electric Company betreten. Bei diesen Versuchen fand man, dafi das sonst sprode Wolfram durch die Warmbehandlung schliefilich auch bei gewohnlicher Temperatur biegsam und duktil wird. Die Entdeckung dieser Tatsache brachte es mit sich, dafi die Wolframlampenfabrikation ganzlich umgestaltet wurde. Der der Wolframlampe noch einzig gemachte Vorwurf der Zerbrechlichkeit ist auch damit hinfallig geworden, da der Wolfram- draht gegen Stofie noch um vieles widerstandsfahiger ist als der Kohlenfaden. Durch die grofie Vereinfachung der Fabrikation trat auch eine wesentliche Verbilligung der Lampen ein, alles in allem, man gewinnt jetzt den Eindruck, trotz der vielen Ueberraschungen, die man auf dem Gebiete der Gluhlampen in letzter Zeit erlebt hat, dafi diese Metalldrahtlampe fur langere Zeit wohl ihre gegenwartige Form behalten wird.
Die physikalischen Gesetze der Temperaturstrahlung.
Die Wolframlampe gestattet uns, die Umwandlung elektrischer Energie in Licht mit viel groSerem Nutzeffekt durchzufuhren, als es bisher mit den Kohlenfadenlampen moglich war. Wahrend die Wolframlampe 0,8 bis 1,1 Watt elektrischer Energie fur eine aus- gestrahlte Hefnerkerze verbraucht, braucht die beste Kohlenfaden- lampe fur i HK. 2,5 Watt. Dies lafit sich leicht erklaren mit Hilfe der physikalischen Gesetze der Temperaturstrahlung, deren Kenntnis unbedingt erforderlich ist, will man das Wesen der Metall- drahtlampen und die Ursachen ihrer Vorzuge klar begreifen. Die Kennfnis der Gesetze ist aber vor allem deshalb wichtig, weil sie erlaubt vorauszusehen , welche Wege zur weiteren Vervollkomm- nung der elektrischen Gluhlampen beschritten werden mussen. (Das
5
vortreffliche Buch: Die Ziele der Leuchttechnik, von Prof. Dr. Otto Lummer, soil bei dieser Gelegenheit warmstens empfohlen werden.) Die Gluhlampe ist eine Vorrichtung, mit welcher wir elektrische Energie in Licht umwandeln. Der durch elektrischen Strom auf hohe Glut erhitzte Gluhkorper sendet Licht und unsichtbare Warme- strahlen aus, in einem Verhaltnis, welches durch die Gesetze der Temperaturstrahlung genau definiert ist. Das Verhaltnis der sicht- baren Lichtstrahlen zu den unsichtbaren Warmestrahlen ist besonders wichtig und fur den Nutzeffekt, mit welchem die Gluhkorper die elektrische Energie in Licht umwandeln, ausschlaggebend , da die Aussendung von Warmestrahlen einen Energieverlust bedeutet. Nun geben uns die Gesetze der Temperaturstrahlung die Faktoren an, von welchen das Verhaltnis der sichtbaren Strahlung zur unsicht- baren abhangt. Das Stefan-Boltzmannsche Gesetz besagt, dafi die von einem ,,schwarzen" Korper ausgestrahlte gesamte Energie - die Gesamtstrahlung - - proportional ist der vierten Potenz der absoluten Temperatur. Steigt also z. B. die absolute Temperatur eines Korpers im Verhaltnis von 1:2, so wachst die Gesamtstrahlung dieses Korpers auf den 24ten, also den i6fachen Betrag. Das Wort Gesamtstrahlung bedeutet sowohl die sichtbare wie unsichtbare Strahlung, die ein gluhender Korper aussendet; wurde das Verhaltnis der sichtbaren zu unsichtbaren Strahlen bei alien Temperaturen das gleiche bleiben, so wurde eine Temperaturerhohung in unserem Falle fur den Nutzeffekt ohne jede Bedeutung sein. Aus der Er- fahrung wissen wir aber, daB, je holier ein Gluhkorper erhitzt wird, um so grofier wird auch der Nutzeffekt der Umwandlung von Elektri- zitat in Licht. Diese Tatsache ist leicht zu erklaren. Wir wissen, dafi bei tiefer Glut die festen Korper hauptsachlich rote Strahlen, bei hoherer gelbes, bei der hochsten Temperatur weifies Licht aus- senden; Es besteht also bei gliihenden festen Korpern die Tendenz, mit steigender Temperatur immer kurzwelligere Strahlen auszusenden. Die Aussendung der einzelnen Strahlenarten nimmt nicht mit steigender Temperatur im gleichen MaBe zu, sondern die Intensitat der kurzeren Wellen nimmt schneller zu als die Intensitat der langeren WTellen. Das Energiemaximum der Strahlung bewegt sich mit steigender Temperatur von den langeren zu den kurzeren Wellen. Je h5her die Temperatur T des gliihenden Korpers ist, um so kleiner ist die Wellenlange ).m, bei welcher sich das Energiemaximum der Strahlung befindet. In einer Formel ausgedruckt, lautet das Gesetz
;„ m = — const. , oder A m T = const. ; die Wellenlange der maxi-
malen Energie ist umgekehrt proportional der absoluten Temperatur. Durch Messungen wurde die Gr6fie der Konstante zu 2940 ermittelt. Finden wir z. B., dafi ein gluhender KSrper im Gebiete der Wellen- lange 1,78^ (^ — 0,001 mm) das Maximum an Energie aussendet, so ergibt sich aus der Formel die absolute Temperatur dieses
Korpers zu - — = 1651,6°. Gleichzeitig sehen wir aus diesem 1,78
Beispiel, dafi bei der Temperatur von 1651,6° abs., also 1378 ° C, das Maximum der ausgestrahlten Energie noch immer im Gebiete der unsichtbaren Warmestrahlen liegt (1,78 ^), da die sichtbaren Strahlen sich nur von 0,8 bis 0,4 ^ erstrecken. Mit Hilfe der Formel k5nnen wir auch berechnen, auf welche Temperatur ein Korper erhitzt werden mufite, damit er in derjenigen Wellensorte das Maxi- mum an Energie ausstrahlt, fur welche unser Auge am empfindlichsten
ist (Wellenlange 0,5^). Wir finden dann T = - = 5880° abs.,
) O
oder 5647 ° C. Da die Messungen im Sonnenspektrum fur die Lage des Energiemaximums km — 0,5 /m ergeben haben, so durfte die berechnete Temperatur auch ungefahr die Temperatur der Sonne sein. Ein Gesetz der Temperaturstrahlung belehrt uns auch uber den absoluten Anstieg des Energiemaximums. Em mit der Tempe- ratur. Es lautet: Die maximale Energie ist proportional der funften Potenz der absoluten Temperatur. Em T—$ = const.
Diese Gesetze gelten genau nur fur den absolut ,,schwarzen" Korper. Der Begriff des absolut ,,schwarzen" Korpers ist von Kirch- hoff formuliert. Es ist nach seiner Definition derjenige Korper, ,,welcher alle Strahlen, die auf ihn fallen, vollkommen absorbiert, also Strahlen weder reflektiert noch hindurchlafit". Das Kirch- hoffsche Gesetz von der Absorption und Emission des Lichtes besagt nun, dafi ein Korper bei jeder Temperatur vorzugsweise diejenigen Wellensorten aussendet (emittiert), welche er bei der gleichen Tem- peratur verschluckt (absorbiert). Der absolut ,,schwarze" Korper besitzt demnach das Maximum an Emissionsvermogen fiir alle Strahlenarten, da er fur alle Strahlenarten das Maximum an Absorp- tionsvermogen besitzt. Bei jeder Temperatur wird somit ein absolut schwarzer Korper immer heller leuchten als jeder andere bei der gleichen Temperatur. Man kann sich davon leicht uberzeugen, wenn man einen mit Eisengallustinte beschriebenen Porzellanscherben erhitzt. Durch das Gluhen wird die Tinte zersetzt, es verbleiben jedoch die Schriftzuge, welche aus Eisenoxyd bestehen. Das Eisen- oxyd ist nun ein viel schwarzerer Strahler als das Porzellan, und
es leuchten auch beim Erhitzen des Scherbens die Schriftzuge viel heller als der Hintergrund. Trotz dieser Tatsachen ware es nicht vorteilhaft, einen moglichst schwarzen Korper als Gluhkorper.zu ver- wenden, da der absolut schwarze Korper auch im Gebiete der unsicht- baren Warmestrahlen viel mehr Energie ausstrahlt als alle anderen Kftrper. Das Verhaltnis der langwelligen (unsichtbaren) Strahlen zu den kurzwelligen (Lichtstrahlen) bildet beim absolut ^schwarzen" K6rper ein Maximum, weshalb ein solcher Strahler fur die Licht- erzeugung moglichst unokonomisch ist, da gerade dieser Korper besonders viel Energie in Form von nutzlosen Warmestrahlen aus- strahlt.
Zur Lichterzeugung sind diejenigen ,,selektiven" Strahler am geeignetsten , welche im Verhaltnis zur ausgestrahlten Lichtenergie ein Minimum an Energie im Gebiete der Warmestrahlen aussenden. Wahrend nun der Kohlenstoff einem ideal schwarzen Strahler am ahnlichsten ist, sind die Metalle viel mehr selektive Strahler, also schon aus dem Grunde fur die Lichterzeugung viel gunstiger. Als ein ideal selektiver Korper fur die Lichterzeugung ware derjenige zu bezeichnen, der ausschliefilich Lichtstrahlen aussendet. Leider stehen die Metalle als Strahler dem schwarzen Korper viel naher als dem ideal selektiven Strahler. Der weitaus grofite Teil der aus- gestrahlten Energie geht auch bei den Metallen in Form von Warme- strahlen verloren. Aus den angefuhrten Diagrammen Fig. 3 u. 4 kann man am besten die soeben besprochenen Verhaltnisse studieren. Die Fig. 3 gibt das Strahlungsvermogen eines absolut schwarzen Korpers wieder. Die aus erhitzten Hohlraumen ausgehende Strahlung ist der Strahlung eines absolut „ schwarzen" Korpers sehr ahnlich, weshalb es uns leicht fallt, trotzdem es in der Natur uberhaupt keinen idealen, absolut „ schwarzen" Korper gibt, die Strahlungs- verhaltnisse eines absolut „ schwarzen" Korpers zu studieren. Fig. 4 gibt das Strahlungsvermogen des blanken Platins wieder. In beiden Fallen wurden die aus den jeweils verschieden hoch erhitzten Korpern ausgesendeten Strahlen vermittelst eines Prismas oder Gitters in ein Spektrum zerlegt und die einzelnen Spektralbezirke mit einem empfind- lichen Bolometer auf die mitgefiihrte Energie untersucht. In einem rechtwinkligen Koordinatensystem sind die gefundenen Energiewerte als Ordinaten aufgetragen, wahrend die dazugehorigen Abszissen die Wellenlangen der jeweils gemessenen Strahlen bedeutet. Jede Kurve gibt nun die Strahlungsverhaltnisse des bei einer bestimmten Tem- peratur untersuchten Strahlers wieder. Die Flache, welche zwischen einer solchen Kurve und der Abszissenachse eingeschlossen ist, stellt
die Gesamtstrahlung dar. Wir sehen aus den Figuren, wie die Gesamtstrahlung mit der Temperatur wachst. Wahrend aber bei dem absolut ,,schwarzen" Korper, genau nach dem Stefan-Boltz-
mannschen Gesetz, die
Gesamtstrahlung der . vierten Potenz der ab-
Schwarzer
Korper.
soluten Temperatur pro- portional ist, ist beim blanken Platin die Ge- samtstrahlung derfunf- ten Potenz der absoluten Temperatur proportio- nal. Das Wandern des Energiemaximums von den langeren Wellen zu den kurzeren mit steigender Temperatur lafit sich sehr gut be- obachten. Wir sehen aus den Fig. 3 u. 4, daft das Energiemaximum, sogar bei recht hohen
Temperaturen , sich noch immer im Ge- biete der unsichtbaren Strahlen befindet. Die punktierten Linien tren- nen das enge Gebiet der Lichtstrahlen von den unsichtbaren ultra- violetten und ultraroten Strahlen. Der weitaus grofite Betrag der Ge- samtstrahlung liegt im Gebiete der unsicht- baren Warmestrahlen. Denken wir uns die Kurven nach links gegen den Nullpunkt des Koordinatensystems zu fortgesetzt, so bedeuten die kleinen Flachen, welche von den Kurvenstiicken zwischen 0,8 bis 0,4 und der Abszissenachse jeweils abgegrenzt werden, den Energieanteil der sichtbaren Strahlung. Bolometrisch laftt sich diese Energie kaum feststellen. Durch Helligkeitsmessungen lafit sich der Anstieg der
als Licht empfundenen Energie mit der Temperatur bestimmen. Man findet, dafi die Helligkeit mit der Temperatur aufierordentlich rasch zunimmt. Nach den Untersuchungen von O. Lummer und F. Kurl- baum (,,Verhandl. d. Deutsch. Phys. Ges.", Bd. 2, S. 89 bis 92) nimmt die Gesamthelligkeit bei 900 °
Ef 130
abs. mit der 30. Potenz und
bei 1900 ° abs. immer noch mit der 14. Potenz der ab-
soluten Temperatur zu. 120 Durch Berechnungen konnte ermittelt werden , dafi ein * ' " Korper bei 4000 ° abs. rund 4000 mal mehr Licht pro
Flacheneinheit aussenden wiirde als bei 2000 ° abs. Nach Lummer ubertrifft die Sonne, welche ungefahr die Temperatur von 6000 ° abs. besitzt, den Gliihkorper einer Kohlenfadenlampe an Hellig- keit pro Flacheneinheit um das 600 ooof ache!
Die Strahlungsgesetze schreiben also vor, dafi i. der Leuchtkorper moglichst hoch erhitzt wird, 2. sich moglichst von dem schwarzen Korper unterscheidet. Die Folge der ersten Bedingung ist, dafi in den Gluhlampen die Leucht- korper so hoch als moglich belastet werden. Da der Leuchtkorper aus praktischen
Griinden auch moglichst hohe Lebensdauer besitzen soil, so darf er bei der Belastung, welcher er ausgesetzt wird, nicht wesentlich verdampfen und zerstauben. Die Zerstaubung des Leuchtkorpers bedingt nicht nur die Verkiirzung der Lebensdauer der Lampe, sondern auch eine Verringerung des Nutzeffektes infolge der Bildung des Beschlages an den Wanden der Lampenglocke. Es wird somit derjenige Leucht- korper fur Gliihlampenzwecke der geeignetste sein, welcher die hochste Belastung aushalt, ohne dabei wesentlich zu verdampfen.
100 -
90 -
80 -
70 -
60 -
50 -
30 -
20 -
10 -
Blankes Plahn.
Fig. 4.
IO
Die modernen Gluhlampen verdanken ihre grofiere Okonomie gegen- •Qber den Kohlenfadenlampen vor allem diesem Umstande, dafi die Metalle, wie Tantal, Osmium und Wolfram, welche in den modernen Gluhlampen verwendet werden, bei gleicher Nutzbrenndauer viel hoher erhitzt werden durfen als die Kohlenfaden. In den modernsten Wolframgliihlampen, welche mit einem Nutzeffekt von 0,8 Watt/HK. brennen, wird der Wolframdraht auf eine Glut von rund 2400 ° C gebracht, wobei die Nutzbrenndauer uber 1000 Stunden betragt. Demgegeniiber vertragen die Kohlenfaden in den besten Kohlen- fadenlampen hochstens die Temperatur von 2000 ° C bei einer Nutz- brenndauer von etwa 500 Stunden. Auch die zweite Forderung der Strahlungsgesetze , dafi der Leuchtkorper sich moglichst viel von dem ,,schwarzen" Korper als Strahler unterscheidet, wird von den Metallen in wesentlich h5herem Mafie erfullt als von der Kohle, deren Strahlungsvermogen dem des absolut ,,schwarzen" Strahlers am nachsten steht. Die Aufgabe des Lichttechnikers ist, nach Mate- rialien zu suchen, welche moglichst hohe Temperaturen vertragen, ohne dabei zu zerstauben oder zu schmelzen. Wohl hat der Kohlen- stoff von alien bisher bekannten Materialien den hochsten Schmelz- punkt. Infolge seiner grofien Neigung zur Zerstaubung ist jedoch seiner Beanspruchung in der Lampe eine weit unter dem Schmelz- punkt liegende Temperatur als Grenze vorgesteckt. Es ist bisher nicht gelungen, Kohlenfaden einer Temperatur von iiber 2000 ° C, bei befriedigender Nutzbrenndauer, auszusetzen, wahrend die Metalle wie Osmium, Tantal und Wolfram, welche wesentlich defer schmelzen als die Kohle, die Belastung von iiber 2000 ° C ohne wesentliche Zerstaubung leicht vertragen. Es ist nicht unmoglich, dafi einst noch die Kohle dem Wolfram seinen ersten Platz als Leuchtkorper streitig machen wird. Es mufiten nur die Ursachen der starken Zerstaubung der Kohle ermittelt und Anordnungen getroffen werden, welche die Zerstaubung verhindern oder deren Wirkung aufheben. Viele Beobachtungen deuten darauf hin, dafi die Losung der Problems nicht ausgeschlossen ist. Die Einfuhrung der sogen. metallisierten Kohlenfaden bedeutet in dieser Richtung einen wesentlichen Schritt nach vorwarts. Naturlich fehlt es auch bei den Metalldrahtlampen, speziell der Wolframlampe, nicht an Bestrebungen, die Zerstaubung der Leuchtkorper zu verlangsamen oder die Schwarzung der Glasglocke zu verhindern. Auch durch die Auffindung von Leuchtk6rpern mit gimstigstem selektiven Strahlungsvermogen durften sich noch wesent- liche Fortschritte in der Leuchttechnik erzielen lassen. Wohl bedeutet das selektive Strahlungsvermogen der Metalle gegenuber der Kohle
— II —
einen erheblichen Fortschritt. Das StrahlungsvermSgen der Metalle ist aber auch nicht sehr verschieden von dem des absolut schwarzen Korpers. Es fehlte nicht an Versuchen, das Strahlungsvermogen der metallischen Leuchtkorper durch Auftragung selektiv strahlender Oxyde gtinstiger zu gestalten. Die Versuche sch einen vor allem an der Fliichtigkeit der verwendeten Oxyde gescheitert zu sein. Mehr Erfolg auf dem Gebiete der selektiven Strahlung scheinen die Gaslampen, die sogen. Lumineszenzlampen zu versprechen. Die Erfolge, welche man bisher mit dem Moorelicht, Neon-, Quecksilber- und neuerdings mit der Quecksilberkadmiumlampe erzielt hat, sind sehr bedeutend und vielversprechend. Das von diesen Lampen entwickelte Licht ist aber sehr stark vom Sonnenlicht verschieden und in vielen Fallen fur das menschliche Auge auf die Dauer unertraglich. Die Queck- silberkadmiumlampe scheint hier einen grofien Fortschritt zu bedeuten, doch diirfte sie nur fur sehr grofie Lichtstarken, etwa als Ersatz fur Bogenlampen, in Betracht kommen. Bei den mannigfachen Vorziigen der modernen Wolframlampe ist es deshalb kaum zu erwarten, dafi ihr so bald von seiten der Lumineszenzlampe eine ernste Konkurrentin erstehen konnte.
Die Metalldrahtlampen und ihre Fabrikations-
methoden.
Die ersten Vorganger der Metalldrahtlampen waren die im geschichtlichen Teil des Buches erwahnten Platin- und Iridiumlampen. Die Tatsache, dafi diese Metalldrahtlampen vor der Kohlenfaden- lampe vorgeschlagen wurden, beweist, dafi die Verwendung schwer schmelzbarer Metalle fiir Leuchtkorper naheliegender war als die Verwendung von Gluhkorpern aus Kohle. Lediglich der Umstand, daB seinerzeit nur Platin und Iridium, denen man damals den hochsten Schmelzpunkt zugeschrieben hat, fiir Gltihlampenzwecke in Betracht gezogen wurden, hat der Kohlenfadenlampe zu ihrem Siege verholfen. Fast 20 Jahre hindurch behielt die Kohlenfadenlampe unbestritten deri ersten Platz.
Edison hat bei der Einfuhrung der Kohlenfadenlampe mit grofier Sicherheit behauptet, dafi die Kohle das geeignetste Material fur Gliihlampenzwecke sei, und versicherte (1883), dafi er alle in Betracht kommenden, schwer schmelzbaren Materialien durchgepriift hat, bevor er zu diesem Resultat gekommen sei. Obendrein haben die Untersuchungen von M o i s s a n iiber die hochschmelzenden Metalle fiir alle Metalle einen viel zu tiefen Schmelzpunkt ergeben,
T2
da die meisten in nicht geniigend reinem Zustand von dem Forscher untersucht wurden. Diese Tatsachen waren wenig geeignet, Erfindern die Hoffnung zu geben, ein fur Gluhlampenzwecke besser geeignetes Material als die Kohle zu finden. Erst die Erfindung der Nernst- lampe spornte die Erfinder zur ernsten Suche nach schwer schmelz- baren Metallen an. Aus Tradition lenkte Auer von Wei s bach seine Aufmerksamkeit zuerst der Platingruppe zu. Das Osmium, welches die unangenehme Eigenschaft der leichten Oxydierbarkeit besitzt, war aus diesem Grunde damals noch wenig untersucht. Dieses Me tall nahm nun Auer vor und entdeckte dessen vorzug- liche Eigenschaften fur Gliihlampenzwecke. Nach dieser Erfindung erstand eine wahre Sturmflut von Patenten, so dafi heute fast gar kein Metall mehr oder eine Legierung von halbwegs hohem Schmelz- punkt bekannt ist, welche nicht fur Gliihkorperzwecke vorgeschlagen worden ware. Von all den Vorschlagen haben nur zwei Metalle, das Tantal und Wolfram, Bedeutung erlangt. Die Fabrikation der Osmiumlampen erreichte im Jahre 1905, bald nach dem Erscheinen der Wolframlampe, ihr Ende, wahrend die Tantallampe, trotz des geringeren Nutzeffektes beim Brennen, neben der Wolframlampe so lange gut bestehen konnte, bis die Duktilisierung des Wolframs erfolgte. Der Verfasser hatte ursprunglich die Absicht, nur iiber die Fabrikation der Wolframlampen zu schreiben. Es erschien aber ratsamer, der Beschreibung der Wolframlampenfabrikation , zum besseren Verstandnis ihrer Entwicklung, eine kurze Beschreibung der Fabrikation der Tantallampen und Osmiumlampen anzugliedern.
Die Tantallampe.
Das Tantalmetall , aus welchem die Leuchtkorper der Tantal- lampen bestehen, wird aus Mineralien, wie Columbit, Tantalit, Yttrotantalit, Branzilit, Niobit u. v. a., gewonnen, welche, zwar sehr allgemein verbreitet, nur in geringen Mengen vorkommen. Die wichtigsten Lagerstatten befinden sich in Amerika und Australien. In Europa befinden sich die grofiten Lagerstatten in Skandinavien, in geringeren Mengen findet man die Tantalerze aber auch im Ural, in Bayern und Italien. Die australischen Tantalerze, Tantalite, besitzen den Hochstgehalt an Tantalsaure von 50 bis 70 °/0. Es sind dunkelgraue Gesteine von hohem spezifischen Gewicht. Die amerikanischen Tantalerze, Columbite genannt, besitzen einen Tantal- sauregehalt von 10 bis 70 °/0 und sind wesentlich dunkler gefarbt als die australischen Tantalerze. Als standiger Begleiter des Tantals in den Mineralien tritt das Niob auf. Die in der Natur vorkommenden
Verbindungen dieser Elemente sind Salze ihrer Sauren vom Typus Mu (7flO3)2, M\\ (NbOB}2, wobei als Mn hauptsachlich Eisen, Mangan, Kalzium, sehr oft aber Yttrium, Thorium, Lanthan, Cer und Uran die Rolle der Basis spielen. Auf recht umstandlichem Wege wird nun aus diesen Mineralien das reine Ta2Or^ dargestellt, welches als Ausgangsmaterial fur die Herstellung des Metalles benutzt wird. Das Metall lafit sich in reinem Zustande herstellen nach den Methoden von Werner von Bolton, dessen Verfahren von Siemens & Halske patentiert wurde [Werner von Bolton, ,,Z. f. Elektroch.", Bd. n, S. 45 bis 51 und 722 (1905), und Siemens & Halske, A.-G., D. R. P. 152848 (1903), 152870 (1903), 153826 (1903)]. Werner von Bolton gibt zwei Verfahren an, nach welchen man zu reinem Tantal gelangen kann:
i. Das reine Tantalpentoxyd wird mit Zusatz von wenig Paraffin zu Stabchen geformt, welche durch Gluhen in Kohle- pulver in Tantaltetroxyd umgewandelt werden. Die auf diese Weise erhaltenen Stabchen aus Tantaltetroxyd leiten gut den elek- trischen Strom. Sie werden nun mit starkem Wechselstrom im Vakuum auf hohe Glut gebracht, in welcher das Tantaltetroxyd in Metall und Sauerstoff zerfallt. Der Sauerstoff wird durch Evakuieren dauernd abgefuhrt, so dafi schliefilich nach geniigend langer Erhitzung ein Stabchen aus ganz reinem duktilen Tantal resultiert. Bei dem Vorgange des Erhitzens bemerkt man an der Oberflache des Stabchens viele aufierst helle Punkte, welche immer grofier werden, bis der ganze Korper gleichmafiig gliiht. von Bolton nannte diesen Vorgang ,,schwingende Elektrolyse" , weil er glaubte, dafi die gluhenden Punkte im Wechselstrom bald zur Kathode, bald zur Anode werden und dafi durch solchen ,,schwingenden" Elektrolysevorgang der Zerfall in Metall und Sauerstoff bewirkt wird. Es ist jedoch wahrscheinlich, dafi der Zerfall ein rein thermischer Vorgang ist. Dieses kann man aus folgenden Tatsachen schliefien : In einer Atmosphare von Sauer- stoff verbrennt ein weiBgliihender Tantaldraht nicht, wenn der Druck 20 mm Hg betragt. Die Zersetzungsspannung von Tantalox)Tden ist demnach so hoch, dafi jedes aus Tantaloxyden bestehende Gebilde bei Weifiglut im Sauerstoff unterhalb 20 mm Hg in reines Metall und Sauerstoff zerfallen mufi. Die Tatsache, dafi Tantaltetroxyd- stabchen, mit Gleichstrom erhitzt, sich nicht reduzieren liefien, scheint andererseits fur die Ansicht von von Bolton zu sprechen, dafi der Reduktionsprozefi doch, zum Teil wenigstens, ein Vorgang elektro- lytischer Natur sein konnte. Die Uberpriifung der Aiigaben erscheint jedenfalls sehr wunschenswert.
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2. Fur die Darstellung grofierer Mengen reinen Tantalmetalls schlagt von Bolton das Schmelzen von Tantalpulver im elektrischen Vakuumlichtbogen vor. Das Tantalpulver wird nach Berzelius aus Tantalkaliumfluorid und Natriummetall hergestellt. Die Re- duktion des Tantalkaliumfluorids mit Natrium geht glatt vor sich, und das auf diesem Wege erhaltene Metall stellt ein grauschwarzes Pulver vor. Dieses Pulver wird zu einem Stabchen gepreBt, durch Erhitzung im Vakuum zuerst vorgesintert und schliefilich als Anode im Vakuum der Wirkung des elektrischen Lichtbogens ausgesetzt. Durch die hohe Glut des Lichtbogens schmilzt die Tantalanode zu einem Metallklumpen zusammen und gerat ins Sieden. Bei diesem Vorgang, welcher sich bei etwa 3000 ° C abspielt, werden alle absorbierten Case (hauptsachlich Wasserstoff, Sauerstoff und Stick- stoff) und sonstigen Verunreinigungen aus dem Metall entfernt und es bleibt ein sehr reines Metall zuriick. 1st der Raffinierprozefi voll- standig durchgefuhrt, so lafit sich das Metall in der Kalte leicht bearbeiten und zu Drahten von dimnstem Durchmesser ausziehen. Verhaltnismafiig dicke Stabe lassen sich in einem Zuge, ohne Aus- gluhen, zu feinstem Draht ausziehen. Es gibt kaum ein anderes Metall, welches eine ahnlich grofie Zahigkeit und Widerstandsfahig- keit gegen mechanische Uberanstrengung zeigen konnte.
Die physikalischen Eigenschaften des Tantals.
Der Schmelzpunkt des Tantals liegt nach den Messungen von von Pirani und Meyer bei 2850 ° C + 40. Der hohe Schmelz- punkt des Metalls erklart die Brauchbarkeit dieses Materiales fur Gluhlampenzwecke. Das spezifische Gewicht des zu Barren ge- schmolzenen Metalls betragt 16,64, des Drahtes von 0,05 mm Durch- messer 16,5. Die spezifische Warme = 0,0365, der elektrische Widerstand von i m Tantaldraht bei einem Querschnitt von i qmm 0,165 Ohm. Die ZerreiBfestigkeit bei i mm starkem Draht betragt 93 kg, bei 0,05 mm Draht 150 bis 160 kg pro Quadratmillimeter. Der Warmeausdehnungskoeffizient zwischen o bis 50 C = 7,9 -io~6. Das Tantalmetall ist gegen chemische Reagenzien sehr widerstandsfahig. Es widersteht dem Angriff von heifier Schwefelsaure, Salpetersaure, Salzsaure und Konigswasser, lost sich aber leicht in FluBsaure. An der Luft bleibt es unverandert und behalt dauernd seinen silber- grauen, stahlahnlichen Glanz. Eine Erhitzung bis 400 ° C an freier Luft verandert das Metall nicht, etwas hoher erhitzt, lauft das Tantal gelb an. Bei hoher Glut verbrennt es ruhig zu gelbem Tantal- pentoxyd. Das Tantal hat groBe Verwandtschaft zum Stickstoff und
Wasserstoff und bildet mit diesen Gasen bei der Erhitzung Nitride bezw. Hydride. Em kleiner Gehalt von diesen Gasen verursacht grofie Harte und Sprodigkeit des Metalls. Aus diesem Grunde ist man zur Anwendung des Vakuums gezwungen, will man ganz reines> duktiles Metall erhalten. Als Anode in einer Schwefelsaurelosung uberzieht sich das Tantal mit ganz diinner Oxydhaut, welche nicht- leitend ist, weshalb der Durchgang des Stromes verhindert wird. Werden nun ein Platinblech und ein Tantalblech als Elektroden in eine Schwefelsaurelosung gebracht, so ubt beim Durchsenden eines
Fig- 5-
Fig. 6.
Wechselstromes durch ein solches Bad die T-antalelektrode eine Art Ventilwirkung aus und der Wechselstrom wird in pulsierenden Gleichstrom umgewandelt. Durch Anbringung der Gratzschen Schaltungsanordnung lafit sich deshalb damit ein gut wirkender Wechselstrom- Gleichstromumformer konstruieren.
Der Bau und Eigenschaften der Tantallampen.
Die Firma Siemens & Halske, A.-G., war die erste, welche durch die Einfuhrung der Tantallampen Metalldrahtlampen mit duktilem, unzerbrechlichem Leuchtkorper in den Handel brachte. Die altesten Formen der Tantallampen besafien Traggestelle fur den Tantaldraht, wie Fig. 5 zeigt. Bald bekam aber das Traggestell die in Fig. 6 abgebildete Form. Das Prinzip, den duktilen Draht in Windungen auf das Gestell zu bringen, wurde der Firma durch
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Patente geschiitzt. Diese Patente haben in letzter Zeit die gr5fite Wichtigkeit erlangt, als die Wolframlampenfabriken , nach erfolgter Duktilisierung des Wolframs, die alte Form des Traggestells mit einzelnen Drahtbugeln aufgeben und ein dem Tantalgestell ahn- liches Gestell verwenden wollten. Die Formen der gebrauchlichen
Fig- 7
Tantallampen geben die Fig. 7 u. 8 wieder. Fig. 7 zeigt eine no Volt-Lampe, wahrend Fig. 8 eine 220 Volt-Lampe darstellt. Die Tantallampen brennen mit einem Nutzeffekt von 1,6 Watt pro Hefnerkerze bei einer Nutzbrenndauer von etwa 600 Stunden. Die Lebensdauer der Lampe betragt iiber 1000 Stunden. Der Wider- stand des Drahtes betragt bei der iiblichen Belastung etwa das Sechsfache des Widerstandes bei gewohnlicher Temperatur. Die wahre Temperatur des Leuchtkorpers betragt nach den Messungen von von Pirani (,,Verhandl. d. Deutsch. phys. Gesellschaft" 1912, S. 213)
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bei der Belastung von 2 Watt/HK. 2021 ° C; 1,5 Watt/HK. 2125 ° C. Die Flachenhelle betragt bei einer Belastung von 1,75 Watt/HK. 132 HK. pro Quadratzentimeter (Loring, ffThe Ilium. Eng." London, Bd. 2, S. 398 [1909]). Die Anderung der Lichtstarke der Tantal- lampen mit der Spannungsanderung ist infolge des positiven Tempe- raturkoeffizienten des Tantals wesentlich geringer als bei der Kohlenfadenlampe. Im allgemeinen andert sich bei der Tantallampe die Lichtstarke um 4 °/0 bei jedem Prozent der Spannungsanderung. Aus nachfolgender Tabelle ist zu ersehen, in welcher Weise mit der Spannungsanderung sich die Lichtstarke und der spezifische Effekt- verbrauch bei verschiedenen Tantallampen verandert.
|
Anderung der Lichtstarke Anderung der bpannung i: |
Watt pro Hefner- |
|||||
|
Normalkerzen |
kerze |
|||||
|
— 20 o/o !! 3,9 |
6,3 |
9,9 |
12,6 1 19,7 |
39,4 |
2,60 |
|
|
Spannungs- 1 — 15 „ unterschreitung 1 — 10 „ — 5 „ |
6!5 8,1 |
8,0 12,5 10,3 16,1 13,0 20,3 |
16,0 ; 25,0 20,6 32,2 26,0 40,5 |
646 81,0 |
2,25 i,95 1,70 |
|
|
Normale Spannung |
10 |
16 25 |
32 50 |
100 |
1,50 |
|
|
1+ 5% |
12,2 |
J9,5 3°,5 |
39,0 1 60,9 |
121,9 |
i,35 |
|
|
Spannungs- 1 + 10 ,, |
14,7 |
23,6 |
36,8 |
47,2 | 73,6 |
147,2 |
1,20 |
|
iiberschreitung 1 -j- 15 „ |
17,5 20,7 |
33^2 |
43,8 |
56,2 , 87,7 66,4 j 103,8 |
175,5 207,5 |
1,10 1,00 |
Aus nachstehender Tabelle kann man das Verhalten der Tantal- lampe beim Brennen ersehen.
|
Brenndauer in Stunden |
Lichtstarke in Kerzen |
Spezifischer Effekt- verbrauch in Watt pro Hefnerkerze |
|
0 |
26,3 |
1,68 |
|
eg |
28,3 26,6 |
m- |
|
370 |
24,7 |
i,79 |
|
637 |
23,5 |
1,89 |
|
1022 |
22,3 |
i,95 |
|
1199 |
22,2 |
*,97 |
|
I482 |
21,6 |
1,98 |
Die Lichtstarke nimmt zu Beginn des Brennens sehr stark zu, und in gleichem Mafie nimmt der spezifische Effektverbrauch ab. Im Laufe von etwa 50 Stunden erreicht die Lichtstarke das Maximum und nimmt sodann allmahlich wieder ab. Diese Erscheinung ist offenbar auf eine Strukturanderung des Tantaldrahtes zuruckzufuhren. Nach langerem Brennen wird der urspriinglich glatte Draht rauh, seine Struktur grobkristallinisch und das spezifische Gewicht des
Mailer, Metalldrahtlampen. 2
i8 —
Metalls vergrofiert sich. Der Leuchtkorper zieht sich dabei stark zusammen, er wird wesentlich kurzer und dicker. Dies hat eine betrachtliche Verringerung des Widerstandes zur Folge, durch welche wieder die Zunahme der Belastung und Lichtstarke verursacht wird. Die glatte Oberflache des Tantaldrahtes wird wellig und glitzernd. Fig. 9
zeigt ein Stuck neuen Drahtes, sowie denselben nach loooStunden Brenn- zeit. Auf Wechselstrom gebranht, verhalten sich die Tantallampen ungtin- stiger als bei Gleichstrom, da die Strukturverande- rung des Tantaldrahtes bei Fig. I0. Wechselstrombetrieb noch
viel intensiver ist. Der
Leuchtkorper wird in kurzer Zeit sehr grobkristallin, die einzelnen Kristalle werden senkrecht zur Drahtachse gegeneinander versetzt und es resultiert schliefilich eine ,,schachtelhalmartige" Struktur, wie
70° 60° 50°
Fig. 9.
«)0 50° 60° 70° 80° 90° 80° 70° 60° 50°
Fig. ii. RSumliche Lichtverteilung der Tantallampe.
solche Fig. 10 zeigt. Die raumliche Lichtverteilung einer Tantal- lampe zeigt schliefilich Fig. n. Solange die Tantallampe als Kon- kurrenz nur die Osmiumlampe hatte, konnte sich diese Metalldraht- lampe gut behaupten. Mit der Wolframlampe ist der Tantallampe jedoch eine gefahrliche Konkurrentin erstanden, welche dieser in vieler Hinsicht iiberlegen war. Nur wegen der grofieren Stofifestig- keit konnte sich die Tantallampe gegeniiber der Wolframlampe
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behaupten. Als aber die Duktilisierung des Wolframs erfolgte, entfiel auch diese letzte Existenzberechtigung der Tantallampe , und es 1st zu erwarten, dafi die Lampe nicht mehr lange in Gebrauch bleiben wird.
Die Osmiumlampe.
Die Osmiumlampe wird schon seit 1906 nicht mehr fabriziert. Trotzdem ist es aus vielen Griinden fiir das richtige Verstandnis der Wolframlampenfabrikation fast unerlafilich, die Erfindung und Fabrikation der Osmiumlampe zu besprechen. War sie doch die erste Metalldrahtlampe, welche die Kohlenlampe ernstlich bedrohte. Zweifellos verdankt auch die Wolframlampe ihre Entstehung der Osmiumlampe, da die bei dieser Lampe von Auer von Wei s bach aufgedeckten Prinzipien und Fabrikationsmethoden fur die Fabrikation der Wolframlampe in Anwendung gebracht wurden. Es ist sicher, dafi die Osmiumlampe nicht so bald der Wolframlampe den Platz geraumt hatte, ware der Preis des Osmiums nicht so hoch. Vom rein technischen Standpunkt betrachtet, bedeutete die Erfindung der Osmiumlampe prinzipiell die Losung des Problems der Metalldraht- lampen, da das Leuchtkorpermaterial dieser Lampe, das Osmium, in seiner Eignung fiir die Gluhlampen dem Wolfram selbst kaum um vieles nachsteht.
Das Osmium ist ein der Gruppe der Platinmetalle angehorendes Metall und kommt als standiger Begleiter des Platins in der Natur vor. Die wichtigsten Fundstatten befinden sich im Ural, Nord- und Sudamerika, Australien und Japan. Die Gewinnung des Osmiums aus dem naturlich vorkommenden Gemisch der Platinmetalle gestaltet sich sehr einfach. Nach der Behandlung mit Konigswasser bleibt das Osmium neben Iridium ungelost zuruck. Der Ruckstand wird nun mit Zink legiert, das Zink mit gewohnlichen Sauren gelost und das Osmium und Iridium bleiben in Gestalt eines feinen schwarzen Pulvers zuruck, welches die nachfolgende Trennung der Metalle leicht gestattet. Das Osmiumrnetall bildet in der Hitze mit Sauer- stoff ein leichtfluchtiges Oxyd, das OsO4, die Osmiumsaure. Diese Eigenschaft des Elements kann zu seiner Trennung von Iridium aus- genutzt werden. Das feine Osmium -Iridiumpulver wird im Sauer- stoffstrome erhitzt, die Osmiumsaure verfliichtigt sich und wird durch Einleiten in alkalische Losungen absorbiert. Durch beliebige Reduk- tionsmittel lafit sich daraus das Osmiummetall in Form eines feinen Pulvers gewinnen. Als geschmolzener Regulus ist das Osmium sehr hart und sprode, so dafi in erster Linie kaum daran zu denken war,
2O
auf rein mechanischem Wege, durch Bearbeitung des erschmolzenen Osmiummetalls, zu dunnen Drahten zu gelangen. Die Aufgabe, die Auer von Wei s bach zu losen hatte, war neben der Auffindung des passenden Materiales die Erfindung der Methoden, nach denen man diinne und gleichmafiige Drahte aus dem sproden und hoch- schmelzenden Korper erhalten k5nnte.
Die Verfahren, welche Auer in seinen Patenten (D. R. P. 138135 vom 19. Januar 1898; osterr. Pat. 9693) fur die Her- stellung von Gluhkorpern aus Osmiummetall angibt, sind: i. das „ Legierungsverfahren", 2. das ffOsmiumkohleverfahren". Nach dem „ Legierungsverfahren" wird ein dunner Platindraht in reduzierender Gasatmosphare , welche Uberosmiumsauredampfe enthalt, elektrisch erhitzt, wobei sich metallisches Osmium in feiner Form auf dem gliihenden Platindraht niederschlagt. Auf diese Weise wurde das Osmiummetall in solcher Menge abgeschieden, bis das entstandene Osmium -Platingebilde weniger als 5 °/0 Platin enthielt. Hierauf wurde die Temperatur des Fadens zur hellen Weifiglut gesteigert und das Platin vollstandig oder bis auf sehr geringe Spuren ver- fluchtigt. Wurde dabei der Faden mehr als 5 °/0 Platin enthalten, so konnte das Platin auf diese Weise nicht entfernt werden, da die funfprozentige Osmium -Platinlegierung bereits unter dem Ver- dampfungspunkte des Platins schmilzt. Das Uberziehen des Platins mit Osmium kann auch auf anderem Wege bewirkt werden, indem man den Platindraht mehrmals mit einem Brei, welcher fein verteiltes Osmium oder Osmiumsalze enthalt, bestreicht, den Faden erhitzt und das Platin, wie oben beschrieben, vertreibt. Die auf diese Weise hergestellten Drahte besitzen eine rohrenformige Struktur. Der grofite Nachteil des Legierungsverfahrens war die Tatsache, dafi man auf diesem Wege nicht zu geniigend dunnen Osmiumdrahten gelangen konnte. Der fertige Osmium-Platindraht durfte nur hochstens 5 °/0 Platin enthalten, somit mufite der Querschnitt eines nach dem Legierungsverfahren hergestellten Osmiumdrahtes 2omal so grofi werden als der Querschnitt des als Seele verwendeten Platindrahtes. Da nun die Platindrahte unter 0,02 mm damals kaum herstellbar waren, so war der diinnste Osmiumdraht, den man nach dem Legierungsverfahren herstellen konnte, etwa 0,1 mm stark. Solche Drahte eignen sich nur fur Lampen uber i Amp. Es mufite deshalb ein anderer Weg beschritten werden, um zu geniigend dunnen Drahten aus Osmium zu gelangen. Ein solches Verfahren war das ,,Osmiumkohleverfahren". Das Verfahren beruht auf dem Prinzip, dafi ein osmiumhaltiger Kohlefaden in einer wasserdampfhaltigen
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reduzierenden Atmosphare erhitzt wird. Bei geeigneter Glut, etwa 1 100 ° C, oxydiert der Wasserdampf den gesamten Kohlenstoff, wahrend das Osmium infolge seiner leichten Reduzierfahigkeit in reduziertem metallischen Zustande zuruckbleibt. Auf sehr mannig- fache Weise kann man nun das Verfahren praktisch ausfuhren. So kann man z. B. eine vegetabilische Faser mit fein verteiltem Osmium oder Osmiumverbindungen impragnieren, oder fein verteiltes Osmium mit Zucker oder anderen organischen Klebstoffen zu einer Art Paste verreiben und unter hohem Druck durch Diamantdiisen zu Faden pressen. Durch einfaches Gltihen in einem Ofen in reduzierender
Fig. 12. Der erste Osmiumformierapparat.
Atmosphare werden nun die Faden verkohlt und osmiumhaltige Kohlefaden erhalten. Es folgt hierauf das Erhitzen in oxydierend- reduzierender Atmosphare, das sogen. Formieren. Der Kohlenstoff wird dabei wegoxydiert, die einzelnen Osmiummetallteilchen schweifien bei der Glut zusammen, und es entsteht ein Draht aus reinem Osmium. Der Draht besitzt eine ,,metallschwammartige" Struktur, ist elastisch, wenn auch nicht biegsam, und sprode, und im Gegen- satz zu dem nach dem Legierungsverfahren hergestellten Draht nicht rohrenformig, sondern koharent. Damit ein absolut gleich- mafiiger Querschnitt erreicht wird, was bei der Verwendung von vegetabilischen Fasern meistens nicht der Fall ist, unter wirft Auer den Osmiumfaden einem Egalisierungsprozefi, indem er denselben in einer Uberosmiumsauredampf enthalteiiden reduzierenden Atmosphare nachbehandelt. Ein in solcher Atmosphare elektrisch erhitzter Faden
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schlagt an den heller gluhenden, also dunneren Stellen mehr Osmium nieder als an dickeren Stellen und wird dadurch in kurzer Zeit voll- standig gleichmafiig. In der Fig. 12 ist der sehr interessante, iiberaus einfache Formierapparat abgebildet, dessen sich Auer in den ersten Versuchen bedient hat. In eine Glasglocke mtindet ein gewohnlicher Bunsenbrenner , dessen Flamme man absichtlich durchschlagen lafit. Die nur zum Teil verbrannten Gase stromen in die Glasglocke und erzeugen dort die gewunschte oxydierend - reduzierende Atmosphare, in welcher der an den Klemmen hangende Osmium -Kohlefaden durch elektrischen Strom erhitzt und formiert werden kann.
Die Osmiumpatente von Auer betreffen nicht nur die Her- stellung von Faden aus reinem Osmium, sondern auch Faden, welche aus Legierungen des Osmiums mit anderen Platinmetallen bestehen. Da alle anderen Platinmetalle viel defer schmelzen als das reine Osmium, durften die Legierungen naturgemafi nur ganz geringe Mengen anderer Platinmetalle enthalten. Es ist prinzipiell moglich, dafi eine solche Osmiumlegierung manche Vorteile gegemiber dem reinen Osmium besitzt. So erniedrigt nach den physikalischen Gesetzen eine kleine Verunreinigung den Dampfdruck der Substanz, in der sie gelost ist. In solchem Falle wurde also der Osmiumfaden in geringerem Mafie zerstauben, also die Lampenglocke weniger schwarzen als ein reiner Osmiumfaden. Eine kleine Verunreinigung kann aber auch schon aus dem Grunde niitzlich sein, weil durch diese das Kristallinisch- werden des Fadens wahrend der Brennzeit verlangsamt wird.
Auch der Zusatz von feuerbestandigen Oxyden, wie Thor- oxyd, Zirkonoxyd usw. zu den Osmiumfaden wurde von Auer. durch Patente geschiitzt. Die Oxyde konnen den Osmiumfaden durchsetzen oder auf diesem einen Uberzug bilden. Das erste kann dadurch leicht erreicht werden, indem der Osmiumpaste die betreffenden Oxyde zugesetzt werden. Dabei erteilen sogar manche Oxyde, wie z. B. das Thoriumoxyd, der Paste eine grofiere Plastizitat und erleichtern das Pressen der Faden. Nach der Verkohlung und Formierung erhalt man einen Metalldraht, der von dem verwendeten Oxyd innig durchsetzt ist und dementsprechend auch andere physi- kalische Eigenschaften besitzt. So kann der elektrische Widerstand durch entsprechenden Oxydzusatz in fast beliebiger Weise verandert werden. Einen Uberzug von feuerfesten Oxyden auf Osmiumfaden kann man nach Auer erhalten, indem man der Osmiumpaste zu- gleich mit dem feuerfesten Oxyd auch ein bei Weifiglut fluchtiges Oxyd, z. B. Aluminiumoxyd, zusetzt. Beim Formieren solcher Faden schmilzt das Aluminiumoxyd und bildet zusammen mit den feuer-
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esten Oxyden an der Oberflache des Drahtes eine Schmelzschicht. Aus dieser verdampft im weiteren Verlaufe des Erhitzens das Aluminiumoxyd, bis schliefilich das reine feuerfeste Oxyd als gleich- mafiiger, festhaftender Uberzug auf dem Osmiumfaden zuruckbleibt. Bestreicht man fertige Osmiumfaden mit einem Brei, der aus Zucker oder anderem Klebstoff und einem Gemisch von einem feuerfesten Oxyd mit Aluminiumoxyd besteht, und bringt man die Faden zu Weifiglut, so kann man auch sehr schone Uberziige von feuerfesten Oxyden auf Osmium erhalten. Die Vorteile, welche man sich von einem Zusatz feuerfester Oxyde zu den Osmiumdrahten versprochen hatte, waren folgende. Die Metalldrahtlampe hat den grofien Nach- teil, dafi die Drahte zu grofie Leitfahigkeit besitzen und die Her- stellung sehr diinner Drahte am Anfang fast unuberwindliche Schwierigkeiten bereitete. Jede Verkleinerung der elektrischen Leit- fahigkeit der Drahte war also sehr willkommen. Nun liefi sich durch den Zusatz von feuerfesten Oxyden tatsachlich die Leitfahigkeit der Drahte wesentlich verringern. Das gilt hauptsachlich von den Drahten, welche in ihrer ganzen Masse von den' nichtleitenden Oxyden durchsetzt waren. Auch ein Oxydiiberzug konnte in mancher Hinsicht von Vorteil sein. Es konnte der Fall sein, dafi manche Oxyde ein giinstigeres Strahlungsvermogen besitzen als das Metall. Aufierdem konnte durch solchen Uberzug die Zerstaubung des Leucht- korpers verringert werden, indem zuerst nur das Oxyd zerstauben wiirde. Dies ware ein grofier Vorteil, da eine Zerstaubung des weifien Oxyds die Durchsichtigkeit der Lampenglocke viel weniger beeintrachtigt, als ein Beschlag von undurchsichtigem schwarzen Metall. In Wirklichkeit iiberwiegen jedoch die Nachteile, welche ein grofierer Zusatz von Oxyden mit sich bringt, wesentlich die eben erwahnten moglichen Vorteile. Vor allem verandert ein solcher Leuchtkorper mit Oxydzusatz wrahrend des Brennens der Lampe seinen Leitungswiderstand, da die Oxyde im Vakuum betrachtlich verdampfen. Der Leuchtkorper leitet immer besser den Strom, und da gewohnlich die Voltzahl konstant bleibt, verandern sich die Strom- verhaltnisse in der Lampe ununterbrochen, die Lampe brennt iiber- lastet, wodurch die Lebensdauer stark verringert wird. Auch war ein Uberzug von Oxyden auf den Drahten fur die Qualitat der Lampen nur nachteilig, da alle genannten Oxyde eine schwarzere, also ungunstigere Strahlung besitzen als das Osmium selbst. Ubrigens verdampft schon nach kurzer Brenndauer der ganze Uberzug, wo- durch die Stromverhaltnisse in der Lampe zuungunsten der Lebens- dauer verandert werden. Noch ein sehr wichtiger Umstand spricht
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gegen die Anwendung der feuerfesten Oxyde. Es 1st bekannt, dafi gluhende, mit feuerfesten Oxyden, wie CaO, MgO, ThO2 usw. be- deckte Korper als Kathoden in Vakuumentladungsgefafien schon bei verhaltnismafiig niedrigen Spannungen zu Entladungen fiihren. Gluhende Oxyde besitzen namlich einen sehr geringen Kathodenfall (Wehneltkathode). Schon bei no Volt-Lampen macht sich oft bei Gegenwart der genannten Oxyde im Leuchtkorper eine ahnliche Er- scheinung in Form von Lichtbogenentladungen unangenehm bemerk- bar, welche zur Zerstorung der Lampe fuhren. Dies sind nun tat- sachlich die Ursachen, warum in der Praxis der Oxydzusatz in dem Umfange, wie durch die Patente von Auer vorgesehen, niemals Anwendung finden konnte.
Zur Befestigung der Osmiumdrahte an die Zufuhrungsdrahte empfiehlt Auer das Osmiumzement , einen wasserigen Brei von Osmium und Osmiumchlorid. Die zu befestigenden Enden wurden mit einem Klumpchen Osmiumzement verbunden. Die Verbindungs- stellen wurden nach dem Trocknen schwach erhitzt, der Kitt backte dabei zusammen, wurde fest und bestand aus fast ganz reinem Osmium. Es ergaben sich aber bei der Verwendung des Zementes Schwierigkeiten , da dieses hartnackig Gase okkludierte und dadurch das Vakuum in den Lampen verschlechterte. Die Auer- gesellschaft verliefi auch alsbald den Osmiumzement und besorgte die Befestigung der Osmiumdrahte an die Zuleitungen durch Ver- schmelzen der zu verbindenden Enden in einem elektrischen Flammen- bogen (D. R. P. 162417 vom 27. Juli 1904). Die Anordnung der Osmiumfaden in der Lampe war am Anfang ahnlich der bei den Kohlenfadenlampen. Da die elektrische Leitfahigkeit des Osmiums viel grOfier war als die der Kohlenfaden, mufiten in der Lampe mehrere Drahtbugel angebracht werden. Da aber die Osmium- drahte in der Glut ganz weich wurden, mufiten die Faden durch Schlingen, welche an der Glockenwand angebracht waren, gehaltert werden (siehe Fig. 13). Bald wurde aber der fur die Metalldrahtlampen so charakteristische mittlere Glasstab mit Haltern eingefuhrt (Fig. 14). Der Stengel bildet die Fortsetzung des Lampenfufies und ist zentrisch durch das Lampeninnere gefiihrt. Am oberen Teil des Stengels wurden die Halter angebracht, welche aus einem hochschmelzenden Metalle, wie Platin, oder aus einem Oxyd, wie Thoroxyd-Magnesium- oxyd (Thoriumdioxydschleifen) (D. R. P. 128158, 10. Nov. 1900) be- standen. Die Osmiumfaden hingen ganz lose clurch die Halter hindurch. Die Lampen konnten deshalb nicht in beliebiger Lage brennen, sondern nur vertikal, mit der Spitze nach unten gerichtet.
Durch die Einfuhrung der starren Halterung wurden aber alsbald (1905) Osmiumlampen hergestellt, welche in beliebigen Lagen brannten.
Bei der Aufnahme der Fabrikation der Osmiumlampen durch die Auergesellschaft in Berlin batten die hochstvoltigen Lampen 27 Volt. Die ersten Lampen, die verkauft wurden, waren fur 37 Volt Spannung bestimmt, konnten also zu dritt in Serienschaltung mit no Volt betrieben werden. Bald wurden aber 55 Volt- und 73 Volt -Lampen fabriziert, und im Januar 1905 fiihrt Dr. F. Blau die ersten
Fig. 13-
Fig. 14.
Fig- 15-
no Volt-Lampen zu 32 und 35 Kerzen vor (,,Elektrotechn. Ztschr.", Heft 8, 1905). Die Osmiumlampen wurden mit einem Energie- verbrauch von 1,5 Watt pro Kerze gebrannt. Der Widerstands- koeffizient war bei 20 ° C 0,095. Der Temperaturkoeffizient der
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110
90
Leitfahigkeit 0,372 pro i ° C. Bei der normalen Belastung von 1,5 Watt pro Kerze hatte die Lampe einen 8,4 fach so grofien Widerstand wie bei gewohnlicher Temperatur. Infolge des grofien positiven Temperaturkoeffizienten der Leitfahigkeit beeinflussen Spannungsschwankungen das Licht der Osmiumlampe viel weniger -als das der Kohlenfadenlampen. So gibt z. B. eine Erhohung der Spannung um 10 % bei der Osmiumlampe nur einen um 6,5 °/0 erhohten Strom, wahrend bei der Kohlenfadenlampe der Strom durch
gleiche Spannungs- erhohung um 12 °/0 erhOht wird. Die Nutzbrenndauer der Osmiumlampen be- tragt bei der nor- malenBelastungetwa 2000 Stunden. In der Fig. 16 ist die Lichtanderung der
Osmiumlampen wahrend der Brenn- zeit in Prozenten der ursprunglichen Hel- ligkeit angegeben. Der Anstieg der .Lichtkurve in den 200 Stunden dadurch
100200 WO
800 1000
4600
2 GOO Std. bis 44 V. elligkeit.
Fig. 16. LichtverSnderung von Osmiumlampen fUr 37 bis 44 V. und 25 bis 32 HK. in Prozenten der ursprunglichen Helli
sacht, dafi der ursprunglich rauhe Draht beim Brennen glatter, also seine Oberflache kleiner wird. Da aber die zugefuhrte Energie die- selbe bleibt, wird die Temperatur des Leuchtkorpers hoher, es wachst die Okonomie und das ausgestrahlte Licht. Der nach etwa 200 Stunden eintretende Abfall der Lichtkurve wird durch das Uber- handnehmen des Einflusses der Schwarzung der Lampe, sowie des Diinnerwerdens des Fadens infolge Zerstaubung, gegeniiber dem Einflufi des erstgenannten Vorganges, verursacht. Die Osmiumlampe konnte auch die Belastung von etwa i Watt pro Kerze vertragen, ohne •dabei wesentlich zu zerstauben. Bei solcher Belastung stellt sich jedoch eine andere Erscheinung ein, und zwar die molekulare Veranderung des Leuchtkorpers, durch welche die Festigkeit beeintrachtigt und die Lebensdauer der Lampen verringert wird. Die ausgebrannteii Lampen wurden von der Auergesellschaft mit 75 Pf. zuruckvergutet.
Die nur geschwarzten Lampen konnten in der einfachsten Weise dadurch regeneriert werden, daB man durch Einlassen von Luft in die Lampe und Erhitzen der Lampenglocke den schwarzen, undurchsichtigen Osmiummetallbeschlag in weifies OsO4 verwandelte. Osmiumlampen , welche von vornherein mit geringen Quantitaten von Sauerstoff oder oxydierenden Gasen gefullt wurden, verhielten sich beim Brennen besonders gut. Die Ursache ist eben darin zu erblicken, dafi der Sauerstoff das zerstaubte Osmiummetall in farb- loses OsO± umwandelt und dadurch die Schwarzung der Lampe verhindert, wahrend gleichzeitig das entstehende OsO4 sich an den heiBeren, also diinneren Stellen des Leuchtdrahtes unter Abscheidung von Metall zersetzt und dadurch auf den Leuchtdraht egalisierend wirkt. Der giinstige EinfluB der Sauerstoffullung bei den Osmium- lampen wurde fruhzeitig erkannt, und von der Osterreichischen Gas- gliihlicht- und Elektrizitatsgesellschaft in Wien (D. R. P. 143454 vom 29. Mai 1902) und der Deutschen Gasgluhlicht-Akt. -Ges. in Berlin (D. R. P. 153327 vom 14. Juni 1903) beschrieben.
Die Wolframlampen.
Das Wolfram ist ein in alien Erdteilen reichlich verbreitetes Element. Die Wolframerze bestehen meistens aus Verbindungen, in denen das Wolfram als WO% den sauren Teil, das Eisen, Mangan, Kalzium oder Bleioxyd den basischen Teil bilden. Die wichtigsten Wolframmineralien sind : i. Wolframit, ein Eisen -Mangan -Wolf ramat mit wechselndem Eisen- und Mangangehalt , dagegen recht kon- stantem Gehalt an Wolframsaure von 74 bis 77 °/0. Das Mineral besitzt die Harte 5 bis 5,5, spezifisches Gewicht 7,2 bis 7,55. Die Farbe ist dunkelbraun bis schwarz mit metallischem Glanz. Das Mineral wird hauptsachlich fur die Ferrowolframdarstellung ver- wendet. 2. Hubnerit, ein Mangan wolframat mit 73 bis 77 °/0 J^O3. Das Mineral besitzt eine braunlichrote Farbe. Bezuglich Harte, Kristallform, spezifisches Gewicht ahnlich dem Wolframit. 3. Scheelit, ein Kalziumwolframat. Das Mineral enthalt in reinem Zustand 80,6 ° 0 WO%. Die Farbe ist weifi, mit einem Stich ins Gelbe oder Braune. Die Harte ist 4,5 bis 5, das spezifische Gewicht 5,9 bis 6,1. Weniger wichtig sind die Mineralien wie Stolzit, Ferberit, Megabasit, Tungstit oder Wolframocker. Der Tungstit ist ein natiirlich vorkommendes Wolframsaurehydrat, welches sekundar durch die Zersetzung von Wolframit oder Scheelit entstanden ist. Das Mineral lafit sich leicht pulverisieren, besitzt goldgelbe Farbe und einen Wolframsauregehalt
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von etwa 92,8 °/0. Die Wolframerze kommen am haufigsten in Zinnerzlagerstatten vor, seltener in Eisenerzlagern, auf Kluften von kristallinem Schiefer oder Trachyt. Die grofiten Fundstatten befinden sich in Australien (Queensland), den Vereinigten Staaten, Colo- rado, Sudamerika, Grofibritannien (Cornwall), Portugal und Spanien. Kleine Mengen findet man auch in Deutschland (Sachsen), Frank- reich (Vogesen) und Ungarn. Die Produktion der einzelnen Gruben richtet sich nach der Marktlage des Wolframs. So forderte z. B. Spanien im Jahre 1900, wo i kg Wolfram mit 9,50 Mk. bezahlt wurde, 1958 Tonnen von 401 336 Mk. Wert, wahrend im nachst- folgenden Jahre infolge der schlechten Marktlage (3,50 Mk. pro Kilo- gramm W) kaum 6 Tonnen gefordert wurden. Ahnlich, wenn auch weniger schwankend, sind die Produktionsverhaltnisse in anderen Landern. Daraus ersieht man, dafi bei geniigend hohem Preis noch unverhaltnismafiig grofiere Mengen von Wolframerzen produziert werden kOnnten, als zurzeit gefordert werden.
Die Aufarbeitung der Erze richtet sich nach der Beschaffenheit und dem Verwendungszweck derselben. Alle Erze werden zuerst einer Vorbehandlung unterworfen, welche meistens gleich in der Nahe der Forderstellen ausgefiihrt wird. Die Vorbehandlung bezweckt die Konzentration und Reinigung der Erze. Die Erze werden pulve- risiert, und durch Schlammprozesse oder auf Schuttelherden werden die spezifisch schwereren Wolframmineralien von dem leichteren Quarz, der hauptsachlichen Verunreinigung, getrennt. Der Schwefel, welcher in Chalkopyriten oder Blenden als Verunreinigung der Erze vorkommt, wird von den Wolframmineralien am leichtesten mittels eines elektrostatischen Separators getrennt. Hier wird infolge der verschiedenen elektrischen Kapazitat der Mineralien beim Durchgang der feingepulverten Erze zwischen mit hohen elektrischen Ladungen versehenen Flachen eine weitgehende Trennung der schwefelhaltigen Mineralien von den Wolframmineralien bewirkt. Fur manche Zwecke, wie z. B. die Ferrowolframfabrikation, ist eine weitere Reinigung der Erze nicht erforderlich. Die Erze, welche der beschriebenen Vor- behandlung unterworfen wurden, werden mit Holzkohlenpulver zur Reduktion und mit Quarz (zur Verschlackung der neben dem Eisen in den Erzen noch vorhandenen basischen Bestandteile, hauptsachlich der Erdalkalien) versetzt. Dem Gemisch wird noch etwas Kolo- phonium oder Pech zugesetzt, welche durch Schmelzen eine Ent- mischung des spezifisch schweren Wolframerzes von der leichten Holzkohle verhindern. Durch holies Erhitzen des Gemisches in Tiegeln tritt die Reduktion des Erzes ein und man erhalt ein Ferro-
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wolfram, das je nach der Zusammensetzung des verwendeten Erzes 50 bis 97 °/0 Wolfram neben Eisen und geringen Spuren von Kohlen- stoff, Mangan und Silizium enthalten kann. Das Ferrowolfram wird fur die Stahlfabrikation (Schnelldrehstahl) in groBen Mengen ver- wendet, welche den Hauptkonsumenten der Wolframerze vorstellt. In den meisten anderen Fallen handelt es sich urn die Darstellung der Wolframsaure aus den Wolf ramerzen , welche erst in mehreren chemischen Operationen durchgefuhrt werden kann.
Die Wolframsaure bildet das Ausgangsmaterial fur die Dar- stellung der verschiedensten Wolframpraparate und des reinen Wolframmetalls fur Gluhlampenzwecke und Legierungszwecke. Je nach der Zusammensetzung des Erzes richtet sich dessen Auf- arbeitung. Die Erze, welche groBere Mengen Eisen oder Mangan enthalten, wie das Wolframit oder Hubnerit, werden am besten durch oxydierendes Rosten mit alkalischen Zuschlagen aufgearbeitet. Der Vorgang spielt sich auf folgende Weise ab:
O + 2 Afa.2CO3 = 2 A«.2TrO4 + Fe2OB + CO2, O4 + O + aAfooCO, = 2 Ar«2TTO4 + Mn2O3 + 2 CO2.
Fur diesen Vorgang braucht man keine sehr hohe Temperatur, da sich derselbe am besten bei Temperaturen abspielt, welche unter- halb der Temperatur des Zusammenschmelzens der Masse liegt. Nach erfolgter Rostung wird das Rostgut mit Wasser ausgelaugt, wobei das leichtlosliche Natrium wolf ramat in Losung geht. Durch Kristallisation laBt sich das Salz reinigen und durch Fallung mit Salzsaure daraus das reine Wolframsaurehydrat gewinnen. Es sind auch andere Verfahren bekannt, nach welchen die Wolframerze aufgearbeitet werden. So werden die Erze z. B. mit Natriumbisulfat unter Zusatz von Kalk, Kalksalzen oder Chloralkalien, oder in redu- zierender Schmelze mit Zusatz von Kohle aufgeschlossen. Der Scheelit, welcher von der Gluhlampenindustrie vorwiegend verwendet wird, kann durch einf aches Verschmelzen mit Natriumkarbonat nach folgendem Vorgang aufgeschlossen werden:
Ca TFO4 + Na* CO3 = Ca CO3 + Na* TFO4.
Nach einem anderen Vorgang wird der Scheelit mit konzen- trierter Salzsaure aufgeschlossen, wobei sich Wolframsaure und Kalziumchlorid bildet. Ca WO± + 2 HCl = Ca C/2 + WOZ - H2 O. Nach Abgiefien der Chlorkalziumlosung und Waschen des Ruck- standes erhalt man die Wolframsaure, welche zur Reinigung in konzentriertem Ammoniak gelost wird. Durch Kristallisation des
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Ammonsalzes , (7V//4)10TF12 O41 • u H2 O, kann eine weitgehende Reinigung erzielt werden, worauf aus dem Ammonsalz durch ein- faches Vergliihen oder Fallen mit Salzsaure die reine Wolframsaure gewonnen wird. Die aus dem Ammonsalz gewonnene Wolframsaure hat vor dem mit Natriumkarbonat gewonnenen Produkt den Vorzug, dafi sie alkalifrei ist. Die geringste Spur von Natrium erteilt der gelben Wolframsaure einen deutlich grunen Stich. Die Feinheit der Wolframsaure hangt sehr von der Darstellung ab. Fur Gluhlampen- zwecke spielt die Feinheit der Wolframsaure, da sie auch ausschlag- gebend ist fur die Feinheit des aus ihr gewonnenen Metalles, eine grofie Rolle. Bei der Fallung der Wolframsaure aus deren Salz- losungen mit Salzsaure ist die Temperatur und Konzentration der zur Wechselwirkung gebrachten Losungen fur die Feinheit der Wolframsaure von grofiem Einflufi. Im allgemeinen kann man sagen, dafi, je konzentrierter die Losungen und je defer die Fallungstempe- ratur ist, um so feiner wird das gefallte Produkt. Das in der Kalte ausgefallte Wolframsaurehydrat ist weifi und in Salzsaure in betracht- lichem Mafie loslich. Durch Erwarmung wird das Hydrat gelb. Die Fallung in der Warme, welche in der Praxis meistens ausgefiihrt wird, ergibt ein gelbes, in Salzsaure nur sehr schwer losliches Wolframsaurehydrat. Durch Erhitzen des Wolframsaurehydrats bei etwa 300 bis 400 ° C erhalt man das wasserfreie Wolframtrioxyd. Durch starkeres Erhitzen wird das hellgelbe Wolframtrioxyd gelb- orange, die hellgelbe Farbe tritt jedoch bei Abkiihlung sofort wieder ein. Das spezifische Gewicht der Wolframsaure ist verschieden, je nach der Darstellung und Erhitzung. Die Angaben schwanken zwischen 5,3 bis 7,1. Die Wolframsaure schmilzt bei hoher Weifi- glut und ist sublimierbar. Leitet man Chlorwasserstoffgas iiber schwach erhitztes Wolframtrioxyd, so verfliichtigt sich die Wolfram- saure sehr leicht in Form von weifien Kristallnadeln, die aus einer Doppelverbindung von TFO3 und HCl bestehen. Das WO3 ist in alien Sauren mit Ausnahme von Flufisaure unloslich. Zur Her- stellung der Wolframsalze wird die Wolframsaure durch Schmelzen mit Alkalikarbonaten in das eiitsprechende Alkaliwolframat iiber- fuhrt.
Die Wolframsaure bildet das Ausgangsmaterial fur die Dar- stellung des Wolframmetalls in alien jeneii Fallen, in welchen es sich um ein reines Metall handelt. Die Reduktion der Wolfram- saure gelingt auf die verschiedenste Weise. Durch Erhitzung mit Holzkohle erhalt man ein kohlenstoffreiches Wolfram, welches in der Eisenindustrie Verwendung findet. Auch die mit Aluminium,
nach dem Goldschmidtschen Verfahren, reduzierte Wolframsaure gibt kein reines Metall, sondern eine Wolframlegierung mit etwa 2 °/0 Aluminium. Die fiir die Herstellung von reinem Wolfram in Betracht kommenden und von den Gltihlampenfabriken fast einzig benutzten Verfahren sind die Reduktion der Wolframsaure mit Zink nach Delepine (,,Compt. rend.", Bd. 131, S. 184) und die Wasser- stoffreduktion. Die Reduktion mit Zink wird auf folgende Weise ausgefuhrt: Gut ausgegliihte Wolframsaure wird mit Zinkpulver, am besten Zinkgriefi, im Verhaltnis i WOB : 1 1J2 Zn innig vermengt. Das Gemisch wird in einen Porzellan- oder Schamottetiegel ein- getragen und mit einem Gasbrenner vorsichtig erwarmt. 1st die Erwarmung so weit vor sich gegangen, dafi das Zink einen merk- lichen Dampfdruck erhalt, so tritt unter grofier Warme und Licht- entwicklung die Reaktion ein. Das durch die Hitze zum Teil ver- dampfte Zink verbrennt mit blendender, hellvioletter Flamme. In kurzer Zeit - - etwa 20 Sekunden - - ist die Reaktion beendet. Der abgekuhlte Tiegelinhalt enthalt nunmehr neben Wolframpulver nur Zinkoxyd und Zinkmetall. Durch Behandlung mit verdunnter Salz- saure lost sich das Zn und Zn O auf , und das Wolfram bleibt in Gestalt eines aufierst feinen, schwarzen Pulvers zuruck. Das Metall ist sehr rein und enthalt nur geringe Spuren von Zink. Diese Ver- unreinigung kommt infolge der grofien Fluchtigkeit des Metalles gar nicht in Betracht, da sich das Zink bei den hohen Herstellungs- temperaturen der Wolframgluhkorper ganzlich verfluchtigt. Die aufierordentlich feine Verteilung des nach dem Dele pine -Verfahren hergestellten Wolframs war den Gluhlampenfabrikanten fruher sehr erwiinscht, da fiir die Herstellung von ganz feinen Wolframdrahten nach den alteren Verfahren auch ein sehr fein verteiltes Wolfram- pulver benotigt wurde. Als Ausgangsmaterial fiir das kolloidale Wolfram nach Kuzel ist das Delepine-Wolframmetall geradezu ideal. Ein sehr reines Wolframpulver erhalt man durch Reduktion von TT"O3 im Wasserstoffstrom. Die Reduktion der TFD3 zu Metall geht dabei stufenweise iiber die blauen Wolf ram oxyde und das braune Wolframdioxyd vor sich. Die Feinheit des dabei erhaltenen Wolfram- pulvers richtet sich nach der Feinheit der verwendeten Wolfram- saure, sowie des Ausfiihrung des Reduktionsprozesses. Will man ein sehr feines Metall herstellen, so mufi man von moglichst feiner Wolframsaure ausgehen. Dabei reduziert man im Wasserstoffstrom zuerst bei moglichst tiefer Temperatur, etwa 550 ° C, und steigert die Glut langsam bis auf etwa 1000 bis noo ° C. Um grobes- Wolframpulver zu erhalten, empfiehlt es sich, die Wolframsaure durcli
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starkes Gluhen bei etwa 1300 bis 1400 ° C in ein grobkristallines Material umzuwandeln. Diese Wolframsaure wird nun gleich bei hoher Temperatur (etwa noo bis 1300 ° C) im Wasserstoffstrom reduziert. Das dabei erhaltene Pulver ist hellgrau und besitzt ein hohes spezifisches Gewicht. Grobes Wolframpulver kann man auch erhalten, wenn man die Reduktion der Wolframsaure im verhaltnis- mafiig feuchten oder sauerstoffhaltigen Wasserstoff vornimmt. Die Reduktion der Wolframsaure wird je nach der Temperatur, bei welcher die Reduktion ausgefuhrt werden soil, in Glasr6hren, Eisen- rohren oder Porzellanrohren ausgefuhrt. Die Wolframsaure wird in Schiffchen durch solche auf beliebige Weise erhitzte Rohren ge- schoben, wahrend gleichzeitig der Wasserstoff in entgegengesetzter Richtung das Rohr passiert. Will man ein vollkommen sauerstoff- freies Metall darstellen, so mufi der zur Reduktion verwendete Wasserstoff sehr trocken und mSglichst sauerstofffrei sein. Zu diesem Zwecke mufi der Wasserstoff vor dem Eintritt in das Reduktionsrohr eine gluhende Rohre oder ein schwach erwarmtes, mit Palladiumasbest gefulltes Rohr passieren, wodurch eine voll- standige Vereinigung des im Wasserstoff als Verunreinigung ent- haltenen Sauerstoffes mit dem Wasserstoff bewirkt wird. Durch Trockenmittel , wie Phosphorpentoxyd oder konzentrierte Schwefel- saure wird schliefilich der dabei entstehende Wasserdampf vollstandig aus dem Wasserstoff entfernt. Die Wichtigkeit der Trocknung und Befreiung des Wasserstoffes von Sauerstoffspuren wurde besonders in letzter Zeit bei den Versuchen, welche zur Duktilisierung des Wolframs fuhrten, erkannt. Noch einige andere Methoden sind bekannt, nach welchen die Reduktion der Wolf ram verbindungen zu Wolframmetall gelingt.
Vor allem ist hier die elektrolytische Reduktion zu erwahnen. Man versprach sich, durch die Elektrolyse ein besonders reines Wolframmetall zu erhalten. Wahrend durch die Elektrolyse von Alkali wolf ram aten an der Kathode nur Wolframbronzen zur Ab- scheidung gelangten, soil es L. A. Hallopeau (,,Compt. rend.", Bd. 124, S. 755) gelungen sein, aus Lithiumparawolframat durch Elektrolyse metallisches Wolfram kathodisch abzuscheiden. Auch die Wolframlampen-Akt.-Ges. in Augsburg hat die Herstellung des metallischen Wolframs auf elektrolytischem Wege versucht und •durch Patent geschutzt (D. R. P. 231657 , 1910). Die Firma ver- wendet fur diesen Zweck eine Losung von Perwolframsaure oder Alkaliperwolframaten in Wasser oder organischen Losungsmitteln, •durch deren Elektrolyse an der Kathode metallisches Wolfram ab-
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geschieden werden soil. Auch aus der Losung von Wolframhexa- chlorid (WCIQ) in Azeton soil sich nach den Angaben derselben Firma durch Elektrolyse das metallische Wolfram abscheiden lassen (D. R. P. 237014, 1910). Es scheint aber, dafi praktische Erfolge mit diesen Verfahren bisher nicht erzielt werden konnten. Die Wolfram- lampen-Akt.-Ges. in Augsburg empfiehlt in dem D. R. P. 239877 vom 12. Juni 1910 ein Verfahren zur Gewinmmg eines fur die Her- stellung von Wolframgluhfaden geeigneten lockeren Wolframpulvers aus Wolf ram trioxyd. Hiernach wird reines, trockenes und fein- pulveriges Wolframtrioxyd mit Phosphorpulver innig vermengt und in einer indifferenten Gasatmosphare erhitzt. Der Phosphor reduziert dabei das Wolframtrioxyd zu Wolframmetall. Auch durch die Reduk- tion der Wolframchloride kann man zu Wolframmetall gelangen. Vor allem kommen hier das WCIQ und WOCl± in Betracht. Beide geben mit Wasserstoff bei hoher Temperatur ein sehr feines pyro- phorisches Wolframpulver.
Nach verschiedenen Verfahren gelingt es, aus reinem Wolfram drahtformige Gebilde herzustellen. Diese sogen. Wolframfaden wurden die langste Zeit hindurch nur in sprSdem Zustande erhalten. Ebenso waren die durch Erschmelzen von Wolframpulver erhaltenenWolfram- klumpen harte, sprode Massen. Erst in letzter Zeit ist es gelungen, Verfahren auszuarbeiten , nach denen man zu biegsamen, duktilen Wolframgebilden gelangen kann. Das Wolframmetall besitzt eine dem Stahl ahnliche Farbe. Der Schmelzpunkt des Wolframs, die fur die Gluhlampenfabrikation allerwichtigste Eigenschaft des Metalles, ist sehr hoch. Er wurde von den verschiedensten Forschern be- stimmt, und man kann wohl jetzt behaupten, dafi man recht genaue und sichere Angaben iiber diese Eigenschaft des Wolframs besitzt. Aus den Messungen von von Wartenberg ergibt sich die wahre Schmelztemperatur des Wolframs zu 2900 ° C (,,Ber. d. Deutsch. chem. Ges." 1907, S. 3287; ,,Verh. d. Deutsch. physik. Ges.", Bd. XII, Nr. 3 [1909]). Aus letzter Zeit liegt eine Bestimmung des Wolframschmelz- punktes von von Pi rani und Meyer vor, welche den Schmelzpunkt zu 2965 ° C bestimmt haben (,,Verh. d. Deutsch. physik. Ges." 1912, S. 426). Auch Otto Ruff (,,Zeitschr. f. angew. Chemie" 1912, S. 1894) bestatigt diese Angaben. Das spezifische Gewicht des geschmolzenen Wolframs wird ubereinstimmend zu 18,70 angegeben. Durch Be- arbeitung nimmt das spezifische Gewicht des Metalles zu, und C. G. Fink (Vortrag, gehalten anlafilich der 17. Generalversammlung der Americ. El. Chem. Soc. in Pittsburg am 5. Mai 1910) findet beim gezogenen Wolfram folgende Werte:
MQller, Metalldrahtlampen. 3
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Durchmesser des Wolframdrahtes Spezifisches Gewichl 3,75 mm 19,30,
0,25 „ 19,58—19,64,
0,038 „ 19,86 — 20,19.
Der elektrische Widerstand betragt bei 25 ° C fiir hartgezogenes 6,2, fiir ausgegluhtes Wolfram 5,0 Mikroohm/ccm. Der Temperatur- koeffizient der elektrischen Leitfahigkeit betragt zwischen o bis 170 ° C 0,0051 pro i ° C. Der Warmeausdehnungskoeffizient ist sehr klein und betragt nur 336-10— 8, ist also mehr als zweimal so klein wie der des Platins. Die spezifische Warme des Metalles ist nach Defacqz und Guichard (,,Ann. Chim. Phys.", Bd. 24, S. 139) bei 99,81 bis 99,87 prozentigem Wolfram bei TOO ° C — 0,0340, 260 ° C — 0,0360, 430 ° C — °)°375» woraus sich die Atomwarme zu 6,26, 6,62 und 6,9 ergibt. Die Zugfestigkeit des Wolframdrahtes ist besonders groB (C. G. Fink, 1. c.) und wachst mit der Bearbeitungs- menge.
Durchmesser des ^
Wolframdrahtes o»i25 0,070 0,038 0>°3°>
in Millimeter J
Zugfestigkeit -j
in Kilogramm pro > 322 — 343 336 — 371 385 — 420 406 — 427. Quadratmillimeter J
Das Wolfram ist paramagnetisch. An der Luft ist das Wolfram bestandig und behalt seinen Glanz unbegrenzt lange. Es oxydiert sich erst bei hoherer Temperatur, wobei es, ahnlich dem Eisen, Anlauffarben bekommt. Die Reihenfolge derselben ist Gelb, Braun, Blau bis Gelb der Farbe des WO%. Durch Wasserdampf wird das Wolfram erst bei Rotglut angegriffen. Salzsaure und Schwefelsaure greifen das Metall gar nicht an, Konigswasser und Salpetersaure nur sehr schwach. Das Metall I6st sich leicht in geschmolzenen Nitraten und Nitriten. Diese Eigenschaft wird zum Anspitzen der Wolframdrahte beim Ziehverfahren benutzt. Ein in geschmolzenes Kaliumnitrit eingetauchter Wolframdraht reagiert mit der Schmelze so heftig, dafi er in Rotglut gerat. Oxydierende alkalische Losungen, wie alkalisches Wasserstoffsuperoxyd, alkalisches Kaliumferrizyanid usw. losen das Wolfram recht gut auf. Von den Halogenen wird das Wolfram erst bei hoheren Temperaturen angegriffen. Alle oben angefuhrten Eigenschaften beziehen sich auf das kompakte, durch Sinterung oder Schmelzen erhaltene, eventuell auch mechanisch behandelte Wolfram. Bei der Beschreibung der verschiedenen Ver-
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fahren zur Herstellung der Leuchtkorper fur Gluhlampen aus Wolfram sollen noch andere bemerkenswerte Eigenschaften dieses Metalles erwahnt werden.
Das Molybdan, seine Darstellung und Eigenschaften.
Fur die Gluhlampenindustrie besitzt auch das Schwesterelement des Wolframs, das Molybdan, grofie Bedeutung. Als Material fur Leuchtkorper, wie es in fast alien Patenten gleichzeitig mit dem Wolfram vorgeschlagen wird, ist es kaum zu verwenden. Hingegen hat sich das Metall fur Halterzwecke als auBerordentlich brauchbar enviesen, so dafi die Herstellung des Metalles in vielen Fabriken einen wichtigen Fabrikationszweig darstellt. Die Erze, in welchen das Molybdan vorkommt, sind auf der ganzen Erde verbreitet. Die Mineralien, aus denen die Erze hauptsachlich bestehen, sind meistens Salze der Molybdansaure. Die wichtigsten Molybdan- mineralien sind: Der Molybdanit J/oS2, auch Molybdanglanz oder Wasserblei genannt. Es findet sich auf Zinnerzlagerstatten und in Magneteisenlagern in Gotthard, Zinnwald (Bohmen), Altenberg (Sachsen) usw. Wulfenit oder Gelbbleierz Pb Mo O4 findet sich in Karnten (Bleiberg, Schwarzenbach), Ruskitza, Annaberg, Schneeberg, Baden weiler usw. Powellit CaMoO±. Vorkommen: Peacock -Erz- gang im Distrikt der „ Seven Devils "-Mine im westlichen Idaho. Auch Molybdanoxyde kommen als Mineralien vor, so z. B. als Molybdanocker MoO§ oder Ilsemannit (MoO^ '^Mo O3). Die Dar- stellung der Molybdansaure aus den Erzen gelingt leicht auf ver- schiedene Weise. Sehr leicht ist die Verarbeitung des Molybdanits auf Mo O3 . Man braucht zu diesem Zwecke den Molybdanit im Luftstrom zu erhitzen, bis alles oxydiert und das Mo OB sublimiert ist. Man kann auch durch Rosten des fein zerriebenen Molybdanits, dem man gleiches Volum reinen Sandes zugefugt hat, das MoS^ in Mo O3 umwandeln und mit Ammoniak das ganze Mo O3 in Losung bringen. Aus Gelbbleierz kann das Mo O3 sowohl durch die Zer- setzung des Minerals mit Sauren, wie auch durch die Zersetzung mit Alkalikarbonaten oder Alkalibisulfiden gewonnen werden. Die Molybdansaure wird durch Fallung von molybdansaurem Ammon mit Sauren gewonnen. Auch durch einfaches Erhitzen des molybdan- sauren Ammons entsteht das Molybdantrioxyd unter Abspaltung von Wasser und Ammoniak. Das Molybdantrioxyd ist ein weifies Pulver. Es sublimiert bei Rotglut. Zur Darstellung des Metalles aus dem Molybdantrioxyd kann man fast alle Methoden anwenden, die auch bei der Darstellung des Wolframs aus Wolframtrioxyd gebrauchlich
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sind. Vornehmlich wird das Metall durch Reduktion des Oxydes im Wasserstoffstrom dargestellt. Die Reduktion mufi infolge der Fluchtigkeit des Oxyds, insbesondere zu Beginn, bei recht defer Temperatur, etwa 500 ° C, ausgefuhrt werden, zum Schlufi steigert man die Temperatur bis zur hellen Rotglut. Das Molybdanmetall besitzt im allgemeinen dem Wolfram ahnliche Eigenschaften. Durch Reduktion aus Mo O3 hergestellt, stellt es ein schwarzes bis hell- graues Pulver dar, welches geschmolzen oder gesintert ein silber- weifies, weiches Metall darstellt, das sich insbesondere in derWarme sehr gut zu Draht und Blech verarbeiten lafit. Das spezifische Gewicht des gezogenen Drahtes von 0,25 mm Durchmesser ist 10,04, bei 0,037 mm Durchmesser 10,29. Vor dem Ziehen betragt das spezifische Gewicht 10,02. Der elektrische Widerstand des duktilen Molybdans betragt bei 25 ° C 5,6 Mikroohm fur hartgezogenen, 4,8 Mikroohm fur angelassenen Draht. Der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes (o bis 170 ° C) ist 0,050 pro i ° C. Die Zugfestigkeit des Molybdandrahtes betragt bei einem Draht von 0,125 mm Durchmesser 144 bis 187 kg/qmm, bei solchem von 0,037 mm Durchmesser 194 bis 244 kg/qmm; es nimmt also die Zugfestigkeit des Drahtes ebenso wie das spezifische Gewicht mit der Bearbeitungsmenge zu (C. G. Fink, ,,Am. Electroch. Soc. Met. Chem. Engin.", Bd. 8, S. 341 [1910]). Die spezifische Warme des Molybdanmetalls ist 0,055 (Richards und Jackson, ,,Zeitschr. f. physik. Chemie", Bd. 70, II. Arrheniusband, S. 414). Der Schmelz- punkt ist 2450 ° C + 30 ° C (Pirani und Meyer, ,,Verh. d. Deutsch. physik. Ges.", Bd. 14, S. 426 [1912]). Das Molybdanmetall behalt seinen Glanz an der Luft fast unbegrenzt lange. Beim Erhitzen lauft es zuerst gelb, dann braun, blau, blaurot bis schwarz an, hSher erhitzt, fangt es an unter Ausstofien von schweren, weifien Dampfen zu Molybdantrioxyd zu verbrennen. Wasser greift das Molybdanmetall nicht an. Luftfreier Wasserdampf lafit das Mo- Metall auch bei Rot- glut unverandert. Sauren greifen das Molybdan im allgemeinen leichter an als Wolfram. Sowohl verdunnte wie konzentrierte Salpetersaure greift das Metall leicht an. Durch Salzsaure und Schwefelsaure wird das Molybdan nur sehr wenig angegriffen. Die geschmolzenen Oxydantien, wie Natriumnitrat und -Nitrit, Natriumsuperoxyd, Kaliumbisulfat usw., greifen das Molybdan unter Bildung von Molybdaten sehr energisch an. Nitrate bilden gleich- zeitig NO, Nitrite N2, welches unter Sieden der Schmelze ent- weicht. Das Molybdanmetall gerat infolge der heftigen Reaktion in Glut.
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Verfahren zur Herstellung von Wolframleuchtkorpern fur Gluhlampen.
In den folgenden Ausfuhrungen werden nur die wichtigsten Verfahren, welche in der Praxis Eingang gefunden haben, eingehend behandelt werden. Es ist nicht die Absicht des Verfassers, ein voll- standiges Bild iiber alle bekannten Wolframpatente , die in uberaus grofier Zahl vorhanden sind, zu geben. Ubrigens besitzen wir bereits eine sehr gute Zusammenstellung der alteren Wolframpatente in dem ausgezeichneten Buche von Dr. Heinrich Leiser (Wolfram, eine Monographic, Verlag von Wilhelm Knapp, Halle a. S. 1910). Wohl haben durch die in neuester Zeit bekanntgewordene Duktili- sierung des Wolframs auch die wichtigsten alteren Verfahren ihre Bedeutung fast ganzlich verloren. Es scheint dem Verfasser jedoch aus historischen und praktischen Grunden immer noch unerlafilich, auch die alteren Verfahren zu besprechen. Um mit einem Gebiete vertraut zu sein, dazu gehort nicht nur die Kenntnis der allerneuesten Er- rungenschaften, sondern auch der geschichtlichen Entwicklung. Gar oft kommt es vor, dafi die Kenntnis alter verlassener Methoden Erfinder und Forscher zu neuen, glanzenden Erfolgen fuhrt. Die Verfahren, welche zur Herstellung von Wolframleuchtkorpern fuhren, kann man in folgende einteilen: i. Das Substitutionsverfahren, 2. das Spritzverf ahren , 3. Legierungsverfahren , 4. Mechanische Verfahren.
Das Substitutionsverfahren.
Die Erfinder dieses Verfahrens, mit welchem das Wolfram zum erstenmal als Leuchtkorpermaterial in Vorschlag gebracht wurde, sind Dr. Alexander Just und Franz Hanaman in Wien (D. R. P. 154262 vom 15. April 1903). Das Prinzip des Verfahrens beruht darauf, dafi ein gluhender Kohlenfaden in einer Atmosphare von Wolframoxychloriden und Wasserstoff sich in einen Faden aus reinem Wolfram umwandeln laBt. Die Ausfuhrung und der Vor- gang des Verfahrens ist folgender: Unter einer Glasglocke wird in einer passenden Klemmvorrichtung ein Kohlenfaden festgeklemmt und durch elektrischen Strom auf helle Rotglut erhitzt. Im unteren Teil der Glocke befindet sich ein Gefafi mit Wolfram oxychlorid, welches erhitzt wird und die Glocke mit Dampfen von Oxychloriden erfullt. Gleichzeitig wird ein schwacher Strom von Wasserstoff durch den Gasraum der Glocke geleitet. Der gluhende Kohlenstoff entzieht nun dem Wolframoxychlorid den Sauerstoff, wahrend der Wasserstoff das Chlor bindet. In der chemischen Formelsprache lautet der Vorgang:
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WO2 C/2 + C + H2 = W+ 2 CO + 2//C7; T^OC/4+ C+2//2== IF-f CO + ^HCl.
Wir sehen, dafi bei diesem Prozesse aus dem Oxychlorid sich metallisches Wolfram ausscheidet. Die Ausscheidung geschieht gerade an der Stelle, an welcher eben der Kohlenstoff zu Kohlenoxyd ver- brannt wird, es tritt also gleichsam eine Ersetzung, Substitution des verschwindenden Kohlenstoffes durch Wolfram ein. In kurzer Zeit ist der ganze Kohlenfaden mit einer Wolframhulle bedeckt. Bei der hohen Temperatur l6st der im Innern noch vorhandene Kohlenstoff das Wolfram zu einem Karbid auf und diffundiert auf die Ober- flache. Hier oxydiert er nun wieder und bringt aquivalente Mengen von Wolframmetall zur Abscheidung. Der Faden wird immer wolfram- hal tiger, der Kohlenstoff nimmt fortwahrend ab, schliefilich ist er ganz wegoxydiert. Es verbleibt ein Faden aus reinem Wolfram. Damit der Vorgang richtig ablauft, mufi die zugefuhrte Wasserstoff- menge sehr klein sein, da sonst der Wasserstoff neben dem Chlor auch den Sauerstoff, dieses zur Entfernung des Kohlenstoffes not- wendige Element des Wolframoxychlorids, selbst bindet. Das Resultat ist, dafi bei Gegenwart grofierer Wasserstoffmengen eine Hulle von Wolframmetall den gliihenden Kohlenstoff umkleidet, welcher bei dem Vorgang nicht entfernt wird, sondern als Kern des Fadens zuruckbleibt. Wolframfaden, die Kohlenstoff enthalten, sind fur Gluh- lampenzwecke vollig unbrauchbar, da das entstehende Wolframkarbid viel defer schmilzt als das reine Wolfram. Es ist also beim Sub- stitutionsverfahren besonders wichtig, den Kohlenstoff ganzlich zu entfernen. Oft geschieht es, dafi auch bei Anwendung geringer Mengen Wasserstoffgas neben Wolframoxychlorid der Kohlenstoff nicht bis auf die letzten Spuren entfernt wird. Es mufi dann der Faden einer Nachbehandlung unterworfen werden. Die Nachbehand- lung (D. R. P. 184379 vom 9. Juli 1905) kann darin bestehen, dafi man die formierten Faden in einem Tiegel in ein feines Pulver von niederen Wolframoxyden einbettet und auf etwa 1600 ° C erhitzt. Dabei vollzieht sich die Oxydation des in den Faden enthaltenen Kohlenstoffes auf Kosten des Sauerstoff es der Wolframoxyde nach f olgendem Schema : 2 C -f- WO = W -\- 2 CO. Hierbei scheidet sich das Wolfram nur als loses Pulver in der Nahe der Faden ab. Nach mehrstiindiger Behandlung sind die Faden ganzlich kohlenstofffrei. Auch eine zweite Methode wurde von den Erfindern angegeben, nach welcher es moglich ist, den Kohlenstoff aus den Faden restlos zu entfernen (D. R. P. 193221 vom 9. Februar 1906). Diese Methode erinnert sehr an den Formierungsprozefi des Osmiums und die Ver-
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fahren der Auergesellschaft (D. R. P. 182683, 1905). Die nach dem Substitutionsverfahren dargestellten noch kohlenstoffhaltigen Wolfram- faden werden einer oxydierenden Behandlung in einer wasserdampf- haltigen Atmosphare unterworfen. Der Sauerstoff aus dem Wasser- dampf oxydiert nach dem Vorgang C -f- H^ O = CO -f- H2 den Kohlenstoff aus dem auf etwa H9o°C erhitzten kohlenstoffhaltigen Wolframfaden heraus. Das Substitutionsverfahren gibt auch die Moglichkeit , Wolframfaden von ungleichformigem Querschnitt zu egalisieren. Die Egalisierung wird an Faden ausgefiihrt, aus welchen der Kohlenstoff bereits ganzlich entfernt wurde. Der Prozefi wird auch in einer Wolframoxychlorid- oder Wolframhexachloridatmo- sphare ausgefuhrt, nur wird diesmal mehr Wasserstoff zugefuhrt, als beim Substitutionsprozefi der Fall war, da jetzt dem Wasserstoff allein die Rolle zufallt, das Oxychlorid bezw. Hexachlorid zu redu- zieren. Der Faden von ungleichformigem Querschnitt wird durch elektrischen Strom auf helle Rotglut erhitzt. Hierbei gluhen die Stellen von geringerem Querschnitt heller und scheiden deshalb aus der umgebenden Atmosphare mehr Wolfram aus als die dunkler gluhenden, dickeren Partien. Infolgedessen wird nach kurzer Zeit der Querschnitt des Fadens vollkommen gleichmaBig. Der Reduk- tionsvorgang der Wolframoxychloride bezw. des Wolframhexachlorids spielt sich in folgender Weise ab:
TFOo C/o -f 3 H2 = W+zH2 O + 2.HCI;
WOCl± + 3H*=W+H20 + 4HCl; JFC/6 + 3 H« = W+ 6 HCL Das Substitutionsverfahren wurde in der Form, wie soeben beschrieben, in der Technik praktisch kaum in groBerem Mafistabe ausgefuhrt. Das Verfahren, mag es von noch so grofiem theore- tischen Interesse sein, hat sich als zu umstandlich und mit dem viel einfacheren Spritzverfahren als kaum konkurrenzfahig erwiesen. Wir sehen auch in der Folge, wie die Erfinder und Inhaber des Sub- stitutionsverfahrens Patente anmelden, die immer mehr den Charakter des gewohnlichen Wolframspritzverfahrens annehmen. Die Gesell- schaften, welche nach dem Verfahren fabrizierten, haben auch Gluh- lampen in den Handel gebracht, deren Leuchtkorper rohrenformige Gebilde waren. Solche Wolframfaden sind nach dem Substitutions- verfahren leicht herzustellen, indem man auf dem Trager aus Kohle einen Mantel aus Wolfram herstellt und nachtraglich die Seele aus Kohle durch Oxydation vollstandig entfernt. Solche rohrenformige Leuchtkorper besafien natiirlich einen grofieren elektrischen Wider- stand als die gewohnlichen massiven Wolframdrahte, und man konnte deshalb schon mit drei solchen hohlen Faden eine no Volt-Lampe
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konstruieren. Die hohlen Wolframfaden haben sich aber in der Praxis nicht bewahrt, da die Wande der Faden beim Brennen oft zusammenfielen , die Belastung der einzelnen Partien des Leucht- korpers sehr ungleichmafiig wurde und schnell zur ZerstSrung des Fadens fuhren mufite.
Die Wolframspritzverfahren.
Die grOfite praktische Bedeutung fur die Herstellung von Wolframgluhk6rpern batten bis vor kurzem die Verfahren, welche man mit dem allgemeinen Namen Wolframspritzverfahren bezeichnen kann. Als Wolframspritzverfahren sind alle diejenigen Verfahren zu bezeichnen, bei welchen Wolfram oder Wolframverbindungen , mit den verschiedensten Bindemitteln zu einer Paste vereint, unter hohem Druck zu Faden geprefit werden, welche dann durch geeignete Nach- behandlung in Drahte aus reinem Wolfram umgewandelt werden. Das W'olfram wird den Pasten in Form von feinstem Pulver ein- verleibt. Die W^olframverbindungen mussen durch Wasserstoff zu Wolfram reduzierbar sein. Die Wahl der W'olframverbindungen an Stelle des reinen Wolframs wird im allgemeinen in der Weise getroffen , dafi Verbindungen gewahlt werden , welche sich zu klebenden, zahen und plastischen Massen gestalten lassen und somit die Anwendung eines separaten Bindemittels uberflussig machen. Als Bindemittel konnen die verschiedensten Substanzen verwendet werden. So k6nnen organische oder anorganische Klebstoffe oder plastische Massen, Kolloide und schlieBlich sogar Metallmischungen, welche bei bestimmten Temperaturen plastische Eigenschaften an- nehmen, als Bindemittel zur Anwendung gebracht werden. Die Wolframspritzverfahren kann man also einteilen: i. Verfahren mit organischen Bindemitteln, 2. Verfahren mit anorganischen Binde- mitteln, 3. Kolloidverfahren, 4. Amalgamverfahren.
Verfahren mit organischen Bindemitteln. Zu dieser Gruppe zahlen die wichtigsten und praktisch erfolg- reichsten Patente. Man kann wohl behaupten, dafi nach dem Spritz- verfahren mit organischen Bindemitteln vor der Einfuhrung des Wolframziehverfahrens der weitaus grofite Teil aller Wolframlampen fabriziert wurde. Das Prinzip des Verfahrens wurde von dem identischen alten Osmiumpasteverfahren ubernommen und nur fiir das Wolfram adaptiert. Deshalb hatten die Gesellschaften , welche friiher die Osmiumlampe f abrizierten , die grofiten Erfolge zu ver- zeichnen. Die organischen Bindemittel haben vor den anorganischen
den Vorteil der grofien Bindekraft, so daB der Zusatz geringster Mengen von Substanzen, wie Gummi, Tragant, Zucker, Kasein, Kollodium usw. geniigt, um grofie Mengen Wolframpulver zu plastischen Massen zu vereinen. Das ganze Verfahren wird un- gefahr auf folgende Weise ausgefuhrt: Ganz feinpulveriges und fein- gesiebtes Wolfram wird mit einer wasserigen Losung eines oder mehrerer organischer Klebstoffe versetzt und mit diesen fein ver- ruhrt. Die dunnflussige Mischung wird unter standigem Digerieren am Wasserbade eingedampft, bis eine sehr zahe, plastische Masse zuriickbleibt. Diese Masse wird mit der Hand tuchtig durchknetet und der so erhaltene Klumpen so lange am Wasserbade getrocknet, bis die richtige Zahigkeit und Konsistenz erreicht ist. Durch lange Erfahrung vermag der Arbeiter solche Fasten mit grofier Gleich- mafiigkeit herzustellen. Die fertigen Fasten werden nun zu Faden geprefit. Zu diesem Zweck wird die Paste zwischen den Hand- flachen zu einem fingerdicken, walzenformigen Gebilde gestaltet und in einen passenden, dickwandigen Stahlzylinder eingefuhrt. Der untere Teil des Zylinders ist durch eine Stahlfassung verschraubt, in deren Mitte sich eine Diamantduse befindet. Von oben wird nun in den Stahlzylinder ein feingeschliffener und luftdicht passender Stahlstempel eingefuhrt und ganz langsam vermittelst einer starken Handpresse oder einer hydraulischen Presse heruntergedruckt. Eine Handfadenpresse, von der Firma Gebr. Koppe in Berlin fabriziert, stellt Fig. 17 dar. In der Abbildung sieht man auch den Prefizylinder samt Stempel und Mutter, in welcher sich die Prefiduse befindet. Fig. 18 zeigt eine durch das D. R. P. 212615 von Jon- Prig&e i*1 Munchen geschutzte Fadenpresse in verbesserter Form. Bei den gewormlichen Fadenpressen machten sich zwei Umstande besonders unangenehm bemerkbar. Der erste besteht in der raschen Abnutzung des Stempels und Prefizylinders , der zweite darin, daB die PreB- masse infolge des hohen Druckes in die feinsten Fugen eindringt und oft zwischen Dusenfassung und Zylinderboden in die Gewinde- gange der AbschluBmutter gelangt, wodurch das Losen derselben haufig unmogiich wird. Diese Ubelstande werden durch Verwendung der Fadenpresse nach Prigge vollkommen vermieden. In den unteren Teil des Prefizylinders ist ein auswechselbarer, konischer Einsatz C aus glashartem Stahl eingepaBt. Die Duse D bezw. die Dusenfassung ist kugelformig gestaltet und in die entsprechend geformte Abschlufiflache des Einsatzes C eingeschliffen. Durch An- ziehen der Abschlufimutter wird bei dieser Anordnung eine voll- standig sichere Abdichtung zwischen Einsatzboden und Dusenfassung
erreicht. — Unter dem hohen Druck, welcher sich hauptsachlich nach der Gr6fie der Dusenoffnung richtet, spritzt aus der Diise em weicher, jedoch geniigend fester Faden hervor, welcher zickzackformig auf hin und her gefuhrten Pappen aufgefangen wird. Nun werden die Faden auf den Pappscheiben belassen und in einem Ofen bei etwa 150 ° C getrocknet. Dadurch werden sie so hart und elastisch, dafi sie sich bequem zu Bugeln zerschneiden und in Eisenschiffchen , ohne die Form zu verandern, zusammenlegen lassen. Die Eisenschiffchen werden nun in ein Eisen- rohr eingefiihrt, durch welches Wasserstoff
Fig. 17-
oder ein Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff stromt. Das Eisen- rohr wird mit Hilfe eines Gasgeblases zur Rotglut gebracht, wobei der grofite Teil des in den Faden enthaltenen Klebstoffes in Form von Teer und Wasserdampf entweicht. Es bleiben zum Schlufi im Eisenschiffchen Faden zuruck, welche hauptsachlich aus Wolfram und nur zum geringen Teil aus Kohle bestehen. Die Kohle, welche von dem verkohlten Bindemittel herruhrt, bewirkt eine recht betracht- liche Festigkeit der Faden, so dafi man mit diesen bei den nach- folgenden Operationen ohne besonderen Bruch handhaben kann. Die Faden werden jetzt der Formierung unterworfen. Diese Ope- ration ist besonders wichtig und interessant. Das Formieren bewirkt
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die Uberfuhrung des kohlenstoffhaltigen Wolframfadens in einen Draht aus ganz reinem Wolfram. Zu diesem Zwecke wird der Roh- faden unter eine Glasglocke, den Formierzylinder, gebracht und ver- mittelst Klemmen an eine elektrische Stromquelle geschaltet. Das untere Ende des Fadenbugels wird mit einem passenden Gewicht beschwert, damit der Faden sich wahrend des Formierprozesses nicht verbiegt, sondern schon gerade gestreckt wird. Der Formierzylinder wird von wasserdampfhaltigem Wasserstoff, dem zur Verdunnung grofiere Mengen Stickstoff beigemischt sind, durchstromt. Der Zusatz von Stickstoff ist aus dem Grunde vorteilhaft, weil dadurch erstens der Wasserstoffverbrauch geringer wird, aufierdem groBe Strom- ersparnisse zu erzielen sind, da der reine Wasserstoff ein vortreff- licher Warmeleiter ist und als solcher den gliihenden Faden derart abkuhlt, dafi ein verhaltnismafiig viel groBerer Strom als im Stick- stoff-Wasserstoffstrom verwendet werden mufi, um den Faden auf die gleiche Temperatur zu erhitzen. Ist der Formierzylinder geniigend mit Formiergas (so wird namlich das Gasgemisch genannt) gespiilt, so wird der Faden unter Strom gesetzt und zuerst auf helle Rotglut, etwa noo°C, gebracht. Hierbei spielt sich ein Oxydationsvorgang ab, indem der im Rohfaden enthaltene Kohlenstoff auf Kosten des im Wasserdampf vorhandenen Sauerstoffs zu Kohlenoxyd verbrennt: C-f- H2O = CO -j- H2. Das Wolfram wird vom Wasserdampf bei diesen Temperaturen infolge der Gegenwart von Wasserstoff nicht angegriffen. In kurzer Zeit wird der gesamte Kohlenstoff weg- oxydiert und es verbleibt ein mattgrauer Wolframdraht von metall- schwammartiger Struktur zuruck. Die Zeitdauer, welche zur voll- standigen Entfernung des Kohlenstoff s notwendig ist, richtet sich nach der Dicke des zu formierenden Fadens und dem Partialdruck des Wasserdampfes. Bei dicken Faden ist es deshalb vorteilhaft, zur Beschleunigung des Formiervorganges das Formiergas hinreichend mit Wasserdampf zu sattigen, etwa dadurch, dafi man vor dem Eintritt in den Formierzylinder das Formiergas durch ein mit Wasser gefulltes Gefafi streichen lafit. Dieselbe Wirkung wie der Wasser- dampf hat auch ein entsprechender Zusatz von Kohlensaure, welche mit dem Kohlenstoff des Rohfadens auch Kohlenoxyd bilden kann: CO2 -f- C = 2 CO. Bei dunneren Faden , wie solche hauptsachlich fur Gluhlampen in Betracht kommen, ist ein besonderer Zusatz von Wasserdampf oder Kohlensaure zum Formiergas nicht erforderlich. Dafur geniigt schon die geringe Menge von Sauerstoff oder Wasser- dampf, welche in jedem Formiergas als Verunreinigung enthalten ist. So kommt es, daB viele Firmen die Bedeutung des Wasserdampf-
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formierprozesses , welcher der Auergesellschaft durch Patente ge- schutzt war, unterschatzt haben, indem sie glaubten, dafi die Ent- fernung des Kohlenstoffs auch bei der Formierung der Rohfaden in vollig sauerstoff- und wasserdampffreien Atmospharen gelingt. Sie glaubten, dafi der Kohlenstoff mit dem Wasserdampf des Formier- gases sich zu Methan vereinigt - - C -\- 2 H2 — *• CH^ - - und dafi auch auf diese Weise die Entfernung des Kohlenstoffs aus dem Roh- faden gelingt. Dafi dies praktisch nicht der Fall sein kann, beweist die Tatsache, dafi bei Gegenwart der geringsten Spuren von Methan im Formiergas gerade der entgegengesetzte Vorgang stattfindet, d. h. das Methan zerfallt in Wasserstoff und Kohlenstoff, welcher mit dem Wolfram ein Karbid bildet. Freilich ist es auch prinzipiell m5glich, da es sich beim Zerfall des Methans offenbar um ein reversibles Gleichgewicht handelt, dafi auch der entgegengesetzte Vorgang, wenn auch in verschwindendem Mafie, stattfindet. Gerade in der aller- letzten Zeit wurden von .Wl. Ipatiew (,,Journ. f. prakt. Chemie" 1913, Bd. 87, S. 479 bis 487) Bedingungen aufgefunden, bei welchen die Synthese des Methans gelingt. Bei hohen Drucken findet die Synthese des Methans aus Kohle und Wasserstoff bei Gegenwart von reduziertem Nickel als Katalysator bei 510 bis 520° C statt. Dafi auch Wolfram ahnliche katalytische Wirkungen ausiiben konnte, scheint sehr wahrscheinlich. Demnach durfte bei den eben erwahnten Bedingungen eine Formierung mit reinem Wasserstoff als moglich zu betrachten sein. Bei den gewohnlichen Bedingungen der Formierung geht die Bildung des Methans jedoch in derart verschwindend geringem Mafie vor sich, dafi an eine praktische Ausiibung eines solchen Verfahrens gar nicht zu denken ware. In den grofien Prozessen, welche die Auergesellschaft mit den Firmen fiihrte, ist es ihr auch gelungen, nachzuweisen, dafi in einem vollig von Wasser- dampf und Sauerstoff befreiten Formiergas die Entfernung des Kohlen- stoffs aus dem Rohfaden bei der in Betracht kommenden Temperatur von etwa 1100° C und dariiber nicht gelingt. Bei viel hoheren Temperaturen tritt auch ein anderer Vorgang ein, welcher auch zur Entfernung des Kohlenstoffs aus dem Rohfaden fuhrt, die Zyan- bildung. Bei der hochsten Weifiglut, 1900 bis 2000 ° C, verbindet sich namlich der Kohlenstoff mit dem im Formiergas enthaltenen Stickstoff zu Dizyan: 2 C -\- N2 — (C/V).,, welches Gas weggefuhrt wird. Auch dieser Vorgang wurde der Auergesellschaft (D.R.P. 194653 vom 12. August 1905) fur die Entfernung des Kohlenstoffs aus dem Rohfaden geschutzt. Ist durch den Formierprozefi der gesamte Kohlenstoff entfernt, so wird nunmehr der Wolframfaden stufenweise
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auf die hochste Glut gebracht. Der Faden sintert dabei sehr zusammen und wird wesentlich kurzer. Die endgultige Formiertemperatur liegt viel hoher als die Temperatur, welcher der Wolframdraht in den Gluhlampen selbst ausgesetzt wird. Dies ist deshalb notwendig, damit der Faden beim Brennen in der Lampe sich nicht weiter ver- andert und dadurch etwa die Lebensdauer der Lampe ungunstig beeinflufit. Der fertig formierte Wolframdraht besitzt eine glanzende, metallische Oberflache und zeigt alle Eigenschaften der reinen Metalle.
Fig. 19. Formierapparat fQr Wolframfaden.
Er ist aber sehr sprode und briichig und wird nur bei dunkler Rotglut ganz weich und biegsam. Die Formierdauer betragt bei gewphnlichen Faden etwa 3 Minuten. Einen Formierapparat, in welchem einige Faden auf einmal formiert werden konnen, zeigt Fig. 19 (Fabrikat der Firma Gebr. Koppe in Berlin). Durch einen besonderen Kunstgriff gelingt es auch beim Formieren, aus den gewohnlichen vollen Rohfaden hohle, rohrenformige Wolframdrahte herzustellen (D. R. P. 193292, 1906). Zu diesem Zwecke wird der Faden nicht allmahlich stufenweise, sondern moglichst rasch auf die hochste Formierglut gebracht. Bei dieser Behandlung entsteht an der Oberflache des Rohfadens sehr schnell ein starrer Mantel aus Wolframmetall, welcher nicht mehr in gleichem Mafie mit dem noch
unveranderten Innern welter zusammenschrumpfen kann. Dadurch entsteht im Innern des Fadens, seiner ganzen Lange nach, ein Hohl- raum. Praktische Bedeutung haben die hohlen Wolframf aden , wie vorhin erwahnt, nicht erlangt. Von einigem Interesse ist noch die Tatsache, dafi fur die Formierung g'anz dtinner Drahte nur Gleich- strom verwendet werden kann (Deutsche Anmeldung D. 16373, VIII, vom 21. Oktober 1905). Bei der Formierung solcher Faden mit Wechselstrom macht sich der Einflufi des Erdmagnetismus auf die leichten und vom starken Strom durchflossenen Gebilde unangenehm bemerkbar, indem durch diesen die Faden oft verdreht und ver- zogen werden.
Alle anderen Methoden, welche sich auch organischer Binde- mittel zur Herstellung der Wolframfaden bedienen, versuchen auf verschiedenen Wegen der Notwendigkeit der Wasserdampfformierung auszuweichen. Zu diesem Zweck werden vielfach organische Binde- mittel vorgeschlagen , welche bei der trockenen Destination der geprefiten Faden, ohne zu verkohlen, sich verfliichtigen und einen nur aus reinem Wolfram bestehenden Faden zurucklassen. Hierher gehort das Patent!] von Dr. Majert (D. R. P. 233945), welcher Wolfram- saureglyzerinester verwendet, und die Patente von Johann Lux (D. R. P. 194171), welcher die Verwendung von Kampfer oder Pinen- chlorhydrat als Bindemittel schutzen liefi. Zu erwahnen ist hier noch das Verfahren von Dr. Aladar Pacz (D. R. P. 245190 vom 12. Juni 1909). Hiernach wird eine Ammoniumwolframatlosung mit Salzsaure und Gallusgerbsaure gefallt. Der entstehende schwarzblaue Niederschlag, welcher im wesentlichen die Verbindung //6TF^C9O3 darstellt, lafit sich sehr gut durch Diamantdusen zu Faden pressen. Beim . Gluhen der Faden zerfallt die Verbindung unter Entwicklung von Kohlenoxyd und Benzoldampf und lafit reines Wolframmetall zuruck. Der Zerfall geht nach folgendem Schema vor sich: //6TF2C9O3 = TF2 + C6//6 + 3 CO. - - Der Vorteil der Erfindung soil auch darin bestehen, dafi die nach diesem Vorgang hergestellten Faden unter starker Schrumpfung zusammensintern (Schrumpfung etwa 75 % der benutzten Diisengrofie), wodurch sich dieses Ver- fahren zur Herstellung sehr dunner Drahte besonders gut eignet.
Nach anderen Verfahren wieder wird der Entkohlungsprozefi vermittelst der Wasserdampfformierung dadurch zu vermeiden gesucht, dafi der mit organischen Bindemitteln hergestellten Wolframpaste Verbindungen zugesetzt werden, welche mit der Kohle beim Gluhen in Wechselwirkung treten und diese in Form fluchtiger Verbindungen aus dem Wolframfaden ganzlich entfernen konnen. So wird z. B. der
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Wolframpaste Wolframtrioxyd oder Wolframdioxyd in solcher Menge zugesetzt, dafi diese genugt, um den ganzen Kohlenstoff als CO bezw. CS2 beim Formierprozefi zu entfernen. Gewohnlich wird sogar ein kleiner Uberschufi von diesen Verbindungen (WO%, WS.2) zugesetzt, da der zuruckgebliebene Rest leicht durch den Wasserstoff zu Wolfram reduziert wcrden kann (Dr. Just, D. R. P. 182766 vom I.November 1904). Hierher gehoren auch die Patente von Johann Lux (D. R. P. 193920 und 194894), nach welchen die Entkohlung vermittelst der Oxyde oder Sulfide leichtfluchtiger Metalle bewirkt wird. Der Spritzmasse wird hier Zinkoxyd oder Kadmiumoxyd bezw. die entsprechenden Sulfide dieser Metalle zugesetzt. Der Sauerstoff bezw. Schwrefel dieser Metalle tritt mit dem Kohlenstoff in Wechselwirkung unter Bildung fluchtiger Verbindungen, wahrend das gleichzeitig entstandene Zink- bezw. Kadmiummetall bei dem Formierprozefi aus dem Faden restlos herausdestilliert. Der Vorgang ist in chemischen Formeln ausgedruckt der folgende: TF+(Z», Cd)'0+C=W(Znt Cd)+CO;
W(Zn, Cd)==W+(Zn, Cd}; W+ 2 (Z», Cd} S + C= = W+ 2 (Z«, Cd) + CS,.
Das Verfahren soil noch den Vorteil besitzen, dafi man infolge der starken Schwindung aus verhaltnismafiig dicken Rohfaderi nach der Beendigung der Formierung ganz dunne Wolframdrahte erhalt.
Eine Reihe anderer Patente gibt Methoden an, nach welchen die Entkohlung der Wolframfaden durch Anwendung entsprechender Formiergase bewirkt werden kann. Ein solches Verfahren hat sich z. B. die Wolframlampen-Akt.-Ges. (D. R. P. 199040) schutzen lassen. Das Verfahren beruht darauf, dafi der Formierprozefi in einer Atmo- sphare sulfurierender und reduzierender Gase ausgefuhrt wird. So wird z. B. ein kohlenstoffhaltiger Wolframrohfaden in einer Gas- atmosphare erhitzt, in welcher neben dem Wasserstoff geringe Mengen von Schwef el wasserstoff sich befinden. Der Schwefelwasserstoff zerfallt infolge der Glut des formierten Fadens in Wasserstoff und Schwefel, welch letzterer sich mit dem Kohlenstoff zu dem fluchtigen Schwefelkohlenstoff vereinigt. Wohl wird bei diesem Prozefi auch das Wolfram zum Teil zu Schwefelwolfram umgew-andelt, jedoch wird dieses durch den gleichzeitig vorhandenen Wasserstoff wieder zu Metall reduziert. Ein anderes Verfahren dieser Art ist das Ver- fahren von Dr. Hollefreund (D. R. P. 210326 vom 26. Juni 1906). Das Patent schutzt dem Erfinder die Anwendung des in Form von Xitriden gebundenen Stickstoffs. Ein Nitrid, insbesondere das Phospham PN2 H, wird der Spritzmasse in entsprechender Menge
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zugesetzt. Die gluhenden Rohfaden zersetzen bei der Formierung das Phospham in 7V2, P und //2. Der Stickstoff verbindet sich mit dem Kohlenstoff zu Zyan, der Phosphor entfernt alle Spuren von Sauerstoff, und der Wasserstoff bewirkt die noch eventuell erforder- liche Reduktion.
Verfahren mit anorganischen Bindemitteln. Diese Verfahren haben den Vorteil, daB der Kohlenstoff hierbei ganzlich vermieden wird, wodurch man sich die Schwierigkeit der Entkohlung erspart. Als geeignete Bindemittel, welche mit Wolfram- pulver plastische Massen liefern, wurde z. B. von der Wolframlampen- Akt.-Ges. (D. R. P. 185585) Schwefel, von Wilhelm Heinrich (D. R. P. 214493) Schwefelphosphorverbindungen, von Dr. Joh. Schilling (D.R. P. 223498) Schwefelammonium und (D.R. P. 236554) Ammoniak, von Dr. Fritz Eisner (engl. Pat. 17469, 1910) Hydrazin vorgeschlagen. Bei diesen Verfahren, insbesondere dem Verfahren von Schilling, ist es notwendig, ein besonders feines, fast kolloidales Wolframpulver zu verwenden, wenn genugend plastische Massen 'erzielt werden sollen. Interesse verdierit noch das Verfahren von Johann Lux (D. R. P. 200938 vom 16. Juni 1905), welcher als Bindemittel kolloidale Wolframsaure oder Ammoniumwolframat ver- wendet. Diese Substanzen bilden mit wenig Wasser klebrige, zahe, gummiahnliche Flussigkeiten, welche, mit feinem Wolframpulver ver- •mengt, eine plastische Masse ergeben, die nach gewohnlicher Art zu Faden gespritzt werden kann. Zur Umwandlung der Rohfaden in Faden aus reinem Wolfram ist es nur erforderlich, dieselben bei Gegen- wart reduzierender Case zu formieren. In zahlreichen Patenten lafit sich die Firma Siemens & Halske in Berlin die Verwendung von plastischen anorganischen Wolframverbindungen, hauptsachlich Ammo- niumwolframate, als Pastematerial fur Wolframfaden schiitzen. Wir sehen, daB diese Patente sich kaum wesentlich von dem oben be- schriebenen Patent von J. Lux unterscheiden konnen. Dr. Leiser hat in seinem Buch: ,,Das Wolfram", S. 154, den Wert dieser Patente zur Genuge charakterisiert.
Wo If r am kolloid verfahren.
Wir gehen nun zur Besprechung des Wolframspritzverfahrens nach Dr. Hans Kuzel (D. R. P. 194348 vom 25. Juli 1905; D. R. P. 206911 vom 28. Juni 1908; D. R. P. 208599 vom 16. Oktober 1908) iiber. Dr. Kuzel benutzt in seinem Verfahren kolloidales Wolfram zur Herstellung von homogenen plastischen Massen, welche sich zu
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Faden spritzen lassen. Das kolloidale Wolfram stellt der Erfinder her, indem er feinstes Wolframpulver durch abwechselnde Behand- lung mit Sauren und Alkalien derart anatzt, dafi sich das Metall schliefilich in reinstem destillierten Wasser lost. Durch Zusatz von beliebigen Elektrolyten wird aus dieser kolloidalen Losung des Wolframs das gelatinose Wolframgel ausgefallt. Das Wolframgel besitzt eine grofie Klebekraft, so dafi man diesem grofie Mengen von gewohnlichem kristallinen Wolframpulver zusetzen und beide zu einer homogenen, plastischen Masse gestalten kann. Diese Masse, welche nur aus Wolf ramme tall und kolloidal gebundenem Wasser besteht, lafit sich zu Faden spritzen, welche durch einf aches Erhitzen im Vakuum oder inerter Atmosphare in Faden aus reinem Wolfram umgewandelt werden konnen. Die Erhitzung der getrockneten Wolframfaden vermittelst des elektrischen Stromes wird durch die Tatsache erschwert, dafi die Faden den elektrischen Strom fast gar nicht leiten. Diese Erscheinung wurde bereits fruher auch bei anderen kolloidalen Metallen beobachtet. Damit nun die Faden elektrisch leitend werden, werden dieselben auf etwa 80 ° C erhitzt, bei welcher Temperatur sich eine geringe Leitfahigkeit der Faden einstellt. Nun ist es moglich, einen wenn auch nur schwachen Strom durchzuschicken. Dadurch gerat der Faden in Glut, leitet den Strom immer besser und kann schliefilich bis auf hellste Weifi- glut erhitzt werden. Hierbei sintert der Faden sehr stark, sowohl seiner Lange nach, wie im Querschnitt, und bekommt das Aussehen eines glanzenden Metalldrahtes. Es gelingt auch auf anderen Wegen, den Kolloidfaden leitend zu machen. Man kann z. B. durch An- wendung eines Stromes, dessen Spannung wesentlich hoher ist als die gewohnlich fur die Formierung benutzte Spannung — mit etwa 1000 Volt - - einen Kolloidfaden zur Rotglut bringen und dadurch auch fur Strome von gewohnlicher Spannung leitend machen. Auch durch sehr hohes Erhitzen der Rohfaden in einem elektrischen Ofen gelingt es, diese derart zu sintern, dafi sie fur den elektrischen Strom leitend werden. Da der nach dem Kolloidverfahren her- gestellte Rohfaden aufier Wolfram nur noch Wasser enthalt, so genugt eine Erhitzung allein, um den Faden in einen Draht aus reinem Wolfram zu uberfuhren. Es ist deshalb prinzipiell moglich, die ganze Formierung im Vakuum auszufiihren. Vorteilhafter und einfacher ist es jedoch, die Formierung in einer reduzierenden Atmo- sphare durchzufiihren, da in dem Rohfaden immer noch betracht- liche Mengen von Oxyden enthalten sind, wie es bei kolloidalen Metallen fast immer der Fall ist, welche alsdann zu Wolfram redu-
MQller, Metalldrahtlampen. 4
ziert werden. Die Anwendung reduzierender Gasatmospharen zur Formierung der Kolloidfaden erscheint insbesondere da notwendig, wo ein absichtlicher Zusatz von kolloidalen Oxyden des Wolframs zur Paste, wie durch besondere Modifikation des Kolloidverfahrens vorgesehen (Zusatzpatent 205581 vom 4. August 1905), erfolgt 1st. Den nach dem Kolloidverfahren hergestellten Wolframdrahten wird, wie es sich aus dem Verfahren von selbst ergibt, die vollstandige Kohlenstofffreiheit als besonderer Vorteil nachgeruhmt. Es besteht aber kein Zweifel, dafi auch die nach dem Verfahren mit organischen Bindemitteln hergestellten Wolframdrahte ebenso ganzlich frei von Kohlenstoff hergestellt werden konnen. Als besonderer Nachteil des Wolframkolloidverfahrens kann hingegen diese Tatsache hervor- gehoben werden, dafi die nach diesem Verfahren hergestellten Wolfram- faden haufig im Innern Hohlraume enthalten, welche deren Qualitat und Lebensdauer ungiinstig beeinflussen. Aufierdem stellen sich beim Pressen der Faden aus der kolloidalen Wolframpaste durch die Diamantdiisen oft sehr betrachtliche Schwierigkeiten ein, die zum Teil auf die Entmischung der Kolloide bei dem hohen, beim Pressen angewendeten Druck zuruckzufuhren sind, welche Schwierig- keiten die Fabrikation nach diesem Verfahren im groBen aufier- ordentlich erschweren. Tatsachlich hatten die Firmen, welche nach diesem, an sich h6chst interessanten und originellen Verfahren ge- arbeitet haben, fast samtlich keinen gunstigen finanziellen Erfolg zu verzeichnen.
Das Amalgamverfahren.
Zu den Wolframspritzverfahren ist schliefilich das sogenannte Amalgamverfahren zu zahlen. Der Erfinder des Amalgamverfahrens ist W. D. Coolidge in Schenectady. Nach seinem Verfahren (engl. Pat. 23336, 1906) wird ein Amalgam, welches aus Quecksilber, Kadmium und Wismut besteht, als Bindemittel fur das Wolfram- pulver verwendet. Das Amalgam stellt bei gewohnlicher Temperatur ein festes, duktiles, silberweifies Metall vor, welches bei loobis i2o°C zu einer plastischen Masse wird. Zur Herstellung der Wolfram- amalgampaste wird das Amalgam in einem auf etwa i2o°C erhitzten Morser zum Schmelzen gebracht und diesem ungefahr die gleiche Menge feingesiebten Wolframpulvers unter standigem Umruhren mit dem Pistill portionenweise zugesetzt. Das Amalgam wird mit dem Wolframpulver so lange verrieben, bis eine vollstandig homogene Durchmischung zu einer silberweifien Paste erzielt ist. Diese Paste kann man nun erkalten lassen und nach Bedarf zum Pressen der Faden verwenden. Das Pressen geschieht in ahnlicher Weise wie
bei den anderen Spritzverfahren durch eine Diamantduse, nur wird in diesem Fall sowohl die Prefiform wie Duse durch eine. geeignete Vorrichtung auf etwa 100 ° C erhitzt. Aus der erhitzten Prefiform spritzt unter dem Druck der hydraulischen Presse ein silberglanzender Wolf ram amalgamfaden hervor und erstarrt sofort zu einem schonen, metallischen, biegsamen Draht. Derselbe wird zu biigelformigen Gebilden gestaltet und nun einer Behandlung unterworfen, durch welche die Entfernung des Quecksilbers , Kadmiums und Wismuts bewirkt wird. Zu diesem Zweck werden die btigelformigen Faden in einem Schiffchen in ein Glasrohr eingefuhrt und im Vakuum auf etwa 350 ° C erhitzt. Hierbei destilliert aus dem Faden das gesamte Quecksilber mit dem grofiten Teil des Kadmiums heraus und es bleiben graue, porose Wolframfaden zuruck, welche nur etwas Wismut und ganz geringe Mengen Kadmium enthalten. Die Faden werden hierauf in einem Eisenrohr, welches durch ein Geblase auf helle Rotglut erhitzt wird, im Wasserstoffstrom langere Zeit be- handelt, wodurch der grofite Teil der Fremdmetalle verdampft und clie Wolframfaden selbst eine wesentliche Verfestigung erfahren. Jetzt folgt das eigentliche Formieren der Faden, welches ahnlich verlauft wie das Formieren der nach anderen Spritzverfahren hergestellten Rohfaden. Die Faden werden im Vakuum, oder einfacher in einer Atmosphare inerter oder reduzierender Gase durch elektrischen Strom auf hohe Weifiglut erhitzt. Die letzten Spuren der in den Faden noch enthaltenen Fremdmetalle oder sonstiger Verunreinigungen verdampfen dabei, es tritt eine starke Sinterung ein, bis schliefilich ein fester, glanzender Draht aus ganz reinem Wolfram resultiert. Das Amalgamverfahren wurde eine Zeitlang von der General Electric Company in Amerika und der British Thomson Houston Co. in London ausgeubt. Das Verfahren scheint jedoch nach kurzer Zeit durch das gewohnliche Pasteverfahren mit organischen Bindemitteln ver- drangt worden zu sein.
Die Wolframfaden, welche nach den verschiedensten Spritz- verfahren hergestellt wurden, waren trotz der grofien chemischen Reinheit des Metalls sehr sprode und briichig. Wollte man die Form der fertigen Wolframdrahte verandern, so machte man sich dafur die Eigenschaft der Faden, in der Warme schon bei etwa 500 ° C bieg- sam zu werden, zunutze.
In neuester Zeit ist es gelungen, bei gewohnlichen Tempe- raturen biegsame und duktile Wolframdrahte nach dem gewohnlichen Wolframspritzverfahren herzustellen (Vereinigte Gluhlampen- und Elektrizitats-Akt.-Ges. in Ujpest. Ung. Patentanmeldung, Grundzahl:
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J. 1409 vom 8. Marz 1912). Die Erfinderin hat die Beobachtung gemacht, dafi durch Zusatz von Thoriumdioxyd zur gewohnlichen Wolframpaste beim Einhalten gewisser Vorsichtsmafiregeln sich ganz weiche und biegsame Drahte,' welche im wesentlichen aus Wolfram bestehen, nach dem gew5hnlichen Spritzverfahren herstellen lassen. Bei diesem Verfahren 1st vor allem die aufierst feine und gleich- maBige Verteilung der beiden Komponenten - - Wolfram, Thorium- dioxyd — in der Paste von grofiter Wichtigkeit. Zu diesem Zweck wird Wolframsaure mit der Lftsung der entsprechenden Menge Thor- nitrat (etwa .2 bis 5 Teile Thoriumdioxyd auf 100 Teile Wolfram- pulver) gut verruhrt und so lange unter standigem Ruhren am Wasserbade erhitzt, bis die breiige Masse ganz trocken wird. Hierauf wird die Masse pulverisiert und bei 300 bis 400 ° C zur vollstandigen Zersetzung des Thoriumnitrats erhitzt. Nun wird das Wolfram- trioxyd-Thoriumdioxydpulver in Wasserstoff in gew5hnlicher Weise reduziert. Die Erfinderin nimmt an, daB schon hierbei, also bei 1000 ° C, eine teilweise Reduktion des feinverteilten Thoriumdioxyds vor sich geht, was sehr wenig glaubhaft erscheint. Das reduzierte Pulver wird zu einer Paste mit einem gewohnlichen organischen Bindemittel verarbeitet und die daraus geprefiten Faden in gewohn- licher Weise karbonisiert und entkohlt. Nun folgt der wichtige Prozefi des Sinterns dieser Faden. Die Sinterungstemperatur wird so weit erhOht, als es der Faden ohne zu schmelzen uberhaupt ver- tragt. Die Atmosphare, in welcher die Sinterung ausgefiihrt wird, besteht aus vollkommen trockenem, sauerstofffreiem Wasserstoff. Wird nun die Sinterung unter solchen Verhaltnissen genugend lange fort- gesetzt, so bekommt man schliefilich einen Wolframdraht, der sich auch bei Zimmertemperatur wie ein weicher Kupferdraht biegen lafit. Dieser Effekt ist sehr auffallend, da bisher nach dem Pasteverfahren niemals duktile Wolframdrahte hergestellt werden konnten. Als Erklarung fur diese merkwurdige Erscheinung gibt die Erfinderin an, dafi das Thoriumdioxyd bei den aufierordentlich hohen Sinterungs- temperaturen in Gegenwart von Wolfram nach folgender Gleichung reduziert wird: Th O2 -j- W= Tk -j- WO2. Das entstandene Wolfram- dioxyd wird durch Wasserstoff wieder zu Metall reduziert, wahrend sich das gebildete Thoriummetall mit dem Wolfram legiert. Die Erfinderin hat auch beobachtet, dafi der Zusatz sehr geringer Mengen von Halogensalzen , wie MgClv, ZnCl^, AlCl%, die Duktilisierung nach dem beschriebenen Thoriumdioxydverfahren sehr begiinstigt. Nach Ansicht der Erfinderin ist es die nach dem eben geschilderten Verfahren hergestellte Wolframthoriumlegierung, welche die hervor-
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ragende Duktilitat besitzt. Dem Verfasser scheint der erzielte Effekt weniger auf die Entstehung einer duktilen Legierung, als auf die durch die speziellen Bedingungen des Verfahrens erzielte vollstandige Reduktion des Wolframmetalls zuruckzufiihren zu sein. Sowohl die hohe Sinterungstemperatur, welche den Sauerstoffdampfdruck der Wolframoxyde erhoht, als auch die Anwendung eines moglichst von Sauerstoff befreiten Reduktionsgases sprechen dafiir, daB eine aus- gezeichnete Reduktion unter solchen Bedingungen zu erwarten ware. Sehr viele Tatsachen lassen nun die Vermutung zu, daB wirklich vollkommen reduziertes Wolfram ein duktiles Metall darstellt. Die Annahme hingegen, dafi das Thoriumdioxyd sich bei dem be- schriebenen Verfahren vollkommen zu Metall reduzieren laBt, klingt sehr unwahrscheinlich. Viel eher durfte das Thoriumdioxyd die Rolle eines vermittelnden Reduktionskatalysators fiir die niederen Wolframoxyde spielen.
Gegen die Annahme der Bildung einer Wrolframthoriumlegierung kann man noch einen sehr ernsten Einwand erheben. Bekanntlich ist das Thoriummetall verhaltnismafiig leicht schmelzbar (Schmelz- punkt etwa i75o°C). Somit mufite auch das Thoriummetall beim Brennen eines 2 bis 5 °/0 Thorium enthaltenden Wolframdrahtes mit Leichtigkeit herausdestillieren und in kurzer Zeit eine intensive Schwarzung der Gliihlampe verursachen. DaB dies aber nicht der Fall ist, scheint dem Verfasser der beste Beweis dafur zu sein, daB das Thorium in den nach dem Thoriumdioxydverfahren hergestellten Wolframdrahten nicht als Metall, sondern als das viel weniger fluchtige, farblose Thoriumdioxyd enthalten ist.
Ist die Ursache des nach dem Verfahren der Vereinigten Elektrizitats-Akt.-Ges. erzielbaren Effektes noch nicht als ganz sicher- gestellt zu betrachten, so ist die Erzielung des Effektes selbst eine feststehende und sehr wichtige Tatsache. Das neue Verfahren kann dem besten bisher bekannten Duktilisierungsverfahren des Wolframs auf mechanischem Wege wiirdig an die Seite gestellt werden. In vieler Hinsicht ist sogar das nach dem eben beschriebenen Verfahren dargestellte Material besser als das auf anderem Wege gewonnene duktile Wolfram. Vor allem bleibt der nach dem Thoriumdioxyd- verfahren hergestellte Wolframdraht auch nach jeder noch so hohen Erhitzung vollkommen duktil, wahrend die nach dem Ziehverfahren hergestellten Wolframdrahte durch hohe Erhitzung ihre Duktilitat zum groBten Teil verlieren. Die Gegenwart von Thoriumdioxyd in dem Leuchtkorper verhindert auch das Auftreten des sogen. Wechsel- stromeffektes, wie spater berichtet werden soil. Der einzige Nachteil,
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welcher sich bei der Verwendung der nach dem Thoriumdioxyd- verfahren hergestellten Wolframdrahte ergibt, 1st die Tatsache, daS solche Wolframdrahte nur mit der gr6fiten Vorsicht sich *bei Gluh- lampen fur hohe Spannungen verwenden lassen.
Den Einflufi eines Zusatzes von Thoriumdioxyd oder Oxyden anderer Erdalkalien und seltenen Erden auf die Duktilitat des Wolframs hat schon fruher die Westinghouse Metal Filament Lamp Co. Ltd. in London erkannt und in Patenten geschutzt (franz. Pat. 450762 vom 19. Dezember 1902; Prior, der osterr. Anm. vom 20. Dezember 1911). Die Neuheit und Patentfahigkeit der Erfindung der Vereinigten Elektrizitats-Akt.-Ges. mufi deshalb sehr stark be- zweifelt werden. Das Thoriumdioxydverfahren wird gegenwartig von vielen Fabriken, welche das Wolframziehverfahren nicht ausiiben diirfen, ausgeiibt.
Die Fabrikation der Wolframdrahte nach dem Spritzverfahren war auch bei Anwendung der besten und einfachsten Verfahren recht umstandlich. Mufite man doch jeden Fadenbiigel gesondert formieren, eine Operation, die mindestens 2 bis 3 Minuten erforderte. Da die grofiten Fabriken taglich fast l/2 Million solcher Faden herstellen mufiten, kann man sich leicht vorstellen, welchen Umfang die Formier- stationen in den Fabriken annehmen mufiten und welche Betriebs- kosten sie verursachten. Die grofien Fabriken wandten deshalb fruh- zeitig ihre Aufmerksamkeit dem Problem zu, die Formierung auf automatischem Wege durchzufuhren. Dr. Fritz Blau hat sich in dem V. St. Pat. 985502 vom 28. Februar 1911 einen Automaten zur Formierung der Wolframdrahte geschutzt. Die Westinghouse Metal Filament Lamp Co. Ltd. hat in dem D. R. P. 236711 vom 27. Marz 1910 einen sehr praktischen Apparat zum kontinuierlichen auto- matischen Formieren von Wolframdraht angegeben. Der Automat funktioniert sehr gut und ist auch heute bei einigen grofien Firmen in Gebrauch. Die schematischen Zeichnungen (Fig. 20) zeigen die Konstruktion des Westinghouseautomaten zur kontinuierlichen For- mierung. Die Wolframpaste wird aus dem Prefizylinder / zu einem Faden gespritzt und gelangt in einen umgekehrten trichterformigen Raum 4, in welchem der Rohfaden vermittelst eines Brenners / getrocknet wird. Der Faden gelangt sodann in ein trichterformiges Gebilde 6, welches erlaubt, dafi dieser nach Bedarf in Spiralen auf- gestapelt wird, ohne gegenseitige Verschlingung der einzelnen Windungen. Die sogen. Kanne 6 fuhrt den Faden weiter in den Formierapparat, welcher sich in der Kammer 8 befindet, die mit Formiergas gespult wird. Der Eintritt fur den Faden in die Formier-
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kammer befindet sich bei 7. 10 stellt eine Heizspirale vor, welche das Karbonisieren des Fadens bewirken soil, wahrend 13 bis 79 die elektrischen Kontakte darstellen, welche in entsprechendem Abstand voneinander auf nichtleitenden Staben befestigt sind (12, von 3 u. 4) und feine DurchlaBoffnungen fur den Faden, welche sich in einer
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Fig. 20.
geraden Linie befinden, besitzen. Die Kontakte sind mit der Strom- quelle // in der Weise verbunden, dafi die Regulierung des den zwischen den benachbarten Kontakten befindlichen Teilen des Fadens zuzufiihrenden Stromes, sowie des Gesamtstromes ohne weiteres ge- lingt. Jeder Kontakt besteht aus einem aus Kupfer hergestellten Arm 22, in welchem sich die Oeffnung 28 befindet. In dieser Offnung liegt ein Quecksilbertropfen 2^, welcher nur durch Kapillar- kraft sich an der Offnung festhalt. Der Faden, welcher die mit Queck- silber gefullten Offnungen passiert, erhalt dadurch einen sehr guten, sicheren Kontakt. Der durch den Faden zur Formierung desselben
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durchgeschickte Strom wird so bemessen, dafi die Glut des Fadens beim Passieren der Kontakte vom obersten zum untersten allmahlich steigt und bei dem letzten Kontakt 79 die hochste Formierglut erreicht. Die Kontakte 77, 18, 19, welche sich sonst durch die hohe Glut des formierten Drahtes betrachtlich erwarmen wiirden, werden durch entsprechende Kuhlschlangen 24 gekuhlt. Der fertig formierte Wolframfaden tritt schliefilich aus der Formierkammer heraus und wird auf die Rolle .27 aufgewickelt. In den Zusatzpatenten der Westinghouse-Gesellschaft (D. R. P. 236712 vom 30. Oktober 1910; D. R. P. 243652 vom i. Juni 1911; D. R. P. 244061 vom 24. Mai 1911; D. R. P. 244886 vom ii. Juli 1911) sind noch besondere Ver- besserungen fur den Formierautomaten vorgesehen. Wie wir sehen, stellt der Formierautomat der Westinghouse-Gesellschaft einen sehr brauchbaren Apparat vor, der eine Konkurrenz mit dem neuesten Wolframziehverfahren gestattet. Dies wird insbesondere dann der Fall sein, wenn der Apparat in Kombination mit dem Wolfram- Thoriumdioxyd-Duktilisierungsverfahren benutzt werden wird. Ein anderes Verfahren, welches sich fur die Massenformierung von Wolframfaden scheinbar gut eignet, ist das der Lichtwerke-G. m. b. H. in Konkurs in Berlin (D. R. P. 246911 vom 19. Februar 1910) geschutzte Verfahren. Hier werden die biigelformigen Roh- faden nicht einzeln durch elektrischen Strom erhitzt, sondern in grofier Zahl in feuerfesten Schiffchen durch einen hocherhitzten Rohrenofen, welcher mit reduzierenden Gasen gespult wird, hindurch- geschickt und auf einmal gesintert. Die nach diesem Verfahren hergestellten Faden sind wohl nicht vollstandig f ertiggesintert , die Endsinterung mufi vielmehr nach Fertigstellung der Lampen durch elektrischen Strom bewirkt werden.
Bevor wir zu dem Wolframziehverfahren ubergehen, wollen wir noch kurz auch die Fabrikation des Molybdandrahtes nach dem Spritzverfahren besprechen. Das Pasten, Pressen, Gliihen und Formieren der Molybdanfaden geschieht in einer dem Wolfram vollig analogen Weise. Der dabei erhaltliche Molybdandraht ist im Gegen- satz zum Wolfram weich und biegsam. Man mufi nur, will man biegsamen Molybdandraht erhalten, ein moglichst griindlich reduziertes Molybdanpulver verwenden, sowie auf sehr grundliche Wasserdampf- formierung bedacht sein. Die Tatsache der Biegsamkeit des Molybdan- drahtes gab den Gluhlampenfachleuten die Hoffnung, dafi auch die Duktilisierung des nur in sprodem Zustande bekannten Wolframs einmal gelingen wird, eine Hoffnung, die friiher in Erfullung gegangen ist, als es die groBten Optimisten erwartet haben.
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Die Wolframziehverfahren und die Darstellung streckbaren Wolframs.
In der Technik werden fast alle Metalle auf mechanischem Wege durch Walzen und Ziehen auf Draht verarbeitet. Das Werk- stuck passiert meistens im heifien Zustande eine Anzahl immer kleiner werdender Walzprofile und wird von bestimmtem Durch- messer ab vermittelst Ziehens durch Stahl-, Saphir- und Diamant- diisen zu einem Draht von gewunschtem Durchmesser gestreckt. Das Ziehen, welches bei verhaltnismafiig geringem Querschnitt des Werkstuckes einsetzt, wird gewohnlich in der Kalte ausgefuhrt, wobei der Draht immer nach dem Passieren einer Anzahl Diisen durch Ausgluhen angelassen, d. i. weich gemacht werden mufi, da er durch die mechanische Behandlung sehr bald hart wird. Es ist klar, daft die Erfinder, als es sich darum handelte, Drahte aus Osmium, Tantal, Wolfram und anderen Metallen fur Gluhlampenzwecke herzustellen, in erster Linie daran dachten, die Drahte auf mechanischem Wege herzustellen. Der hohe Schmelzpunkt, die erforderliche Reinheit und leichte Oxydationsfahigkeit dieser Metalle erlaubten es nicht, grofiere homogene Werkstucke aus diesen Metallen herzustellen. Man war hftchstens in der Lage, kleine Klumpen aus diesen Metallen zu erschmelzen oder dunne Stabchen zu sintern, welche jedoch, mit Ausnahme von Tantal, bei gewohnlicher Temperatur zu sprode waren, um irgend eine mechanische Behandlung zu vertragen. So sagt auch Auer von Welsbach zu Beginn seiner Patentschrift (D. R. P. 138135): ,,Die Herstellung absolut dichter Drahte oder Faden aus Osmium war nicht moglich, da das nur in den hochsten Temperaturen schmelzbare Osmium sich als Regulus in keinerlei Weise, wreder durch Ziehen noch durch Walzen, infolge seiner grofien Sprodigkeit bearbeiten lafit." Der Erfinder mufite also einen Umweg wahlen, um zu Drahten aus diesem Metall zu gelangen. Beim Wolfram verhielt sich die Sache vollig analog. Auch dieses Metall, durch Sinterung oder Schmelzen erhalten, war bei gewohnlicher Temperatur ganz sprode und liefi eine mechanische Behandlung nicht zu. Wohl wufite man, dafi dieses Metall bei dunkler Rotglut weich wird, sich schmieden und schweifien lafit (Moissan, Der elektrische Of en, 1900, S. 215), man zweifelte auch nicht an der Moglichkeit, Wolframdrahte durch Walzen und Ziehen in der Warme herstellen zu konnen. Da aber in der Technik Apparate und Vorrichtungen nicht bekannt waren, mit denen es moglich gewesen ware, Werk- stucke von verhaltnismaSig kleiner Dimension, wie solche aus Wolfram nur erhaltlich waren, bei Rotglut auf Draht zu verarbeiten, so war
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es notig, solche Apparate selbst zu konstruieren, eine Aufgabe, vor der so mancher Ziehereifachmann zuriickschrecken wurde, nicht nur die Erfinder, denen meistens als Chemiker die Technik des Ziehens an sich nicht sehr gelaufig war. Diese Verhaltnisse spiegeln sich sehr gut in den Worten von Dr. H. Kuzel wieder (D. R. P. 194348): ,,Dem Ausziehen so sprSder und hochschmelzender Metalle zu aller- feinsten Drahten, wie sie fur die Herstellung von Gluhkorpern einzig und allein in Betracht komnxen, stehen die grofiten technischen Schwierigkeiten im Wege. Diese Metalle werden erst bei hoher Hitze fur dieses Verfahren geschmeidig genug, und die Bauart der Vorrichtungen fur diesen Prozefi wird uberdies noch durch den not- wendigen Ausschlufi der Luft weiter kompliziert. " Die ersten Be- strebungen, ein praktisches Wolframziehverfahren auszuarbeiten, waren darauf gerichtet, Verfahren zu finden, nach welchen sich aus Wolfram durch mechanische Behandlung bei gewohnlicher Tempe- ratur Draht herstellen liefie.
Die Firma Siemens & Halske in Berlin hatte bereits ein solches Verfahren fur das Tantal ausgearbeitet, und es ist deshalb leicht begreiflich, daft diese Firma bestrebt war, ein ahnliches Ver- fahren auch fur das Wolfram auszuarbeiten, insbesondere als die Firma wegen der hohen Okonomie und anderer Vorteile der Wolfram- lampe in dieser fur die Tantallampe eine gefahrvolle Konkurrentin crblicken und deshalb selbst rechtzeitig nach brauchbaren Wolfram- patenten Umschau halten muBte. Die Vermutung, dafi man durch das Schmelzen von Wolfram im elektrischen Vakuumlichtbogenofen, ahnlich wie beim Tantal, einen duktilen, bei gewohnlicher Temperatur be- arbeitbaren Metallregulus erhalten kann, hat sich nicht bestatigt. Sowohl das Verfahren (D. R. P. 169928 vom 30. Juli 1904), nach welchem Reguli aus geschmolzenem Wolfram, als auch das Wolfram- ziehverfahren, nach welchem nur gesintertes Wolfram (engl. Pat. 3174, 1907) durch mechanische Behandlung bei gewohnlicher Temperatur sich zu Draht verarbeiten lassen soil, haben sich praktisch nicht bewahrt, da die analog dem Tantal hergestellten Wolframkorper sprode und hart blieben und eine mechanische Behandlung bei gewohnlicher Tempe- ratur nicht vertragen konnten. Die Firma Siemens & Halske schlug nun einen anderen Weg ein, um durch Ziehen zum Wolfram- draht zu gelangen. So versucht die Firma (D. R. P. 181050 vom 1 6. November 1904), auf einen Tantaldraht Wolframmetall aus ge- eigneten chemischen Verbindungen niederzuschlagen und dieses Gebilde zu diinnen Drahten auszuziehen. Nach einem anderen Patent (D. R. P. 173134) wird an Stelle des Tantaldrahtes ein Eisen-
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draht verwendet, welcher in einer Atmosphare von Wolframchloriden und Wasserstoff, ahnlich dem Verfahren von Just und Han a man, mit Wolframmetall uberzogen wird. Nachdem auf diese Weise ein genugend dicker Niederschlag aus Wolfram erzeugt wurde, sollte der Draht einem Ziehprozefi unterworfen und zum Schlufi das Eisen durch Erhitzen auf WeiBglut aus dem Draht vollstandig entfernt werden. Nach einem anderen, auch von Siemens & Halske stammenden Verfahren (D. R. P. 197382 vom 17. Marz 1906, und 206142 vom 12. Februar 1908) soil man auf mechanischem Wege zu Drahten aus Wolfram dadurch gelangen, daS man in ein Rohr aus duktilem Metall Wolframpulver hineinprefit, alle Reste von Luft durch Evakuieren entfernt und die Rohrenden auch im Vakuum zuschmilzt. Hierauf wird das mit Wolframpulver geftillte Rohr in gewohnlicher Weise zu einem feinen Draht ausgezogen, die Hiille in Sauren weggelost, wobei schliefilich das Wolfram in Form eines Drahtes zuruckbleibt. Da reines Wolfram bei dieser Behandlung keinen festen Draht lieferte, schlagt die Firma Siemens & Halske vor (D. R. P. 250113 vom 12. Dezember 1907), dem Wolframpulver 10 bis 15 °/0 eines duktilen Metalles, wie Silber, Kupfer, Nickel, Gold oder Platin, auf galvanischem oder chemischen Wege durch Bildung eines Uberzuges auf den einzelnen Teilchen zuzusetzeii. Schliefilich wird auch noch vorgeschlagen (D. R. P. 194682 vom 4. November 1906), das Rohr beim Walzen derart zu erhitzen, dafi im Inneren desselben aus dem Gemisch eine Wolframlegierung ent- steht. Nach beendetem Ziehprozefi wird die Hulle durch Sauren entfernt und ein Draht, aus einer Wolframlegierung bestehend, bleibt zuriick. Dieser wird nun durch elektrischen Strom im Vakuum oder einer inerten Atmosphare auf hohe Weifiglut erhitzt, wobei die Fremdmetalle herausdestillieren und ein fester, gesinterter Draht aus reinem Wolfram zuruckbleibt. Alle die bisher angefuhrten Verfahren sind nur von geringer praktischer Bedeutung.
Diese Versuche aber fuhrten die Firma Siemens & Halske zu einer Erfindung, die fur die Gluhlampenindustrie vielleicht von der grofiten Bedeutung geworden ware, hatte man nicht inzwischen auf anderem Wege die Duktilisierung des Wolframs erreicht. Siemens & Halske entdeckten die Tatsache, dafi eine Wolframlegierung mit geringem Prozentsatz von Nickel hervorragend duktil ist und sich bei gewohnlicher Temperatur zu den feinsten Drahten ausziehen lafit. Das in den Patenten (D. R. P. 233885 vom 27. September 1907 und 232260 vom 8. Juli 1908) niedergelegte Verfahren versprach den grofiten Erfolg. Danach wird ein Nickelwolframat mit Wolfram-
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pulver oder Wolframtrioxyd mit Nickeloxyd in dem Verhaltnis ver- mengt, dafi nach der Reduktion des Gemisches dieses ungefahr aus 90 °/0 Wolfram und 10 °/0 Nickel besteht. Die Reduktion des Gemisches wird im Wasserstoffstrome mit besonderer Sorgfalt aus- gefuhrt. Das reduzierte Nickelwolframpulver wird durch Pressen mit oder ohne Zusatz ernes fltichtigen Bindemittels zu einem Stabchen geformt, welches in einem elektrischen Widerstandsofen zuerst bei etwa 1400 ° C 6 Minuten lang vorgesintert und dann bei etwa 1510 ° C zu einem festen Stabchen fertiggesintert wird. Das schone, blanke und vollig biegsame Stabchen wird nun einem Walz- und Ziehprozefi unterworfen und zu einem beliebig dunnen Draht aus- gezogen. Naturlich mufi man den Draht wahrend des Ziehprozesses 6fter ausgliihen, da er sonst durch die mechanische Behandlung zu hart wird und beim Ziehen reifien konnte. Der fertige Nickelwolfram- draht wird nun auf ein Lampengestell , welches dem bei Tantal- lampen benutzten ahnlich ist, gewickelt und im Vakuum hoch erhitzt. Hierbei verdampft das gesamte Nickel aus dem Draht, welcher sich stark zusammenzieht und sintert. Der Nickelbeschlag (der auch Wolfram und Wolframoxyde enthalt), welcher den Glasstengel bedeckt und leicht KurzschluB verursachen konnte, wird mit einer wasserigen Losung von Salpetersaure-Phosphorsaure oder Chromsaure-Phosphor- saure weggelost (D. R. P. 238756 vom 18. Juni 1910). Das Lampen- gestell, auf welchem sich nun ein Leuchtkorper aus reinem Wolfram befindet, kann in eine Glasglocke eingeschmolzen und die Gluhlampe in gewOhnlicher Weise fertiggestellt werden. Man ersieht ohne weiteres die grofien Vorteile einer Fabrikation nach dem Nickel- wolframverfahren gegenuber dem gewohnlichen Spritzverfahren. Man kann aus einem Nickelwolframstabchen hunderte Meter biegsamen Drahtes herstellen, auf einer kleinen Spule unterbringen und nach Bedarf denselben ohne Bruch auf Lampengestelle aufwickeln. Das Austreiben des Nickels, welches an jeder Lampe vorgenommen werden mufi, kann wohl als eine Formierung bezeichnet werden; die Operation ist jedoch bei weitem nicht so umstandlich wie das gewohnliche Formieren. Die Firma Siemens & Halske hat auch tatsachlich nach dem Nickelwolframverfahren ihre Wotanlampe in groSerem MaSstabe fabriziert. Dem Nickelwolframverfahren hafteten aber auch einige wichtige Nachteile an. So konnte man z. B. Hoch- kerzenlampen mit mafiig dicken Wolframdrahten nach diesem Ver- fahren kaum gut herstellen, da das Nickel aus den dicken Drahten beim Formieren nicht restlos verjagt werden konnte und erst allmahlich wahrend des Brennens der Lampe herausdestillierte und die Lampe
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schwarzte. Diesem Ubelstande wurde dadurch zu begegnen versucht, dafi man dicke Nickel wolf ramd rah te durch Verseilen einer grofieren Anzahl diinner Drahte herstellte. Das Austreiben des Hilfsmetalls aus solchen Gebilden liefi sich ebenso vollstandig wie bei dunnen Drahten durchfuhren (D. R. P. 242657). Dieses Verfahren war natur- lich nicht sehr okonomisch, da man, von dicken Drahten ausgehend, durch einen langwierigen Ziehprozefi zu dunnen Drahten gelangen mufite, um sie schliefilich in dicke zu vereinen. Aufierdem batten solche dicken Drahte keine glatte Oberflache und strahlten deshalb schwarzer, also unokonomischer als die gewohnlichen glatten Drahte. Die merkwiirdige Tatsache, daB das Wolfram mit einem kleinen Prozentgehalt Nickel eine bei gewohnlicher Temperatur so zahe und dehnbare Legierung bildet, ist theoretisch noch nicht aufgeklart. Man konnte zur Erklarung dieser Erscheinung annehmen, dafi das Nickel etwa die das Wolfram sprode machenden Verunreinigungen in sich aufnimmt und dadurch das Wolfram duktil macht. Dagegen spricht die merkwiirdige Tatsache, dafi es gelingt, aus einem bereits duktilen Nickelwolframdraht fast den grofiten Teil des Nickels zu verjagen, ohne dafi dieser dabei seine Biegsamkeit verlieren wurde. Die Menge des Nickels, welche in einem solchen noch duktilen Draht zuriick- bleiben mufi, damit seine Duktilitat erhalten bleibt, liegt weit unter- halb der Grenze, von welcher umgekehrt ein Zusatz von Nickel dem Wolfram die Duktilitat zu verleihen beginnt. Diese merkwiirdige Tatsache konnte man vielleicht — mit allem Vorbehalt - - auf die Weise erklaren, dafi man annimmt, dafi das Nickel bei der Reduk- tion und Sinterung des Nickelwolframs im Wasserstoff die Rolle eines Wasserstoffubertragers ubernimmt, wodurch eine vollstandige Reduktion des Wolframs gelingt. Es konnte moglich sein, dafi die Sprodigkeit des Wolframs auf einen sehr geringen Gehalt von Sauer- stoff zuriickzufiihren ist. Es sind mehrere Beispiele aus der all- gemeinen Metallurgie bekannt, nach welchen Metalle durch einen minimalen Sauerstoffgehalt sprode werden. Demnach ware vielleicht dem Nickel die Rolle eines Reduktionskatalysators zuzuschreiben. Nicht uninteressant ist die Tatsache, dafi die Duktilitat des Nickel- wolframs und die Moglichkeit, aus dieser Legierung auf mecha- nischem Wege Draht herzustellen , bereits friiher in einem Patent von F. Kuschenitz in Wien (osterr. Pat. 24860 vom 6. Marz 1905), wenn auch implizite, zum Ausdruck gebracht wurde. In diesem Patent wird vorgeschlagen , einen Draht aus Chrom, Molybdan, Wolfram, Uran, Kobalt und Nickel, oder aus Legierungen dieser Metalle — also auch Nickelwolfram — durch Ziehen und Walzen
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herzustellen. Wiewohl dieses Patent als neuheitsschadlich fur das Nickelwolframpatent zu betrachten ware, 1st es trotzdem nicht moglich, deshalb dem ganzen Nickelwolframpatent, welches zweifellos ein geistreiches Verfahren darstellt, die Original itat abzusprechen.
Eine andere Methode zur Herstellung von Wolframdraht nach dem Hilfsmetallverfahren wurde von der Firma Bergmann-Elek- trizitatsgesellschaft in Berlin beschrieben (D. R. P. 259225). Die Firma geht zur Herstellung zusammenhangender Massen aus Wolfram von dessen Legierungen mit leicht verdampfbaren Metallen, z. B. Antimon aus, aus welchen sich nach erfolgter Sinterung das Hilfs- metall sehr leicht und vollstandig vertreiben lafit. Da aber schon bei den Temperaturen der Sinterung das Hilfsmetall einen betracht- lichen Dampfdruck besitzt, so ist es notig, die Formierung bezw. das Schmelzen in einer den Dampf des Hilfsmetalles enthaltenden Atmosphare auszufuhren. Die Legierungen, welche sich die Berg- man n-Elektrizitatsgesellschaft geschutzt hat, durften wohl kaum einen wesentlichen Duktilitatsgrad besitzen und sind in dieser Be- ziehung nicht mit dem Nickelwolfram vergleichbar. Der Vorteil, den sich die Firma aus ihrem Verfahren verspricht, ist der, dafi man auf diesem Wege bei viel tieferen Temperaturen zu zusammenhangenden Massen aus Wolfram gelangen kann, welche man in weiterer Linie in der Warme in bekannter Weise zu Wolframdraht verarbeiten konnte.
Wahrend man in Europa bestrebt war, ein Wolframziehver- fahren auszuarbeiten , nach welchem das Walzen und Ziehen bei gewohnlicher Temperatur erfolgen konnte, und deshalb, da das reine Wolfram bei gewohnlicher Temperatur sprode war, genotigt war, Wolframlegierungen zu benutzen, hat die General Electric Company in Amerika gewagt, das Problem des Wolframziehens in der Warme auf- zugreifen. Es gehorte viel Mut und Ausdauer dazu, um ein solches Verfahren auszuarbeiten, insbesondere, als man anfangs darauf gefafit sein mufite, dafi auch das Endprodukt, der feine Draht, bei gewohn- licher Temperatur sprode sein wird. Fur die langwierigen Versuche sahen sich aber dafiir die Erfinder zum Schlufi weitaus mehr belohnt als sie sich selbst erhofft hatten. Wir wollen nun die Arbeiten der General Electric Company (G. E. C.), welche zur Duktilisierung des Wolframs fuhrten, naher betrachten. Die G. E. C. in Amerika hat durch die British Thomson Houston Co. in England zwei Patente an- gemeldet und auch erhalten (engl. Pat. 21513, 1906, und 16530, 1907), aus welchen man den Verlauf der Arbeiten leicht ersehen kann. Zu Beginn der Patentbeschreibung versucht die Firma zu
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erklaren, warum die Versuche aufgenommen wurden. Es heifit dort (ubersetzt): »Wir haben gefunden, dafi Wolfram, wenn es erhitzt wird, bemerkenswerte molekulare Veranderungen erfahrt und so duktil wird, dafi man es, wenn es warm ist, leicht bearbeiten kann. Wir wollen nicht versuchen, die molekularen Veranderungen zu erklaren, welche diese bemerkenswerte Anderung der physikalischen Eigenschaften des Wolframs hervorrufen, wir beschreiben jedoch nachstehend, wie diese neu entdeckte Eigenschaft verwertet werden kann. Das Me tall wird so duktil, dafi es zu Staben gehammert, zu Blech gewalzt oder durch Dusen zu Drahten gezogen werden kann, sehr ahnlich jenen Metallen, welche gewohnlich auf diese Weise bei normaler Temperatur bearbeitet werden." In diesen Worten stellt die G.E. C. die langst bekannte Tatsache, dafi das Wolfram, wenn erhitzt, duktil wird, als eigene Beobachtung und Entdeckung einer neu en Eigenschaft hin. Die zweifellos verdienstvollen und muhevollen Arbeiten der G. E. C. auf diesem Gebiete batten einer solchen Motivierung nicht bedurft. Nach den in den erwahnten Patentschriften beschriebenen Verfahren wird entweder nach dem Amalgamprozefi, Pasteverfahren oder durch einfaches Pressen des reinen Wolframpulvers in geeigneten Prefiformen und nachfolgende Sinterung ein fester Wolframstab hergestellt. Der Wolframstab- wird nun bei Rotglut ausgehammert und in erhitztem Zustande durch geheizte Walzen geschickt. Sodann wird der Draht bei Rot- glut durch erhitzte Zieheisen aus Schnelldrehstahl, schliefilich bei kleinem Durchmesser durch erhitzte Diamantziehsteine gezogen. Solange der Wolframdraht geniigend dick ist, kann seine Bearbeitung an freier Luft ausgefuhrt werden, da die Oxydation den Draht nur oberflachlich angreift. Bei ganz dunnen Drahten ist es notig, das Ziehen im Vakuum oder in einer inerten oder reduzierenden Atmo- sphare durchzufiihren. An Stelle der Anwendung des Vakuums oder der Schutzatmospharen beim Ziehen des Wolframdrahtes schlagt die G. E. C. vor, den Wolframdraht auf elektrolytischem oder mecha- nischem Wege mit einer Schutzschicht aus Edelmetall zu versehen, welche zusammen mit dem Draht bis zum gewunschten Durchmesser gezogen wird und auf diese Weise den Wolframdraht vor Oxydation bewahrt. Die Entfernung der Schutzschicht nach vollendetem Zieh- prozefi gelingt leicht in der verschiedensten Weise, entweder durch Weglosen mit Sauren oder durch Verdampfung bei hoher Glut. Die G. E. C. gibt auch die Konstruktion der zur Ausfuhrung des be- schriebenen Verfahrens notigen Apparate an. Wir werden bei der eingehenden Besprechung des nachfolgenden Patentes der G. E. C.
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Gelegenheit haben, dieselbe Apparatur in vervollkommneter Form kennen zu lernen. Es sei hier noch zum Schlufi erwahnt, dafi es der G. E. C. in Deutschland und Osterreich nicht gelungen ist, ahnliche Patente zu erlangen; zum Teil aus guten Griinden, da das Ziehen von Wolfram in der Warme ein allgemein bekanntes Problem war, und die Methoden, nach welchen ein solches Verfahren aus- gefuhrt werden k6nnte, durch die Theorie und Erfahrung bereits vorgeschrieben waren. Trotzdem hat sich die G. E. C. ein grofies Verdienst erworben, indem sie es wagte, die Ausarbeitung dieses in rein mechanischer Hinsicht sehr schwierigen Verfahrens auf- zunehmen.
Erst im Jahre 1909 meldete die G.E. C. durch die British Thomson Houston Co. in England ein Patent an (engl. Pat. 23499, 1909), in welchem die Gesellschaft zum erstenmal iiber die Duktilisierung des Wolframs auf mechanischem Wege berichtet. Das Patent hat begreif- licherweise eine Umwalzung in der Gluhlampenindustrie hervor- gerufen. Wir wollen deshalb das in dem Patent beschriebene Ver- fahren eingehend besprechen. Das Wolframziehverfahren zerfallt in folgende Arbeitsabschnitte : i. Herstellung des Metallpulvers, 2. Pressen und Vorsinterung der Stabe, 3. Sinterung, 4. Hammern und Walzen, 5. Ziehen.
Die Herstellung des Wolframpulvers geschieht mit besonderer Sorgfalt. Reinste Wolframsaure wird in Schamottetiegeln i1/^ Stunden auf etwa 1350° bis 1400 ° C erhitzt. Dadurch erreicht man, dafi die Saure zu grobem kristallinischen Pulver zusammensintert, welches sich besonders gut reduzieren lafit und grobkSrniges Metall liefert. Zur Reduktion werden H e r a e u s - Platinbandofen verwendet. Der zur Reduktion benutzte Wasserstoff wird sorgfaltigst von alien Spuren Wasserdampf und Sauerstoff befreit. Die Wolframsaure wird in ein unglasiertes Porzellanrohr eingefullt und durch Schaffung eines feinen Kanals fur den freien Durchzug des Wasserstoffs durch die Wolfram- saurefullung gesorgt. Das mit der Wolframsaure gefullte Rohr wird nun moglichst rasch auf etwa 1250 bis 1300 ° C erhitzt und die Wolframsaure erschopfend reduziert. Nach beendeter Reduktion lafit man den Ofen abkuhlen und schaufelt das Metall aus dem Rohr heraus. Das Wolframmetall bildet, auf solche Art dargestellt, ein hellgraues, grobkristallines, schweres Pulver, welches sich verhaltnis- mafiig noch am besten zu Staben pressen lafit.
Das Pressen des Wolframpulvers zu viereckigen, etwa 20 cm langen Staben geschieht in besonderen Stahlformen, deren Seiten und Stirnwande sich leicht nach dem Pressen auseinandernehmen
lassen, so dafi der geprefite Stab, welcher noch sehr bruchig 1st, vorsichtig blofigelegt werden kann. Fig. 21 zeigt die Skizze einer von der Breitseite gesehenen Prefiform. Fig. 22 stellt ein PreBwerk- zeug System W. Gladitz vor. Das Pressen geschieht in der Weise, dafi in die mit entsprechender Menge Wolframpulver beschickte Prefi- form ein genau geschliffener Stahlstempel durch eine hydraulische Presse unter hohem Druck eingefuhrt wird. Der anzuwendende
Prefidruck richtet sich sehr nach der
Beschaffenheit des Wolframpulvers.
Ein zu niederer Druck liefert Stabe,
die auBerordentlich leicht wieder zu
Pulver zerfallen. Zu hoher Druck
hingegen liefert oft Stabe mit Langs-
rissen, welche vornehmlich dadurch
entstehen, dafi die massiven Seiten-
wande der Prefiform infolge des aufier-
ordentlich hohen Prefidruckes sich ein
wenig auseinanderbiegen und nach dem AufhOren des Druckes in
die ursprungliche Lage zuruckkehren. 1st der Wolframstab richtig
geprefit, so wird er auf flache Schiffchen aus schwer schmelzbarem
Metall gelegt und der Vorsinterung unterworfen. Die Vorsinterung
o •-
0
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Fig. 21. PreBform fdr Wolframstabe.
Fig. 22. Prefivrerkzeug fQr Wolframstabe, System W. Gladitz.
geschieht im Wasserstoffstrom bei etwa 1200 bis 1250 ° C in Platin- bandofen und bezweckt eine Verfestigung und weitere Reduktion der Stabe. Nach der Vorsinterung sind die Stabe derart hart, dafi man dieselben ohne Bruchgefahr in die Klemmen des Sinterapparates einspannen kann.
Das Sintern oder Formieren der Stabe geschieht in einem besonderen Formierapparat. Ein solcher Apparat ist von O. Ruff (,,Zeitschr. f. angew. Chem." 1912, S. 1889) und von Robert Palmer (canad. Pat. 134946 vom 15. August 1911) beschrieben. Der Formier- apparat besteht aus einem massiven, mit Wasser gekuhlten Zylinder,
Mailer, Metalldrahtlampen. 5
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welcher auf einem Untersatz aus Metall ruht. Der untere Rand des Zylinders 1st auf den Untersatz genau eingeschliffen und bildet, mit einem konsistenten Fett eingeschmiert, einen vollig gasdichten Ver- schlufi. Ein ebenso dichter AbschluB, wenn auch nicht so hygienisch, lafit sich durch eine im Untersatz befindliche , mit Quecksilber ge- fullte Rinne, in welche der untere Teil des Zylinders hineinragt, erzielen. In dem Metallzylinder befinden sich zwei wassergekuhlte voneinander elektrisch isolierte Klemmen, von denen die obere gewOhnlich fixiert, die untere aber beweglich angeordnet wird. Diese Anordnung rnufi deshalb getroffen werden, weil der Wolframstab, welcher mit seinen Enden an die beiden Klemmen angeschlossen wird, beim Vorgang des Sinterns sich stark verktirzt und deshalb bei einer stabilen Anordnung beider Klemmen aus einer der beiden sonst herausgerissen wiirde. Die bewegliche untere Klemme wird entweder nach dem Vorschlag von Palmer schwimmend in einem Quecksilberbassin untergebracht (siehe Fig. 23), durch welches auch der elektrische Strom zugefiihrt werden kann, oder an einer starken Metallfeder, die gleichzeitig als Stromleitung dient, befestigt. An die obere und untere Klemme werden die Pole eines 15 bis 20 KW.-Wechselstromtransformators mit etwa 15 Volt Sekundar- spannung angeschlossen. Der Formierzylinder besitzt zwei Ansatze fur den Eintritt und Austritt des Wasserstoffs, welcher wahrend des Formierprozesses den Zylinder durchstromt. Man kann auch statt Wasserstoff Formiergas benutzen, welches aus einem Gemisch von etwa 80 % Stickstoff und 20 % Wasserstoff besteht. Durch Ein- schaltung des elektrischen Stromes wird der Stab allmahlich auf hohe Glut gebracht und gesintert. Die hochste vorteilhafte Formier- temperatur wird gewohnlich empirisch ermittelt, indem man entweder die Temperatur auf optischem Wege vermittelst eines Pyrometers feststellt, oder die Stromstarke bestimmt, bei welcher ein Stab von bestimmten Dimensionen gerade durchschmilzt, die sogen. Durch- schmelzstromstarke, und nach dieser, durch Abzug eines bestimmten Prozentteiles , die hochst zulassige Formierstromstarke richtet. Die Formierung der Stabe wird bei moglichst hoher Temperatur aus- gefuhrt. Es scheint sogar, dafi dabei die Wolframstabe oft im Innern bereits schmelzen, wahrend die Oberflache infolge der Abkiihlung durch Warmekonvektion und Strahlung noch fest bleibt. Es ist auch leicht begreiflich, dafi bei der Erhitzung auf so hohe Temperatur die Sinterung des Wolframstabes so vollstandig wird, dafi dessen Aussehen und Beschaffenheit sich von der des geschmolzenen Wolframs kaum unterscheidet. Die Sinterungsfahigkeit der geprefiten
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Metallpulver, auch weit unterhalb der Schmelztemperatur derselben, 1st cine seit langem bekannte Tatsache. Es ist durchaus nicht notig, etwa anzunehmen, dafi der von der G.E. C. empfohlene Kohlen- zusatz zum Wolframpulver (etwa i °/0) den Zweck verfolgt, durch
Fig. 23. Formierapparat fQr Wolframstabe. s Zylinder, kk Klemmen, w Wolframstab, q Quecksilberwanne, s Schauloch.
intermediare Bildung des leichter schmelzenden Karbids den Sinte- rungsgrad der Stabe zu erhohen (Otto Ruff, Uber die Darstellung streckbaren Wolframs, ,,Zeitschr. f. angew. Chemie", Bd. 25, 1912, S. 1893). Die Sinterung von Staben aus ganz reinem Wolfram lafit sich auf jeden beliebigen Grad durch einfaches Erhitzen bewirken. Der Kohlenstoffzusatz, welchen die G. E. C. empfiehlt, wird vielmehr den Zweck verfolgen, welchen die Gesellschaft auch tatsachlich
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angibt, und zwar die vollstandige Reduktion des Wolframs. Die Gegenwart von geringsten Spuren von Sauerstoff ist fur die Duk- tilitat des Wolframs von grofiem Nachteil. Wird nun die Reduktion der relativ dicken Stabe lediglich durch die Formierung in redu- zierenden Atmospharen bewirkt, so ist zu befurchten, dafi diese auch bei langer Formierdauer nicht vollstandig verlauft. Bei Gegenwart von geringen Mengen Kohlenstoff ist es zu erwarten, dafi die Reduktion in der ganzen Masse vor sich geht und dadurch die Ent- fernung der letzten Spuren von Sauerstoff viel leichter gelingt. Die gesinterten Wolframstabe sind bei Zimmertemperatur sprode und hart. Eine mechanische Behandlung durch Hammern, Walzen oder Ziehen, die zu dauernder Formveranderung des Wolframstabes fiihren konnte, lafit sich bei gewohnlicher Temperatur nicht ausfuhren. In der Warme hingegen wird das Wolfram sehr weich und vertragt jede mechanische Behandlung und Formveranderung. Die mechanischen Operationen werden deshalb alle in der Warme ausgefiihrt. Die etwa 10 mm im Quadrat dicken und 20 cm langen Stabe werden zuerst dem HammerprozeB unterworfen, welcher mit Hilfe der Hammer- maschine („ swaging machine") ausgefuhrt wird.
Die Hammermaschine war in Europa bis vor kurzem fast ganz- lich unbekannt und feierte erst ihren siegreichen Einzug zusammen mit dem Wolframziehverfahren der G. E. C. In Amerika war dabei merkwiirdigerweise die Maschine seit 20 Jahren bereits allgemein bekannt und verwendet. Erfunden wurde diese Maschine von W. H. Dayton (amerik. Pat. 376144 vom 10. Januar 1888; 515576, 1894). Damit die Eignung und Bedeutung dieser Maschine fur das Wolframziehverfahren recht verstandlich wird, ist es notig, die Bauart und Wirkungsweise dieser interessanten Maschine, die sicher noch jetzt aufierhalb der Fachkreise in Europa recht wenig bekannt sein diirfte, naher zu beschreiben (Fig. 24). Eine durchbohrte, vorn zu einem zylindrischen Kopf B verbreiterte Achse A besitzt in der Mitte des verbreiterten Teiles eine Aussparung, in der sich je zwei Stahlblockchen, Hammer d und Backen e genannt, befinden. Die Hammer sind an der Aufienseite abgerundet und stehen aus der Aussparung, in der sie sich befinden, ein wenig hervor. Sie sind nach innen und aufien innerhalb eines kleinen Spielraumes, den der im Schlitz g befindliche Fuhrungsstift / zulaBt, beweglich. Die zwei Stahlbacken £, welche zwischen den Hammern den Rest der Aus- sparung ausf ullen, besitzen in der Mitte, in der Verlangerung der Achsenbohrung, eine von beiden Seiten konisch verlaufende Aus- kehlung h, welche in der Mitte zylindrisch wird. Der mittlere Teil
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stellt das Profil des zu hammernden Stabes dar. Die Stahlachse ruht drehbar in einemu Lager /, und der verbreiterte Teil der Achse mit den Hammern und Backen steckt in einem innen genau zylindrisch geschliffenen, geharteten Stahlkopf k. Zwischen dem Achsenkopf und den Wanden des Stahlkopfes befindet sich ein frei beweglicher Rollenkranz i mit beweglichen, auf gleichen Durchmesser genau geschliffenen Stahlrollen r, die aus dem Kranz, in dem sie stecken, beiderseits, d. i. gegen die Wand des Stahlkopfes und des Achsenkopfes, hervorstehen. Die Stahlachse wird an der im hinteren Teile befindlichen Riemenscheibe j angetrieben. Dreht sich nun die
Fig. 24. Hammermaschine von Dayton. V Querschnitt, L Langsschnitt.
Achse, so fliegen infolge der Zentrifugalkraft die Hammer und die Backen, soweit es die Fuhrungsstifte^zulassen, nach aufien, wodurch der Raum zwischen den Backen etwas grofier wird, so daB man nun zwischen diese etwas starkere Stabe, als dem Backenprofil h entspricht, hineinfiihren kann. Im nachsten Augenblick fahren die beiden Hammer mit den hervorstehenden, abgerundeten Seiten gleich- zeitig an den korrespondierenden Stahlrollen vorbei und werden gegen die Mitte geschleudert, \vodurch die Backen zusammenschlagen und die eingefiihrten etwas dickeren Stabe auf das Backenprofil herunterhammern. Bei einer Achsendrehung wiederholt sich der Vor- gang etwa zehnmal, so dafi bei einer mafiigen Umlaufgeschwindigkeit von 600 Touren 6000 Schlage in der Minute gleichmafiig um den in die Maschine eingefiihrten Stab herum ausgefuhrt werden. Wurde der Metallstab auf diese Weise durch die Hammermaschine in seiner
ganzen Lange auf das Backenprofil heruntergehammert, so werden die Hammerbacken gegen ein anderes Paar von kleinerem Profil aus- gewechselt und der Hammervorgang wiederholt. Auf diese Weise gelingt es in kurzer Zeit, einen fingerdicken Stab zu einem Draht von kaum i mm Durchmesser herunterzuhammern. Eine etwas andere Konstruktion besitzt die Hammermaschine von Langellier (engl. Pat. 12766, 1895). Bei dieser Maschine fehlt der bewegliche Rollen- kranz und die Rollen befinden sich in passenden Versenkungen des massiven Zylinderkopfes. Sie stehen aus der inneren Zylinderflache ein wenig hervor und schlagen an die vorbeifliegenden Stahlhammer. Die Stahlhammer selbst bestehen nicht wie bei der Hammermaschine
von Dayton aus
einem massiven Stahlstuck, sondern aus zwei gelenkartig verbundenen Stahl- kugeln, welche durch eine einfache Vor-
richtung derart gegeneinander ver- stellt werden konnen, dafi die- Breite des Gelenkhammers ver- schieden grofi ge- macht werden kann. Dadurch wird er- reicht, dafi der zwischen den Hammerbacken entstehende Schlitz auch wahrend des Arbeitens der Maschine verschieden grofi gestellt werden kann, wodurch man mit einem und demselben Backenpaar grofiere Profilanderungen des zu hammernden Werkstucks bewirken kann, als mit den immer nur fur eine Hammerstufe bestimmten Backen der Dayton- Hammermaschine. Es ergibt sich deshalb bei der Benutzung der Langellier- Hammermaschine eine wesentlich ge- ringere Zahl der notigen Hammerbacken, sowie ein flotteres Arbeiten infolge der Vermeidung des allzu often Auswechselns der Backen. Fig. 25 stellt eine von Arno Loose in Chemnitz, Sachsen, fabrizierte Hammermaschine dar. Eine andere Type der Hammermaschine, von Fr. W. Gladitz, Berlin -Treptow, vertrieben, stellt Fig. 26 dar. Die Behandlung der Werkstucke mit der Hammermaschine ist eine aufierordentlich gleichmafiige, wie es eben aus der Wirkungsweise der Maschine hervorgeht. Heifi eingefuhrte Stabe werden durch die
Fig. 25. Aufienansicht einer Hammermaschine.
r-r I
sehr kurze Beruhrung mit den kleinen Hammerflachen der Backen
kaum wesentlich abgekiihlt. Der eigentlich hammernde Teil der
Backen, die zylindrische Strecke der Auskehlung, kann fur diesen
Zweck, wie es die G. E. C. vorsieht, ganz besonders kurz ausgestaltet
werden. Handelt es sich darum, auf relativ kurzer Behandlungs-
strecke eine ganz gleichmafiige Umwandlung des grofikristallinen
Gefuges zum feinkristallinen bei einem Werkstuck vorzunehmen, so
ist dafur die Hammer- _^_
maschine geradezu ideal.
Das Hammern der Wolfram-
stabe mit der Hammer-
maschine wird nun auf fol-
gende Weise durchgefiihrt.
In der Nahe der Hammer-
maschine wird ein Platin-
bandofen aufgestellt , wel-
cher auf etwa 1300 ° C er-
hitzt und von Wasserstoff
oder Formiergas durch-
stromt wird. In dem Of en
wird ein gesinterter Stab
auf die Ofentemperatur er-
hitzt. 1st der Stab heifi
genug,
so setzt man die
Fig. 26. Hammermaschine von Fr. W. Gladitz.
Hammermaschine inBetrieb, greift den Stab mit einer passenden Zange aus dem Ofen heraus, fiihrt ihn schnell, aber gleichmafiig in
die Maschine hinein und zieht ebenso schnell wieder heraus. Der Stab, welcher dabei nur wenig abgekiihlt wird, wird zur Wieder- erlangung seiner ursprunglichen Glut in den Ofen gesteckt und dann die Hammerbacken gegen andere mit kleinerem Profil aus- gewechselt. Die Hammerprozedur wird nun stufenweise wieder- holt, und so geht es weiter, bis der Stab eine ganze Reihe immer kleiner werdender Hammerprofile passiert hat. Der Stab wird dadurch wesentlich verjQngt und gestreckt und nimmt schliefi- lich die Form eines Drahtes an. Ist der Wolframdraht lang genug, so wird er nunmehr mit einer mechanischen Vorrichtung in die Maschine eingefiihrt, wobei er unmittelbar vor dem Eintritt in die Maschine durch einen Gasofen oder elektrischen Ofen immer erhitzt
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wird. Man kann auch leicht die ganze beschriebene Operation in einer vor Oxydation schiitzenden Atmosphare ausfiihren, indem man einfach auch durch die Hammermaschine Formiergas oder Wasser- stoff leitet. Diese Vorsichtsmafiregel ist jedoch kaum notwendig, da die Oxydation bei den verhaltnismaBig dicken Staben und den in Betracht kommenden Temperaturen nur an der Oberflache vor sich geht und nur in sehr geringe Tiefen eindringt. Allerdings tritt infolge der Oxydation der Oberflachenschichten des Werkstucks oft eine wesentliche Erhartung und Sprodigkeit im Laufe der Ver- arbeitung ein. Wohl ware es prinzipiell moglich, durch Wieder- holung der Reduktion bei sehr hohen Temperaturen die Oxydation riickgangig zu machen. Durch die hohe Erhitzung wurde aber auch gleichzeitig die durch die mechanische Bearbeitung bereits zum Teil hervorgerufene giinstige Strukturveranderung des Wolframs wieder verloren gehen. Um dies zu vermeiden, schlagt die G. E. C. (engl. Pat. 9788 vom 4. November 1912) vor, einfach die oxydierten und verharteten Oberflachenschichten auf mechanischem oder chemischem Wege zu entfernen. Das Hammern des Wolframdrahtes wird gewohn- lich bis zu einem Durchmesser von etwa i mm fortgesetzt. Schon bei ungefahr 2 mm Durchmesser wird der Draht biegsam und erhalt ein feinkristallines Gefuge. Nach dem Hammern kann der Draht bis zu einem Durchmesser von etwa 0,5 mm gewalzt werden.
Zu diesem Zwecke wird der Draht kurz vor dem Eintritt in die Walze erhitzt, wahrend die Walzen selbst kalt bleiben. Der Draht passiert jede Rille zweimal, wodurch der beim ersten Durch- gang durch die Walzenrille entstehende Grat beim zweiten Durch- gang nach Verdrehung des Drahtes um 90 ° wieder niedergewalzt wird. Das Walzen ist, wie wir sehen, bei weitem keine gleichmafiige mechanische Behandlung und wird auch gewohnlich uberhaupt ganz ausgeschaltet, indem unmittelbar auf das Hammern das Ziehen des Drahtes durch Diamantsteine erfolgt. Wiewohl es auch Hammer- maschinen gibt, welche eine Bearbeitung des Drahtes auf viel kleinere Durchmesser gestatten, wird mit dem Ziehen bereits von etwa i mm Drahtstarke begonnen, da durch die Operation des Ziehens der Draht noch viel schneller und gleichmafiiger sich verarbeiten lafit als durch die Hammerprozedur , und der Draht bei dem genannten Durchmesser eine genugend grofie Zugfestigkeit und Biegsamkeit besitzt, um durch Ziehen verarbeitet zu werden.
Das Ziehen geschieht in der Warme, trotzdem das Material auch bei gewohnlicher Temperatur bereits ziehbar und zahe genug ist, da dadurch das Ziehen wesentlich erleichtert wird und eine
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weitere Verbesserung der Drahtbeschaffenheit stattfindet. Die Tempe- ratur, welche beim Ziehen des Wolframdrahtes angewendet wird, 1st mit abnehmendem Durchmesser immer tiefer. Sie betragt 600 bis
Fig. 27. Drahtgrobzug nebst Schmier- und Heizvorrichtung.
Fig. 28. Mittel- und Feinzug fQr Wolframdraht, System W. Gladitz.
650 ° C beim Ziehen von Drahten von 0,65 bis 0,45 mm, 500 ° bei Drahten bis 0,25 mm, bei noch kleinerem Durchmesser schliefilich nur 400 ° C. Die Vorrichtung zum Ziehen des Wolframdrahtes in der Warme ist in der Patentschrift der G. E. C. beschrieben und ist vollkommen zweckentsprechend. Danach befindet sich der in der
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iiblichen Form in Messing gefafite Ziehstein in einem Ziehhalter und wird durch einen kreisbogenfSrmigen Gasbrenner erhitzt (Fig. 29). Der Draht passiert kurz vor dem Eingang in den Ziehstein ein zylindrisches, geschlitztes Metallstuck, welches gleichfalls durch einen Gasbrenner auf die gewunschte Temperatur erhitzt wird. Das Ziehen der ganz dunnen Drahte wird mit Hilfe besonders konstruierter
Prazisionszugmaschinen
ausgefiihrt. Fig. 30 stellt eine solche Ma- schine, von Fr. W. Gladitz, Berlin-Trep- tow, vertrieben, dar. Diese Maschine ist zum Ziehen der allerfeinsten Wolframdrahte bis her- unter zu 0,008 mm ge- eignet. Der Zug ist mit Friktionsantrieb versehen, so dafi er wahrend des Betriebes in seiner Geschwindigkeit beliebig reguliert werden kann. Aufierdem ist eine Reibungskupplung vorgesehen, welche sich so feinfuhlig
Fig. 29.
Fig. 30. Prazisionszugmaschine ftlr die feinsten Wolframdrahte.
einstellen lafit, dafi der feine Draht bei entstehenden Storungen nicht sofort abreifit. Damit die Drahte in die Ziehsteine eingefuhrt werden konnen, miissen diese angespitzt werden, da die Diise, durch welche der Draht gezogen werden soil, notwendigerweise einen kleineren Durch- messer als der Draht besitzt. Das Anspitzen konnte wohl mit einer Karborundumscheibe gelingen, jedoch ist diese Methode zum Anspitzen der sehr dunnen, harten und aufierordentlich zahen Drahte kaum gut verwendbar. Nach vorhandenen Patenten und Anmeldungen (engl. Pat. 3981, 1910, British Thomson Houston Co.; deutsche Anm. A. 19995, 1/7 b vom 14. Januar 1911, A. E.G.) werden fur diesen Zweck mit grofiem Vorteil rein chemische Methoden angewendet. Am besten
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bewahrt sich dafiir em Bad eines geschmolzenen, oxydierenden Salzes, wie Kalium- oder Natiiumnitrit. Beim Eintauchen eines Wolf ram - drahtendes in ein solches Bad tritt dessen sofortige Oxydation und die Auflosung des gebildeten Oxydes ein, so dafi in kurzester Zeit der Draht gleichmafiig angespitzt wird. Auch mit einem Kalium- und Natriumnitratbad lafit sich das Anspitzen von Wolframdrahten bewirken. In diesem Falle mufi man dem Bade Verdunnungsmittel, wie Alkalichloride oder Hydroxyde, hinzufugen, da das Nitrat, wenn allein verwendet, so stark wirkt, dafi die Oberflache des Metalls rauh wird. In der Praxis scheint sich das Bad von ge- schmolzenem kauflichen Natriumnitrit am besten bewahrt zu haben. Das Salzbad l6st das Wolfram so rasch auf, dafi es fur dunnere Drahte notig erscheint auch diesem Bade Verdunnungsmittel, wie Kochsalz oder Aetznatron zuzusetzen. Fur sehr dunne Drahte kann auch konzentrierte Zyankalilosung, in welche der Draht als Anode fur ganz kurze Zeit eingetaucht wird, verwendet werden. Die Julius Pintsch-Akt.-Ges. spitzt Wolframdrahte in der Weise an (D. R. P. 251836), dafi die Drahtenden in einem Bunsenbrenner einfach so hoch erhitzt werden, bis sie sich mit Oxyd bedecken. Die Oxyd- schichten werden sodann auf mechanischem Wege entfernt und das verjungte Ende blofigelegt. Diese Methode ist kaum so praktisch, als die vorhin erwahnten. Das Anspitzen verlauft nicht so sauber und gleichmafiig, auch nicht schneller als in dem Nitritbad, aufiei- dem wird das Drahtende, welches fur die Oxydation notwendiger- weise hoch erhitzt werden mufi, sehr leicht sprode und bruchig, so dafi unter Zeit- und Materialverlust wiederholt neue Spitzen gemacht werden mussen. Die Firma J. Kremenezky in Wien hat auch ein Patent fur Anspitzen von Wolframdrahten angemeldet (6sterr. Patent- anmeldung A. 2903, 1912, vom 28. Dezember 1911). Die Firma verwendet als Atzmittel ein Gemisch von verdunnter Salpetersaure und Flufisaure , in welches die anzuspitzenden Drahtenden ein- getaucht werden. Dasselbe Patent wurde in Deutschland von Dr. L. Weifi am 15. April 1912 angemeldet (Aktenzeichen W. 39545, Kl. 48 d).
Ein besonderes Verfahren zum Anspitzen . von Wolframdrahten gibt die Westinghouse Metallfaden-Gluhlampenfabrik in der osterr. Anmeldung 3482 vom 23. April 1912 an. Nach dieser Erfindung wird der anzuspitzende Wolframdraht als Kathode in verdunnte Schwefelsaure eingetaucht, in welcher sich als Anode eine Metall- platte befindet. Schickt man bei dieser Anordnung einen starkeren elektrischen Strom hindurch (etwa 25 bis 30 Ampere pro Quadrat-
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millimeter), so wird das eintauchende Drahtende zum Gltihen gebracht und in kurzester Zeit zugespitzt.
Als Schmiermittel fur das Ziehen von Wolframdraht benutzt die G. E. C. Aquadag, eine Suspension von entflocktem Achesongraphit in Wasser, wie es uberall im Handel erhaltlich ist. Der Draht passiert ein Reservoir, in welchem sich diese Graphitschmiere befindet; beim Durchgang durch den geheizten Metallzylinder verdampft das Wasser aus dem Aquadag und es bildet sich eine dunne Schicht von feinverteiltem Graphit an der Oberflache des Drahtes, welche den Draht sowohl vor der Oxydation schutzt, als auch seinen glatten Durchgang durch den Ziehstein bewirkt. Das Ziehen geschieht an freier Luft, da bei der relativ niederen Ziehtemperatur und An- wendung der Graphitschmiere jede Oxydation vermieden wird.
Die Verwendung der Graphitschmiere fur die Wolframdraht- zieherei wurde auch von der Allgemeinen Elektrizitats - Gesellschaf t (A. E. G.) in Berlin in einer Patentanmeldung (deutsche Patent- anmeldung A. 20831 vom i. Juli 1911) genau beschrieben. Der besondere Vorteil bei der Anwendung der Graphitschmiere ergibt sich dadurch, dafi der an die Oberflache des zu ziehenden Wolfram- drahtes aufgetragene und dort eingebrannte aufierst fein verteilte Graphit beim Ziehprozefi die Duse mitpassiert, wahrend ein gewOhn- liches Ol vor der Duse zuruckbleibt und keine Schmierwirkung aus- tiben kann, ganz abgesehen davon, dafi es bei den in Betracht kommenden Temperaturen uberhaupt verbrennen wurde. Bei der Anwendung des Aquadags empfiehlt die Firma einen Zusatz von etwa 10 °/0 Ammoniumsulfid. Das Schmiermittel, welches in der Kon- sistenz einer diinnen Salbe auf einem Baumwollpfropfen sich befindet, wird auf den Wolframdraht, welcher den Baumwollpfropfen passiert, aufgetragen. Hierauf wird das Schmiermittel auf den Draht ein- gebrannt, wobei ein glatter festhaftender Ueberzug entsteht. Noch vorteilhafter scheint es zu sein, den Draht unmittelbar vor dem Ein- tritt in das Schmiermittel durch eine Gasflamme auf dunkle Rotglut zu erhitzen, da das Schmiermittel beim Passieren des erhitzten Drahtes noch besser an seine Oberflache festbackt. Naturlich ist es auch wiinschenswert, dafi die zum gleich darauffolgenden Ziehen des Drahtes verwendeten Diamantdusen gut abgerundete, polierte Eintrittsstellen besitzen, wodurch der Graphit auf der Drahtober- flache zusammengepreSt und verdichtet wird und als glanzender, auBerordentlich festhaftender Uberzug die Duse verlafit. Der Graphit scheint als Schmiermittel beim Wolframdrahtziehen sich aufierordent- lich gut zu bewahren und diirfte kaum von einem anderen Schmier-
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mittel ubertroffen werden l). Es wurden trotzdem noch andere Schmier- mittel zum Patent angemeldet, welche sich angeblich ebenso gut bewahren sollen wie die Graphitschmiere. In einer Anmeldung (deutsche Patentanmeldung A. 21037 vom 15. August 1911) schlagt die A. E. G. die Verwendung von passenden Wolframverbindungen in Suspensionen als Schmiermittel vor. Die Wolframverbindungen, wie das als feines, weiches, graphitahnliches Pulver erhaltliche Wolframsulfid (JVS.2), oder die von Pacz (siehe S. 46) angegebene kolloidale organische Wolframverbindung (H6IV2 C9 O3), besitzen neben der guten Schmierwirkung die angenehme Eigenschaft, durch Erhitzen im Vakuum oder im Wasserstoff unter Zuriicklassung von reinem Wolframpulver zu zerfallen, wodurch durch das Schmiermittel keine fremden schadlichen Bestandteile in den Draht gelangen, wie dies bei der Verwendung von Graphit vorkommen konnte. Die Deutsche Gasgluhlicht-Akt.-Ges. schlagt in einem Patent (D. R. P. 261457 vom 13. August 1911) anorganische Schmiermittel fur das Warmziehen von Wolframdraht vor. Als passende Verbindungen werden Poly- phosphorsaure respektive Polyborsaure bezeichnet, sowie alle solche komplexe Verbindungen, die keinen bestimmten Schmelzpunkt be- sitzen, sondern innerhalb weiter Temperaturgrenzen als zahe Fliissig- keiten bestehen konnen. Solche Verbindungen werden in beliebiger Weise auf den Draht aufgetragen, geraten bei den zur Anwendung kommenden Ziehtemperaturen in den zahflussigen Zustand und kommen beim Durchziehen durch die Dusen als Schmiermittel zur Geltung. Diese anorganischen Schmiermittel konnten gegeniiber der Graphitschmiere nur den Vorteil der Kohlenstofffreiheit haben. Ihre Schmierfahigkeit scheint aber sehr viel schlechter zu sein, weshalb auch dieD.G.A. den Zusatz von Graphitpulver empfiehlt. Dadurch entfallt naturlich der einzig noch mogliche Vorteilder Kohlenstoff- freiheit. Die Bergmann-Elektrizitats-Akt. -Ges. in Berlin lost in einer Patentanmeldung (deutsche Patentanmeldung B. 67512, Kl. 7b, vom 23. Mai 1912) das Problem der Schmiermittel fur das Wolfram- ziehen in der Weise, daB der Ziehstein, durch welchen der Wolfram- draht gezogen wird, sich in einem Bade heifien Oles befindet. Es soil dabei angeblich moglich sein, das Ziehen des Wolframdrahtes bei der verhaltnismaBig niedrigen Temperatur von etwa 300 bis 400 ° C zu bewirken, da der Draht bei der Fuhrung durch das heifie
i) Von Interesse diirfte die in der Schrift: Graphite as a lubricant, herausgegeben von der Joseph Dixon Crucible Co. in Jersey, S. 59 befind- liche Angabe sein, nach welcher ,,glanzende Resultate beim Drahtziehen durch den Zusatz von Graphit zu den Schmiermitteln erzielt wurden".
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Ol in seinem ganzen Querschnitt sehr gleichmafiig erhitzt wird. Das Heizol oder andere bei diesen Temperaturen flussige, passende Stoffe, dienen gleichzeitig als Schmiermittel. Auch die Regulierung der Ziehtemperatur soil nach diesem Verfahren viel leichter und genauer zu ermoglichen sein, wie bei der gewohnlichen Erhitzung an freier Luft mit dem Gasbrenner. Das Verfahren der Bergmann-Elek- trizitats-Akt.-Ges. ist eigentlich kein gewShnliches Schmiermittel-
Fig. 31. Spul-, GlUh- und OberflSchenreinigungsapparat fQr Wolframdrahte.
patent, es stellt vielmehr ein regelrechtes Wolframziehverfahren vor. Dem Ziehverfahren eine grofiere Bedeutung zusprechen kann man wohl kaum. Jedenfalls steht dieses Verfahren dem gewohnlichen Wolframziehverfahren an Eleganz und Sicherheit weit nach.
Der Wolframdraht lafit sich nach beschriebenem Verfahren zu aufierst diinnen Drahten, wie solche fur die Gluhlampenindustrie erforderlich sind, ausziehen. Man erreicht auf diese Weise bis 0,01 mm diinne Drahte. Der Draht wird nach beendetem Ziehen in einer Atmosphare von reduzierenden Gasen auf etwa 1000 ° C erhitzt, wobei er von dem Graphitiiberzug sowie der geringen Menge von Wolframoxyd befreit und ganz blank wird. Einen solchen sehr
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gut geeigneten Spul-, Gliih- und Oberflachenreinigungsapparat, System Fr. W. Gladitz, stellt Fig. 31 dar. Den Wolframdraht kann man nun ohne weiteres fur Gliihlampenzwecke verwenden. Das Ziehen des Wolframdrahtes bis etwa 0,01 mm ist mit grofien technischen Schwierigkeiten verbunden, und zwar vor allem deshalb,. weil es auBerordentlich schwierig ist, Diamantziehsteine mit soldi feinen Bohrungen herzustellen. Die feinen Offnungen in den Diamant- dusen mussen nicht nur absolut rund sein, sondern deren Durch- messer auf Bruchteile von Tausendstel Millimeter genau eingehalten werden, da eine richtig eingestellte Ziehstufenfolge des Diamant- ziehsteinsatzes von grofier Wichtigkeit fur ein klagloses Funktionieren des Ziehprozesses ist. Man mufi also z. B. in der Nahe von 0,0 1 mm bei einer zweiprozentigen Ziehstufenfolge Diamantziehsteine von folgenden Durchmessern besitzen: 0,0110, 0,0108, 0,0106, 0,0104 usw. Solche geringen Unterschiede genauer festzustellen, ist aufier- ordentlich schwer, das Mikroskop und Mikrometer fangen bereits fruher an zu versagen. Man ist deshalb genotigt, eine grofie Anzahl von Diamantziehsteinen herzustellen und diese dann rein empirisch zu einem Satz mit Abstufungen zusammenstellen. Sind die Zieh- steine richtig eingereiht und deren Stufenfolge eingehalten, so funk- tioniert der Ziehprozefi gut. Infolge des Ziehens weiten sich die Steine allmahlich etwas aus, jedoch geschieht es bei alien ungefahr im gleichen Tempo, so dafi die Stufen doch richtig bleiben. Es heifit dann, der Satz ruckt gleichmafiig hinauf. In solchem Falle ist es dann notig, nur die letzten Steine des Satzes immer zu erganzen. Zieht man also z. B. bis 0,01 mm, so muB man, wenn der Satz in Ordnung bleiben soil, immer wieder neue Ziehsteine von 0,01 mm Offnung in den Satz einreihen. Das ist noch das idealste Verhalten eines Ziehsteinsatzes. In vielen Fallen kommt es vor, dafi der Satz sich ungleichmafiig verandert, indem die einzelnen Ziehsteine sich verschieden stark durch den Gebrauch aufweiten und die am Anfang muhselig eingestellte richtige Ziehstufenfolge verloren geht. Oft kommt es auch vor, dafi manche Ziehsteine rauh werden und frisch nachpoliert werden mussen, wodurch sie dann natiirlich nicht mehr in den Satz passen und deshalb rechtzeitig fur Ersatz gesorgt werden mufi. Briiche von Ziehsteinen kommen auch nicht selten vor. Wir sehen also, dafi die Uberwachung und Instand- haltung eines solchen Ziehsteinsatzes ungewohnliche Muhen und Kosten verursacht, da man ein grofies Lager von Ersatzsteinen bereithalten mufi und an die Technik des Diamantbohrens Anspriiche gestellt werden, die die Grenzen der M6glichkeit iiberhaupt erreichen.
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Die meisten grofien Wolframlampenfabriken haben diese ungewfthn- lich grofien Schwierigkeiten uberwunden und fabrizieren bereits die i6kerzige 260 Volt-Lampe, deren Leuchtkorper ungefahr einen Durchmesser von 0,01 mm besitzt.
Es fehlt naturlich nicht an Bestrebungen , diesen Schwierig- keiten, welche sich bei dem Ziehen von solch dunnen Drahten einstellen, durch Anwendung anderer Methoden auszuweichen. Nahe- liegend ist es, mit chemischen resp. elektrochemischen Mitteln relativ dicke Drahte in diinne umzuwandeln. Solche Methoden wurden bereits zum Dunnermachen von Osmiumfaden und der nach dem Spritzverfahren hergestellten Wolframfaden vorgeschlagen. Es zeigte sich aber dabei, dafi die Atzung solcher Drahte un- gleichmafiig vor sich ging, und zwar hauptsachlich aus dem Grunde, weil die Gebilde zu grobkristallin waren. Die Atzmittel greifen an verschiedenen Stellen verschieden stark an, da die einzelnen Kristalle in verschiedenen Richtungen verschieden stark loslich sind. Es entstehen deshalb aus vollkommen runden Drahten von gleichmafiigem Querschnitt Gebilde von durchaus ungleichem Querschnitt mit hervorstehenden Kristallkanten und Spitzen, tiefen Rissen und Furchen, also ein fur Gluhlampenzwecke vollig unbrauch- bares Produkt. Anders scheinen jedoch die Verhaltnisse bei dem nach dem Ziehverfahren hergestellten Wolframdraht zu liegen. Wie aus der Patentanmeldung von Otto Krause (osterr. Patentanmeldung A. 6212, 1911, vom 18. Juli 1911) zu entnehmen ist, wird ein solcher Draht durch verschiedene Atzmittel in durchaus gleichmafiiger Weise angegriffen. Der Erfinder schlagt vor, von Drahten von 0,03 mm Durchmesser, welche sich verhaltnismaSig leicht herstellen lassen, auszugehen und diese durch passende Atzmittel, chemisch oder elektrochemisch, auf den gewunschten Durchmesser abzubauen. Als Atzmittel werden vor allem alkalische, oxydierende Bader empfohlen. Vorzugsweise soil sich dafur eine verdiinnte alkalische Ferrizyankali- losung eignen. Auch andere Oxydationsmittel in alkalisch-wafiriger Losung, wie Persulfate, Superoxyde, auch Kaliumpermanganat, sollen sich fiir den Zweck gut eignen. Der Draht wird zweckmafiig durch ein solches Atzbad durchgezogen, wobei durch die Geschwindigkeit des Durchziehens die Atzung und somit der zu erzielende Durch- messer bestimmt werden kann. Die gleiche Wirkung wie mit den alkalischen Oxydationsbadern kann man dadurch erzielen, dafi man •den Wolframdraht als Anode in ein alkalisches Bad einhangt. Der Draht wird in vielen zickzackformigen Windungen durch das Bad unter Strom durchgezogen. Die erzielte Querschnittsverminderung
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wird durch Widerstandsbestimmung an dem Draht festgestellt. Schliefilich lafit sich die Querschnittsverminderung der Wolfram- drahte auch dadurch erzielen, dafi man die Wolframdrahte in ge- eigneten Gasatmospharen, wie z. B. Chlor, welche den Draht an- greifen, auf so hohe Temperatur erhitzt, dafi die entstehenden Wolframverbindungen, z. B. Wolframchloride , sich verfluchtigen. Mit diesen Methoden gelangt man nach Angaben des Erfinders zu Drahten von beliebig feinem Durchmesser, viel feiner, als man zu solchen auf mechanischem Wege durch direktes Ziehen oder nach dem Wollastonverfahren gelangen kann. Voraussetzung ist, dafi die Querschnittsverminderung nur an solchen Wolframdrahten vor- genommen wird, welche durch andauernde Behandlung vermittelst Pressen, Hammern, Walzen und Ziehen, wie solches iiberhaupt bei dem Warmeziehverfahren geschieht, ein aufierordentlich feines Kristallgefiige erhalten haben. Die Bedeutung der Erfindung scheint dem Verfasser nicht iibermafiig grofi zu sein. Vor allem ist noch immer, auch bei noch so feinem Kristallgefiige der Drahte, zu be- furchten, dafi bei solch starken Querschnittsverminderungen (1:3!) dieselben einen ungleichmaBigen Verlauf annehmen. Andererseits wissen wir ja, dafi es der Technik jetzt schon gelungen ist, Drahte von 0,0 1 mm auf rein mechanischem Wege gut herzustellen. Es ist auch mit Sicherheit zu erwarten, dafi die Technik des Feinziehens und Diamantbohrens noch weitere Fortschritte macht, so dafi die jetzt noch bestehenden Schwierigkeiten mit der Zeit immer kleiner zu werden versprechen.
Das Wolframziehverfahren der G. E. C. hat begreiflicherweise in der Gluhlampenindustrie eine Umwalzung hervorgerufen. Die Vorteile des Verfahrens liegen auf der Hand. Die grofie Einfach- heit und Sicherheit des Verfahrens, welches gestattet, den Draht auf die billigste Weise herzustellen, sodann die vollig gleichmafiige Be- schaffenheit und die hervorragende, lange ersehnte Biegsamkeit des Wolframdrahtes, welche eine ungewohnlich grofie Vereinfachung der Gluhlampenfabrikation mit sich brachte, haben es bewirkt, dafi dieses Verfahren in erfolgreichster Weise mit alien bisher bekannten Ver- fahren konkurrieren, ja in kurzester Zeit diese fast vollstandig ver- drangen konnte. Naturlich wurden dadurch viele Gliihlampenfabriken, welche das Ziehverfahren nicht benutzen durften, sehr geschadigt. Es lag deshalb im Interesse dieser Firmen, die Patentfahigkeit des Verfahrens der G.E. C. anzufechten, und jetzt scheint es tatsachlich nicht ausgeschlossen, daB sie darin auch Erfolg haben und zumindest eine starke Einschrankung des Schutzumfanges durchsetzen werden.
MQller, Metalldrahtlampen. 6
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Bei der ersten Uberlegung erscheint diese Tatsache ein wenig be- fremdend. Man begreift nicht, wie es denn mSglich sein kann, dafi ein Verfahren, welches eine derart umwalzende Neuerung und zweifel- losen Fortschritt fur die Industrie bedeutet, nicht patentfahig sein kdnnte. Bei naherer Betrachtung aber erscheint das Verfahren der G. E. C. tatsachlich kaum als patentfahig (Dr. N. L. Muller, Uber das Wolfram und die Geschichte seiner Duktilisierung. Vor- trag, gehalten am 3. Marz 1913 im Niederosterreichischen Gewerbe- verein in Wien; ,,Zeitschr. f. angew. Chemie" 1913, S. 404 u. 422). Da diese Frage fur die Gluhlampenindustrie von grofitem Interesse ist, wollen wir sie auch hier kurz diskutieren. Vor allem muB her- vorgehoben werden, dafi die Herstellung von Wolframdraht auf mechanischem Wege durch Hammern, Walzen und Ziehen in der Warme und die Verwendung des Drahtes fur Gluhlampenzwecke uberall, mit Ausnahme von England, jedermann freisteht. Wissen wir doch, dafi die G. E. C. bereits im Jahre 1906 und 1907 in England solche Patente erhalten hat (engl. Pat. 21513, 1906; 16530, 1907) und in anderen Staaten ahnliche Patente nicht erlangen konnte. Auch die Ursache, weshalb der G. E. C. in fast alien Staaten der Patentschutz fur das Ziehen des Wolframs in der Warme versagt wurde, sind ganz klar. Es lagen bereits seit langem Erfahrungen, Versuche und Publikationen vor, welche als einzige Moglichkeit fur die Herstellung des Wolframdrahtes auf mechanischem Wege die Verarbeitung des Wolframs in der Warme bezeichnet haben. Es war vor allem die Furcht vor der Durchfuhrung der muhsamen Versuche und die nicht geniigende Vertrautheit mit der Technik des Ziehens und Walzens, welche die Erfinder vor dem Betreten dieses Arbeitsgebietes abschreckte. Die G. E. C. hat sich nun hier das zweifellose Verdienst erworben, dieses schwierige Arbeitsgebiet be- treten und die vorgezeichneten Probleme in der konsequentesten Weise durchgefiihrt zu haben. Wohl mag die Firma bei dieser Gelegenheit einige zweckentsprechende Vorrichtungen und Apparate gebaut und Mittel aufgefunden haben, welche das Ziehen des Wolf- rams in der Warme erleichtern, eine schopferische Leistung, die Vorbedingung einer jeden Erfindung, war jedoch darin kaum ent- halten. Die G. E. C. war sich der Schwache dieser Patente bewufit und versucht den Schein einer erfinderischen Tatigkeit dadurch zu erwecken, indem sie die langst und alien bekannte Tatsache, dafi das Wolfram in der Warme duktil wird, als eigene Beobachtung fur sich in Anspruch nimmt (siehe S. 63). Merkwiirdigerweise hat damals die G. E. C. nicht die Beobachtung gemacht, dafi das Wolfram
durch die mechanische Behandlung in der Warme als Draht schliefi- lich auch bei gewohnlicher Temperatur duktil und biegsam wird. In den Patenten beschreibt die Firma Vorrichtungen, die es erm6g- lichen sollen, den sprOden Draht im warmen Zustande auf Lampen- gestelle aufzuwickeln, was zweifellos fur die Sprodigkeit des damals hergestellten Drahtes spricht. Heute wissen wir naturlich, dafi die mechanische Behandlung, d. i. Hammern, Walzen und Ziehen der Wolframstabe in der Warme, fast wie eine Naturnotwendigkeit zu einem bei gewohnlicher Temperatur duktilen Wolframdraht fuhren mufi. Es ist deshalb schwer, den Grund zu finden, warum die G. E. C. die lange Zeit hindurch, bei der versuchsmafiigen Ausfuhrung ihres Verfahrens, zu keinem, bei gewohnlicher Temperatur duktilen Wolframdraht gelangt ist. Die einzige Erklarung, die der Verfasser dafur finden kann, ist, dafi die Versuche mit nicht genugend reinem, vor allem sauerstoffhaltigem Wolfram ausgefuhrt wurden. Dies ist auch daraus zu schliefien, dafi die Firma in den neuen Patenten, in welchen sie bereits uber die Duktilisierung des Wolframs berichtet, auf die besondere Bedeutung der vollstandigen Reduktion der fur die Drahtherstellung bestimmten Wolframstabe, unter Angabe der verschiedenen hierzu fuhrenden Mafiregeln, hinweist. Untersuchen wir nun das Patent der G.E. C. vom Jahre 1909 auf die Patent- fahigkeit, so mussen wir dessen Kernpunkt darin erblicken, dafi durch die andauernde Behandlung des Wolframs in der Warme, wie es bei der Verarbeitung eines Wolframstabes durch Hammern, Walzen und Ziehen geschieht, schliefilich ein bei gewohnlicher Temperatur duktiler Wolframdraht resultiert. Das ist aber nur eine Erscheinung, die sich bei der Ausfuhrung des in den Patenten von 1906 und 1907 beschriebenen Verfahrens von selbst ergibt. Bei der Vorprufung der Patentanmeldung in Osterreich, welche in sehr sach- gemafier Weise ausgefuhrt wurde, wurde besonderes Gewicht darauf gelegt, f estzustellen , welche neuen Bedingungen es waren, durch deren Einfuhrung es der G.E. C. gelungen ist, die Duktilitat des Wolframs zu erzielen. Es stellte sich dabei heraus, dafi als die \\ichtigsten Punkte des neuen Verfahrens das Ziehen des Drahtes in feinen Stufenfolgen, die Verwendung eines grobkornigen, spezifisch schweren Wolframpulvers und schliefilich die Verwendung des Graphits als Schmiermittel zu betrachten ware. Diese Punkte allein sind in den Patentanspriichen der osterreichischen Patentanmeldung angefiihrt. Sollte es im Einspruchsverfahren noch gelingen, die Prazisierung der Angaben bezuglich der Grofie der nOtigen Zieh- stufenfolge und Beschaffenheit des Wolframpulvers durchzusetzen,
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so batten wir das Patent der G. E. C. in die gehSrigen Grenzen zuriickgewiesen. Den Fachleuten selbst wird es klar sein, dafi es auf die von der G. E. C. beanspruchten Bedingimgen nicht unbedingt ankommt, um zum duktilen Wolframdraht zu gelangen. In England und Deutschland ist der Schutzumfang des Patentes der G. E. C. etwas grSfier, vor allem deshalb, weil die Anspruche nicht geniigend klar formuliert sind. Sollte nun das Patent der G. E. C. in dieser Form zu Recht bestehen, so wiirde es danach verboten sein, ge- zogenen duktilen Wolframdraht als Leuchtkorper zu benutzen, trotz- dem die Warmbehandlung, welche notwendigerweise zur Duktili- sierung des Wolframs fiihrt, jedermann zur Ausubung freisteht. Es ist leicht begreiflich, dafi sich die interessierten Firmen gegen die Erteilung eines solchen Patentes mit aller Energie wehren.
In der Technik werden fast samtliche Metalle in der Hitze mecha- nisch behandelt, und dies geschieht nicht nur wegen der ganz enormen Ersparnis an Arbeit, die sich bei der Behandlung der in der Warme ganz weich gewordenen Metalle erzielen lafit, sondern hauptsachlich aus dem Grunde, weil das rohe, unbearbeitete Metall gewohnlich viel zu grobkristallin ist und beim Walzen und Ziehen bei gewohnlicher Temperatur sehr bald in Stiicke zerfallen wiirde. Durch das Hammern, Walzen und Ziehen in der WTarme lassen sich die Metall- kristalle, ohne ihren Zusammenhang zu verlieren, in ganz kleine Kristalle zertrummern, und es entsteht eine feinkristallme Struktur mit vielen Gleitflachen, welche die Dehnbarkeit der Metalle bei ge- wShnlicher Temperatur bedingt. (Uber die Bedeutung und Art der Wirkung solcher Gleitflachen siehe die sehr interessante Arbeit von Tammann; ,,Zeitschr. f. Elektrochemie" 1912, S. 584). Die beim Wolfram beobachtete Erscheinung, welche die Grundlage des von der G. E. C. angestrebten Patentes bilden soil , bedeutet somit keine Auffindung eines Ausnahmefalles , sondern im Gegenteil nur die Bestatigung einer allgemein gultigen Regel. Auch hier kanii nach- gewiesen werden, dafi die erzielte Duktilitat auf die Veranderung der urspriinglich grobkristallinen Struktur in feinkristalline zuruck- zufiihren ist. Es konnte noch vorgehalten werden, dafi die meisten anderen Metalle bereits vor ihrer Verarbeitung in der Warme einen gewissen Grad von Duktilitat besitzen, wahrend das Wolfram vor seiner Verarbeitung ganzlich sprode ist und seine Duktilitat, voll und ganz, nur als das. Resultat der Warmbehandlung zu betrachten sei. Diesen Einwand kann man jedoch auch nicht gelten lassen. Die Wolframduktilisierung ist nicht dem Wesen nach, sondern nur graduell von der Duktilisierung der anderen Metalle verschieden.
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Oft recht betrachtliche graduelle Unterschiede der ursprunglichen Duktilitat sind auch bei den iibrigen Metallen gut bekannt. An- zeichen sind auch vorhanden, welche die Vermutung zulassen, daS das Wolfram, wenn nur genugend rein und sauerstofffrei, eine sogar recht betrachtliche, urspriingliche Duktilitat besitzt, so daB es auch bei gewohnlichen Temperatureii verarbeitet werden konnte. Niemand wird natiirlich auch unter solchen Umstanden freiwillig auf die Vorteile der Warmbehandlung verzichten wollen. Der Ver- fasser konnte vor einiger Zeit (,,Zeitschr. f. angew. Chemie" 1913, S. 404 u. 422) uber ein Patent berichten, welches viel Ahnlichkeit mit dem Patent der G. E. C. besitzt und als neuheitsschadlich fur dieses Patent betrachtet werden konnte. Es ist dies das Patent von J. W. Staite (engl. Pat. 12212, 1848), in welchem der Erfinder uber die Herstellung des Iridiumdrahtes fur eine Iridiumdrahtlampe berichtet. Dieses als sprode bekannte Metall duktilisiert der Erfinder in einer der Wolframduktilisierung vOllig identischen Weise. Er unterwirft dieses Metall einer langeren Behandlung in der Hitze, walzt und hammert es so lange, bis das Metall durch die Behand- lung genugend „ annealed", d. i. nachgelassen, also weich geworden ist fur die nachfolgende Formgebung bei gewohnlicher Temperatur. In der wortgetreuen Ubersetzung lautet die Stelle aus der Patent- schrift: ,,Ich schmelze Iridiumoxyd in einem Probiertiegel aus Bein- asche unter dem Voltaischen Bogen, wodurch dieses der hochsten uns bekannten Hitze ausgesetzt wird. Nachdem ich ein Werkstuck des Metalls erhalten habe, setze ich dasselbe einer konstanten Warme- wirkung aus, um es auszugliihen, und zu diesem Zwecke benutze ich eine oder mehrere Knallgasgeblaseflammen. Wenn das Werk- stuck weifigluhend ist, walze oder hammere ich dasselbe und wieder- hole das Verfahren immer wieder, bis das Metall genugend nach- gelassen (weich) ist, um in die gewunschte Gestalt bearbeitet werden zu konnen." Dabei handelt es sich nicht nur um Versuche, sondern um einen tatsachlichen Erfolg, den es Staite gelungen ist, zu er- zielen. Ich finde in einer englischen Publikation von J. J. Fahie, M. I. E. E., welche auf authentischen Berichten basiert, dafi im Jahre 1850 J. W. Staite bei seinen zahlreichen offentlichen Vortragen eine derart hergestellte Iridiumdrahtlampe im Betrieb vorfuhren konnte. Nach all den angefuhrten Tatsachen glaubt der Verfasser nicht, dafi die bereits erteilten und angemeldeten Patente der G.E. C. einer strengen Pruning werden standhalten konnen.
Nach der Bekanntmachung des Wolframduktilisierungspatentes der G. E. C. wurde eine ganze Reihe von Patenten von verschiedenen
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Firmen angemeldet, welche teils die Duktilisierung des Wolframs auf anderem Wege zu bewirken suchen, zum Teil weitere Verbesse- rungen des Stammpatentes darstellen sollen. Harry und Ulrich Bressler (franz. Pat. 447585 vom 23. August 1912) gehen, um die Schwierigkeiten, welche sich beim Pressen der Wolframstabe aus Wolframpulver einstellen, zu vermeiden, nicht vom reinen Wolfram- pulver aus, sondern von einer Verbindung, welche aus Wolfram, Stickstoff und Wasserstoff besteht. Sie reduzieren zu diesem Zwecke Wolframtrioxyd in reinem trockenen Ammoniakgas so lange, bis das entstromende Reduktionsmittel keinen Wasserdampf mehr ent- halt. Das auf diese Weise hergestellte schwarze, samtartige Pulver, welches je nach der Herstellungstemperatur nur aus Wolfram und Stickstoff oder Wolfram, Stickstoff und Wasserstoff besteht, lafit sich bereits bei niedrigem Drucke zu Korpern von grofier mechani- scher Festigkeit zusammenpressen. Die Stabe mussen in einer inerten Atmosphare langsam auf Weifiglut erhitzt werden, damit sie den elektrischen Strom gut leiten konnen. Sodann werden die Stabe durch den Durchgang eines elektrischen Stromes in einer reduzierenden Atmosphare erhitzt und fertig gesintert. Die Stabe sollen alsdann einen matten Glanz, eine grobkornige Struktur be- sitzen und sollen auch vollkommen duktil sein. Allerdings sagen die Erfinder nicht, ob die Stabe bei gewohnlicher Temperatur, vor der Behandlung bereits, die Duktilitat besitzen oder erst durch die Warmbehandlung duktilen Draht liefern. Es diirfte sicher das zweite der Fall sein, da die Erfinder gar keinen Anlafi hatten, die Erreichung eines solchen Effektes, wie die ursprungliche Duktilitat bei gewohn- licher Temperatur, zu verschweigen, ja uberhaupt unbetont zu lassen. Patent von Dr. Paul Schwarzkopf und Siegfried Burg- stall er (franz. Pat. 448229 vom 13. Juni 1912). In diesem Ver- fahren wird beschrieben, wie man zu moglichst feinkristallinen Gegenstanden aus Wolfram bei Anwendung verhaltnismafiig niederen Sinterungstemperaturen gelangen kann. Die Erfinder gehen von der Annahme aus, dafi das Sintern der aus reinem Wolframpulver ge- prefiten Stabe darauf beruht, daB bei hohen Temperaturen ein Wachsen der grofieren Wolframkristalle auf Kosten der kleineren vor sich geht. Nach den physikalischen Gesetzen besitzen kleine Partikeln eines und desselben Korpers einen hoheren Dampfdruck als die grofieren, so dafi eine Art Destination der feineren Korner auf die groberen stattfindet, welche nunmehr auf Kosten der feinen K6rner wachsen und diese schliefilich ganz aufzehren. Damit aber ein solcher Vorgang mit geniigend grofier Geschwindigkeit vor sich
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geht, 1st es notig, daS der Korper einen verhaltnismafiig hohen Dampfdruck besitzt. Will man nun einen solchen Vorgang in einera aus reinem Wolfram geprefiten Stab hervorrufen, d. i. das Sintern desselben bewirken, so mufi man den Stab auf eine auBerordentlich hohe Temperatur erhitzen, da das Wolframmetall nur bei den hochsten Temperaturen verdampfbar ist. Sintert man hingegen einen geprefiten Stab aus Wolframpulver, dem geringe Mengen Wolframoxyd zugesetzt wurden, in reduzierender Atmosphare, so erhalt man schon bei relativ tiefen Sinterungstemperaturen (1400 bis 1600° C) sehr kompaktes, festes Wolframmetall. Die Sinterung wird auf diese Weise vorgenommen, dafi die geprefiten Stabe auf Karborundumschiffchen durch einen elektrischen Rohrenofen bei gleichzeitiger Spulung des Of ens mit reinem oder mit Stickstoff verdunntem Wasserstoff in entgegengesetzter Richtung zur Gas- stromung geschoben werden. Die Reduktion mufi sehr langsam verlaufen, wenn sich die Einwirkung des Oxydzusatzes auf die Sinterungsfahigkeit geltend machen soil. Dte Vorgange, die sich bei dem Reduktions-Sinterungsprozefi abspielen, sind folgende: Die Wolframmetallkristalle wachsen auf Kosten des W'olframoxyds, welches zu Metall reduziert wird. Gleichzeitig oxydiert der von der Reduktion derOxyde herruhrende Wasserdampf die kleinerenWolfram- kristalle (die den grofieren Wolframdampfdruck besitzen), das neu gebildete Oxyd verdampft und schlagt sich wieder bei gleichzeitiger Reduktion als Metall auf die grofieren Wolframkristalle nieder. Der Sauerstoff spielt also bei diesem Vorgang die Rolle eines Uber- tragers der Materie der f einen Wolframkristalle auf die groberen, verursacht somit das Wachsen der letzteren, also die Sinterung. Da die Wolframoxyde viel hoheren Dampfdruck besitzen als das reine Wolfram, so ist es moglich, den SinterungsprozeB bei viel niedrigeren Temperaturen auszufiihren. Der Vorgang kann auch dadurch unterstutzt werden, dafi man dem Reduktionsgas kleine Mengen von Sauerstoff oder Wasserdampf zusetzt, wobei jedoch der Sauerstoffdampfdruck der Reduktionsatmosphare immer ein wenig tiefer sein muB als der Sauerstoffdampfdruck der Wolframoxyde, da sonst uberhaupt keine Reduktion moglich ware. Nach den Angaben der Erfinder soil das Aussehen und die Eigenschaften der nach ihrer Methode bei tiefen Temperaturen gesinterten Stabe genau die gleichen sein, wie bei den Staben, welche aus reinem Wolfram- pulver bei den hochsten Temperaturen gesintert wurden. Sollen aber diese Wolframgebilde fur den Gebrauch bei hohen Tempera- turen, wie es bei den Gluhlampen der Fall ist, bestimmt sein, so
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erklaren die Erfinder es doch fur notwendig, eine hOhere Sinterungs- temperatur anzuwenden. Dadurch geht naturlich der ganze Vorteil der Erfindung fur die Fabrikation der. Wolframgluhkorper verloren. Als grofier Nachteil des Prozesses mufi andererseits die Tatsache betrachtet werden, dafi es nicht mSglich sein diirfte, die nach solchem Vorgang hergestellten Wolframkorper vollkommen sauerstofffrei her- zustellen, welcher Umstand die Duktilisierung der Wolframkorper nach bekannten Methoden nur erschweren, ja auch unmoglich machen kann. Das Verfahren diirfte demnach nur fur die Herstellung von gesinterten Wolframk5rpern als solchen, nicht aber fur die Wolfram- drahtf abrikation , einige Bedeutung besitzen. In demselben Patente schlagen auch die Erfinder vor, den Wolframk6rpern kleine Mengen von anderen hochschmelzenden Metallen, wie z. B. Uran, zuzusetzen, wodurch ohne wesentliche Schmelzpunkterniedrigung eine Herab- setzung der Dampfspannung des Wolframs sowie dessen klein- kristalline Struktur verursacht wird.
Die Westinghouse-Metallfaden-Gluhlampenfabrik in Wien be- schreibt ein Verfahren (engl. Pat. 12869), nach welchem man zu duktilem Wolfram gelangen kann. Zu diesem Zwecke wird der zu duktilisierende Stab nach der Sinterung einem langsam verlaufenden, einige Stunden dauernden Abkuhlungsprozefi bei sehr hohem Druck unterworfen. Dies kann man z. B. dadurch erreichen, dafi man den Wolframkorper in eine erhitzte Form setzt, welche sich bei der Ab- kiihlung stark zusammenzieht und auf den Wolframkorper einen all- seitig gleichmafiigen hohen Druck ausiibt. Das gleiche kann man auch erreichen, indem man den zu duktilisierenden Wolframkorper in eine hocherhitzte geschmolzene Masse, welche, wie z. B. Eisen, unter Volumvergrofierung erstarrt, einfuhrt. Durch Abkuhlung des Systems wird ein sehr hoher Druck auf den Wolframkorper aus- geubt. Der ganze Vorgang soil eine Art mechanischer Behandlung in der WSrme vorstellen, welche jedoch zum Unterschied von der ge- wohnlichen Warmbehandlung aufierordentlich gleichmafiig ist und ohne jede Formveranderung des behandelten Werkstiickes vor sich geht.
Die Vereinigte Gluhlampen- und Elektrizitats-Akt-Ges. in Ujpest hat in der ungarischen Patentanmeldung (Grundzahl I, 1409), in welcher das Thoriumdioxydverfahren zur Duktilisierung des Wolframs beschrieben ist, auch darauf hingewiesen, dafi das aus Wolfram und Thoriumdioxyd bestehende Pulver, wenn zu Staben geprefit und in richtiger Weise gesintert, Wolframkorper liefert, welche sich nach dem in den englischen Patentschriften Nr. 21513, 1906, und 16530, 1907, beschriebenen Warmziehverfahren viel
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besser zu duktilem Draht verarbeiten lassen, als die aus reinem Wolframpulver hergestellten Stabe. Da das Material von vornherein duktil ist, lafit es sich auch bei gewohnlicher Temperatur auf Draht sehr gut verarbeiten. Ein anderes Verfahren zur Herstellung des duktilen Wolframmetalles gibt Dr. Rudolf Jahoda und die Elek- trische Gluhlampenfabrik ,,Watt" in Wien in einer osterreichischen Patentanmeldung an (A. 9861, 1911, vom 29. November 1911). Hier- nach wird der aus Wolframpulver gepreBte Stab wahrend des Sinter- prozesses, also im Zustande der Erweichung, einem moglichst hohen Druck ausgesetzt. Dadurch wird ein inniges Verschweifien der hoch- erhitzten plastischen Wolframteilchen bewirkt, und es resultiert ein Wolframkorper, der in seinem Verhalten sehr ahnlich ist einem zum vollstandigen Schmelzen gebrachten Gebilde und hervorragende Duktilitat besitzt. Die Verarbeitung der auf die beschriebene Weise gesinterten Stabe geschieht durch Pressen, Walzen und Ziehen bei hoher Temperatur, welche Operationen zweckmafiig an das Sintern angeschlossen werden. Ein ganz allgemeines Verfahren zur Her- stellung von festen Korpern aus Metallpulvern durch Erhitzung und Pressung gibt Dr. Heinrich Leiser in Charlottenburg in einer osterreichischen Patentanmeldung (A. 8060, 1912, vom 27. September 1912) an. Das Verfahren betrifft wohl alle in Pulverform gewinn- baren Metalle, soil aber fur die Herstellung fester Korper aus den hochstschmelzenden Metallen, wie Wolfram, ganz besondere Vorteile bieten. Das Verfahren beruht darauf, da8 die herzustellenden Metall- korper aus einem Gemisch von kristallinem und amorphem Metall- pulver geformt und erhitzt werden. Die Verfestigung solcher Korper tritt bereits bei Temperaturen ein, bei welchen sich die Umwandlung der amorphen Bestaadteile in die kristalline Modifikation vollzieht. Da die Temperatur des Kristallisierens weit unterhalb des Schmelz- punktes liegt, gelingt es bei verhaltnismafiig tiefen Temperaturen, Korper aus hochstschmelzenden Metallen vollkommen fest zu sintern. So betragt die zum Sintern von Wolframkorpern notige Temperatur etwa 1500° C, wenn dieselben aus einem Gemisch von kristallinem und amorphem Wolframpulver bestehen. Wahrscheinlich durften sich solche bei tiefen Temperaturen gesinterten Wolframstabe bei der Ver- arbeitung wesentlich ungunstiger verhalten, als die bei den hochsten Temperaturen gesinterten Wolframstabe. Dem Verfasser erscheint die Erfindung, ahnlich der von Dr. Schwarzkopf und Burgstaller, nur fur die Herstellung fester Metallkorper an sich, aber nicht fur die Draht- fabrikation von Bedeutung zu sein. Ahnlich verhalt es sich mit dem Patent von Otto Voigtlander (engl. Pat. 9611, 1913). Der Erfinder
beschreibt in seinen Patenten ein Verfahren, nach welchem man Gegenstande aus Wolframmetall herstellen soil. Das Verfahren beruht darauf, daB Wolframtrioxyd mit Aluminium gemischt in einen mog- lichst hocherhitzten Ofen gebracht wird. Es tritt die bekannte Reduktion des Wolframtrioxyds durch Aluminium zu Wolfram ein, wobei die von der Mischung entwickelte Reaktionswarme im Verein mit der Ofenwarme eine so hohe Erhitzung der Reaktionsproduktes hervorruft, dafi das Wolfram zu einer vollkommen homogenen und von Fremdkorpern und Einschliissen freien Masse zusammenschmilzt. Auf solche Weise erhalt Voigtlander homogene Massen aus Wolfram von mehreren Kilogramm Gewicht, welche nach einer vorbereitenden mechanischen Behandlung, wie Hammern, Walzen usw., beliebigen Verwendungszwecken sollen zugefiihrt werden konnen. Das Ver- fahren von Voigtlander durfte jedenfalls kein vollstandig aluminium- freies Produkt liefern. Ob sich ein solches Material auch fur Gliih- lampenzwecke eignet, ja iiberhaupt sich zu den erforderlichen ganz dunnen Drahten wird verarbeiten lassen, scheint dem Verfasser sehr zweifelhaft. Jedenfalls verspricht das Verfahren fur andere gewerb- liche Zwecke dort, wo es sich um grofiere Gegenstande aus Wolfram handeln sollte, vorausgesetzt, daB die in der Patentschrift enthaltenen Angaben tatsachlich zutreffen, ein recht brauchbares zu werden.
Die Herstellung der Diamantziehsteine
Anschliefiend an die Fabrikation des Wolframdrahtes wollen wir auch die Fabrikation der Diamantziehsteine kurz besprechen. Die Herstellung der Diamantziehsteine stellt eine der schwersten und wichtigsten Aufgaben der modernen Gluhlampenindustrie, da fur die Herstellung des auBerordentlich dunnen Wolframdrahtes eine grofie Zahl von Diamantziehsteinen erforderlich ist. Die Abnutzung der Ziehsteine ist infolge der verhaltnismafiig grofien Harte des Wolfram- drahtes sowie der hohen Ziehtemperaturen sehr grofi, so daB un- unterbrochen an dem Ersatz der verbrauchten Steine gearbeitet werden mufi, will man grofiere Storungen in der Fabrikation des Drahtes vermeiden. Hinzu kommt noch der vorhin besprochene Umstand, dafi die Herstellung solch feiner Bohrungen im Diamant technisch grofie Schwierigkeit bereitet und die Grenzen der Moglich- keit fast erreicht. Die Herstellung der Diamantziehsteine und Duse ist auBerordentlich interessant. Die Diamantprefidusen kamen fur das Spritzverf ahren , wahrend fur das Ziehverfahren die Diamant- ziehdiisen in Betracht kommen. Fig. 32 zeigt solche Diamantprefi- diisen und -ziehdusen im Querschnitt. Zur Herstellung einer Diamant-
duse wird zuerst ein passender Diamant gewahlt, dessen GroBe sich nach der Dusenoffnung richtet. Fur eine Duse, deren Bohrung 0,5 mm betragen soil, wird ein Diamant von etwa 2 Karat, 0,4 mm bis i1 1 z Karat, 0,3 mm bis i Karat Gewicht gewahlt. Der Stein wird zuerst zu einer Platte geschliffen, sodann in eine entsprechende Metallfassung zentrisch eingeprefit und dem Prozefi des Bohrens unterworfen. Zuerst geschieht das Vorbohren. Mit einer schnell rotierenden naturlichen Diamantspitze werden konische Vertiefungen in den Diamanten von beiden Seiten gebohrt. Das Vorbohren wird nun mittels einer schnell rotierenden Stahlspitze, welche mit Diamant- staubol bestrichen wird, fortgesetzt. Damit die durch das Vorbohren erzeugten Versenkungen beim Ubergang in das die beiden Erweite- rungen verbindende gerade Loch keine scharfen Kanten bilden, ver- wendet man fur das Vorbohren zweckmafiig zwei oder drei Stahl-
PreBdQse.
Fig. 32. DiamantdQsen.
ZiehdQse.
kegel, von welchen jeder folgende spitzer ist als der vorhergehende. Die Spitzen der durch das Vorbohren erzeugten Vertiefungen miissen sich genau in einer Linie befinden und einander moglichst nahe- kommen. Nun folgt die Operation des eigentlichen Bohrens. Eine aufierordentlich fein zugespitzte Stahlnadel dreht sich sehr schnell in der vorgebohrten Vertiefung und fuhrt gleichzeitig kleine hiipfende Bewegungen aus. Die konische Vertiefung ist mit einem in Ol an- geruhrten feinsten Diamantstaub gefullt. Durch die hupfende Be- wegung der Nadel werden immer neue Diamantstaubpartikelchen in die Vertiefung hineingerissen und treten zwischen die Nadelspitze und den zu bohrenden Diamanten. Dieser Vorgang ermoglicht erst uberhaupt das Diamantbohren , da der Effekt desselben der gleiche ist, wie wenn das Bohren mit aufierst feinen Diamantspitzen aus- gefiihrt wurde. Die Stahlnadel spielt somit beim Bohren nur eine vermittelnde Rolle. Nach langerer Zeit - - das Bohren ist uberhaupt ein recht langwieriger Prozefi, insbesondere wenn es sich um langere Kanale handelt - - wird auf diese Weise die Spitze der gegentiber- liegenden Vertiefung erreicht und eine Offnung durchbrochen. Die
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Offnung 1st keineswegs gleichmafiig und wird erst rund durch den nachfolgenden Polierprozefi.
Der Polierprozefi soil nicht nur ein absolut rundes Profil der Ziehsteinoffnung herbeif uhren , sondern auch einen sanften, gleich- mafiigen Ubergang der Vertiefungen in den Ziehkanal bewirken. Das Polieren wurde fruher oft in der Weise ausgefuhrt, dafi der zu polierende Stein in Drehung versetzt und eine fein zugespitzte Stahl- nadel, mit Diamantstaubol bestrichen, mit der Hand in bestimmter Weise bewegt wurde. Die Nadel soil beim Polieren eine aus drei verschiedenen Bewegungen zusammengesetzte Bewegung ausfuhren, und zwar eine langsam rotierende Bewegung, eine bin und her gehende Bewegung, durch welche in die Bohroffnung immer neuer Diamantstaub eingefiihrt wird, und schliefilich eine schwingende Be- wegung, Kegelbewegung, wobei die Kegelspitze mit der Nadelspitze zusammenfallt, wahrend das obere Ende der Nadel einen Kreis beschreibt. Die schwingende Bewegung bezweckt, dafi die neben- einander verschieden weit vpn der Mittelachse entfernt liegenden Teile der Bohrwandung auch von der Nadel poliert werden, wodurch eben ein sanfter Ubergang der trichterf5rmigen Vertiefungen in dem geraden Ziehkanal bewirkt wird.
Es wurde auch mit Erfolg versucht, die Handarbeit beim Polieren durch rein mechanische Vorrichtungen zu ersetzen. Eine solche Vorrichtung, • welche die Nadel, wahrend der Stein rotierte, auf und abwarts bewegte, sowie dieser auch eine Kegelbewegung erteilte, hat sich anfangs nicht gut bewahrt, weil die Bewegungen zu starr waren und die von der Nadelspitze im Bohrloch um- schriebene Kegelflache in den meisten Fallen nicht mit dem Bohr- kegel des Ziehsteines zusammenfiel.
Erst durch eine Verbesserung von Hensel & Schumann und R. Krause & Co. in Berlin (D. R. P. 226062, Kl. 6ya, 1910) wurde eine brauchbare mechanische Schleifvorrichtung erzielt. Die Vor- richtung funktioniert in folgender Weise. In die Bohrung eines schnell umlaufenden Ziehsteines ist eine Nadel mit ihrer Spitze .ein- gesetzt, wahrend das obere Ende der Schleifnadel in einem wage- recht hin und her gehenden Steg sich befindet, wodurch sie in eine in einer senkrechten Ebene liegende Schwingung versetzt wird. Gleichzeitig wird die Nadel beim Ausschwingen in ihre aufiere Schraglage in zunehmendem Mafie aus dem Loche herausgehoben (Fig. 33) und sitzt mit dem ihr und ihrem Halter entsprechenden Eigengewicht auf der Lochwandung auf. Da die Nadel frei, nicht starr, aufliegt, kann sie sich gut jeder Bohrwandung anpassen und
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diese polieren. Sowohl beim Ausschwingen wie beim Zuruck- schwingen kommen nacheinander die verschieden weit von der Mittel- achse des Bohrloches entfernt liegenden Teile der Bohrwandung in Bearbeitung, wodurch ein sanfter Ubergang desselben in den Kanal bewirkt wird. In ihrer senkrechten Lage (Fig. 34) sinkt die Schleif- nadel, so tief es die Lochweite gestattet, in das Loch hinein. Die Nadelspitze ist noch wesentlich dunner als die Lochweite, wodurch gleichzeitig auch der gegeniiberliegende Lochkonus des Steines bei der Schraglage der Nadel beruhrt und poliert wird. Der Stein braucht deshalb nicht gesondert von beiden Seiten poliert zu werden. Naturlich mufi bei dem beschriebenen Verfahren
auch die Nadelspitze wahrend des Arbeitens dauernd mit Diamant-
staubol bestrichen werden.
Eine noch viel praktischere Vorrichtung zum Ausschleifen und Polieren der Drahtzieh- steine gibt Dr. Schmid- mer & Co. in Nurnberg- Schweinau an (D. R. P.
210310, 1909). Bei dieser Vorrichtung bildet
ein durch die Bohrung des Steines hindurchgesteckter, zu beiden Seiten eingespannter Metalldraht den Schleifstahl. Der Schleifdraht wird beim Schleifen mit Diamantstaubol bestrichen und hin und her geschoben, wahrend die in Drehung versetzte, den Ziehstein tragende Platte gleichzeitig Schwingungen um die lotrechte Achse ausfuhrt, so dafi der Schleifdraht wahrend des Ausschwingens des Steines nacheinander alle Teile der Bohrwandung beruhrt und poliert. Die Grofie der Schwingung der Platte, welche wahrend des Polierens den Ziehstein halt, kann beliebig reguliert werden, je nachdem man Ziehsteine fur harte und zahe Drahte, also mit langem Ziehkanal, oder fur weiches Material mit kurzen Kanalen haben will. Bei dem Verfahren von Dr. Schmidmer ergibt sich als Arbeitsgeschwindig- keit die Geschwindigkeit des Steines am Umfang der Bohrung, welche, in Anbetracht der Kleinheit der Bohrung, auch bei den hochsten technisch moglichen Umdrehungszahlen des Steines nur
Fig. 33- Fig. 34.
Polieren der Diamantziehsteine mit Schleifnadeln.
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eine verhaltnismafiig geringe sein kann. Zur Erhohung dieser Arbeitsgeschwindigkeit schlagt Dr. Schmidmer & Co. vor (deutsche Patentanmeldung Sch. 42408, Kl. 6ia, vom 19. November 1912), dem Polierdraht neben der hin und her gehenden Vorschubbewegung auch eine dem Umdrehungssinn des Steines entgegengesetzte Schleif- bewegung zu erteilen. In der Fig. 35 ist eine solche moderne, von Dr. Schmidmer & Co. in Niirnberg fabrizierte Diamantpolier- maschine dargestellt. Hier bedeutet a die Schnurlaufbuchse, an deren vorderen Stirnflache der in einer Metallfassung befindliche Zieh- stein durch Ankitten mit Wachs zentrisch befestigt wird; b und c sind kleine Klemmen, in welchen der durch den Stein gezogene
Fig- 35- Diamantziehstein - Poliermaschine nach Dr. Schmidmer.
Polierdraht beiderseits befestigt wird. Durch das Zuggewicht Z und Spanngewicht S wird der Polierdraht in gespanntem Zustande hin und her gefuhrt, wahrend die durch Zahnradubertragung versetzten Klemmen b und c dem Polierdraht gleichzeitig eine rotierende Be- wegung erteilen. Fig. 36 zeigt die Einrichtung einer Diamantzieh- stein-Polierwerkstatt nach Dr. Schmidmer. Grofie Schwierigkeiten bereitete bei dem Verfahren die Wahl des passenden Schleifdrahtes. Ein barter Stahldraht war in der kurzesten Zeit ausgeschliffen und zerrissen. Man mufite nun ein besonders zahes Metall finden, welches sich aber auch auf den aufierordentlich feinen Durchmesser von weniger als 0,0 1 mm ausziehen liefie. Mit der Duktilisierung des Wolframs glaubte man im Wolfram ein entsprechendes Material ge- funden zu haben. Der Wolframdraht zeigte aber die unangenehme Eigenschaft, aufzuspalten und in feine Faserteile zu zerfallen. Bei den Versuchen mit den Wolframlegierungen hatte man mehr Gluck,
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und es scheint, daB ein Nickelwolframdraht von bestimmter Zusammen- setzung das idealste Material fur den Schleifdraht darstellt. Mit
der Vorrichtung von Schmidmer wird der Ziehstein in einer einzigen Operation beiderseits poliert (siehe Fig. 37), das Polieren
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37- Poliervorgang nach Dr. Schmidmer.
geht schnell vor sich, so dafi die Kosten fur das Aufpolieren eines Steines nur sehr geringe sind. Schwierigkeiten und Storungen, wie solche beim Schleifen mit Schleifnadeln durch Verbiegung, Abnutzung und Brechen der Nadel sehr oft vorkommen, sind bei dem Verfahren von Schmidmer naturlich ausgeschlossen.
Bau der Wolf ramlampen.
Die Wolframlampen werden in aufierordentlich vielen Typen fabriziert. Von den kleinsten Miniaturlampen, die fur Taschenlampen _ _ und fur medizinische Zwecke in der mannig-
faltigsten Form in den Gebrauch gezogen wurden, bis zu den imposanten Hochkerzen- lampen fur 3000 Kerzen Lichtstarke, welche den Bogenlampen oft erfolgreich Konkurrenz
II
Fig. 38 a. Altere Wolframlampentypen.
bieten, werden die Lampen in Tausenden von Typen hergestellt. Hierbei variieren die Spannungen, mit welchen die Lampen betrieben werden, von 2 bis 260 Volt, ja es verlautet sogar, dafi in Amerika bereits Lampen gebaut werden fur Spannungen bis 500 Volt hinauf. Ebenso zahlreich sind die Formen der Glasglocken der Lampen, sowie die Art und Anordnung der Leuchtkorper in der Lampe selbst. Aus den Fig. 38 a u. b, 39 u. 40 ersieht man ohne weiteres den Fortschritt, welcher in der kurzen Zeit im Bau der Lampen
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gemacht wurde. Ganz besonders mu6 noch der Umstand betont werden, daB die modernen Lampen bei gleicher Lichtstarke wesentlich kleiner sind als die alteren Typen .(siehe Fig. 41 a u. b). Diese Ande-
Fig. 38 b. Altere Wolframlampentype.
rung, durch welche nunmehr die Lampen eine sehr gedrungene und gefallige Form erhaken haben, bedeutet nicht nur einen rein glas- technischen Fortschritt. Jede Verkleinerung der Lampenglocke ubt eine ungiinstige Wirkung auf die Zerstaubung und die Beschlag- bildung aus, schon aus dem Grunde, weil die Oberflache, auf welcher das zerstaubte Leuchtkorpermaterial sich niederschlagt, auch kleiner
Mailer, Metalldrahtlampen. 7
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ist, somit auch der Beschlag bei sonst gleicher Zerstaubung dichter ausfallen mufi. Da die modernen Wolframlampen trotz der geringeren Grofie dieselbe Nutzbrenndauer wie die alteren Typen besitzen, so kann man schon daraus auf cine wesentliche Qualitatsverbesserung schliefien. Einen sehr grofien Fortschritt bedeutet die Tatsache, dafi es der Gluhlampenindustrie gelungen ist, niedrigkerzige Wolfram-
Fig. 39. Moderne 0,8 Watt Intensiv -WolframfQllungslampe.
lampen fur alle gebrauchlichen Spannungen zu bauen. Heute be- sitzen wir schon die i6kerzige 260 Volt-Lampe, deren Leuchtkorper einen Durchmesser von etwa 0,01 mm besitzt. Einen solchen Fort- schritt hatte vor wenigen Jahren kaum jemand zu erhoffen gewagt. Damals wufite die Reduktor-Elektrizitatsgesellschaft m. b. H. dem Bedurfnis nach niedrigkerzigen, hochvoltigen Wolframlampen dadurch Rechnung zu tragen, indem sie kleine Transformatoren auf den Markt brachte, die sogen. Reduktoren, welche in Wechselstromnetzen die iibliche Gebrauchsspannung auf 14 Volt zuriickzubringen gestatteten.
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V
Fig. 40. Moderne Xiederkerzen - und Zwerg -Wolframlampen. (Fabrikate der Firma Johann Kremenezky in Wien.)
100
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Diese Kleintransformatoren besafien einen sehr gedrungenen Bau und konnten in Form einer Fassung unmittelbar hinter die Gluh- lampe geschaltet werden. Einen ,,Nippelreduktor" zeigt Fig. 42.
Die Reduktoren wurden hinter dem
Schalter ange- bracht, wodurch der Leerlauf der- selben vermieden
wurde. Durch Heranziehung sol- cher Reduktoren war es moglich,
niedrigvoltige Lampen bereits ab 5 Kerzen Licht- starke in Wechsel- stromnetzen von ublicher Span-
1907
1909
1911
Fig. 41 a. Lampen in Birnenform fur 25 Kerzen, no Volt, aus den Jahren 1907 bis 1911.
1907 1911
Fig. 41 b. Kugellampen ftlr 25 Kerzeii, no Volt,
aus den Jahren 1907 und 1911.
Fig. 42. Nippelreduktor.
nung zu benutzen. Der Wattverbrauch einschliefilich Reduktor und die Lebensdauer der sogen. Reduktorlampen war ungefahr die gleiche wie die der normalen Wolframlampen. Es braucht gar nicht besonders betont zu werden, dafi heute, nach der Ein- fuhrung der niedrigkerzigeii Wolframlampen fur hohe Spannungen die Verwendung von Reduktoren sehr grofie Einschrankung er- fahren mufite.
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Fig. 43. Fabrikationsstufen einer Wolframdrahtlampe.
I °2
Wir wollen nun unsere Aufmerksamkeit dem Aufbau der Gliih- lampen zuwenden und die dafur notigen Operationen kurz beschreiben.
Die Fig. 43 zeigt die Fabri- kationsstufen einer Wolfram- drahtlampe. / stellt hier ein geschnittenes Glasrohrchen vor, welches eine tellerformige Erweiterung 2 erhalt. In das Rohrchen werden nun die Zuleitungsdrahte 6 einge- schmolzen und auf die Quet- schung ein Glasstabchen auf- gesetzt. Das Ganze stellt nun den sogen. LampenfuB 7 vor. Das Glasstabchen, welches den eigentlichen Trager des Leuchtkorpers darstellt und fur alle Metalldrahtlampen heute bezeichnend ist, enthalt an seinem unteren undoberen Ende eine knopfformige Ver- dickung, in welche kranz- formig die Halterdrahte ein- geschmolzen werden. Auf diese wird noch der Leucht- korper gebracht und dessen Enden mit den Zuleitungs- drahten verbunden. 10 zeigt ein fertig montiertes Lampen- gestell, welches nun in die Glasglocke eingeschmolzen werden soil; // einen Glas- ballon, wie er von der Glas- hiitte geliefert wird. Der
Glasballon wird nun in passender Weise verandert (12 bis /^), das Traggestell in denselben eingefuhrt und der Teller des Fufies mit der Glocke verschmolzen. if zeigt eine solche eingeschmolzene Lampe, welche nunmehr auf das Pumpgestell gebracht und entliiftet wird, wor- auf der Stengel dicht an der Glocke abgeschmolzen wird (16). Schliefi- lich wird die Lampe mit einem passenden Sockel versehen, an dessen Kontakte die Zuleitungsdrahte sorgfaltig angelStet werden (77).
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Die Herstellung der LampenfuBe geht im allgemeinen in folgender Weise vor sich. Es werden mittels glasharter Stahlmesser (Fig. 44, Fabrikat der Firma Gebruder Koppe in Berlin) Rohrchen von genau gleicher Lange von einem langen Glasrohr zugeschnitten. Die Rohrchen gelangen in eine Tellerdrehmaschine (Fig. 45, Fabrikat Gebr. Koppe), in welcher das eine Rohrende in ein Einspannf utter gebracht und die Rohrchen in Rotation versetzt werden. Das aus dem Einspannfutter hervorstehende Ende des Rohrchens wird durch ein mehrfaches Geblase sehr gleichmafiig erhitzt. Wird das Rohrende genugend heifi und weich, so fuhrt man in dieses einen dreieckigen
Fig. 45. Tellerdrehmaschine.
metallenen Aufreiber hinein, welcher die weichen Rohrwande nach aufien druckt und zu einem sanft konischen Teller formt. Die Teller- drehmaschine besitzt gewohnlich zwei Einspannfutter, die durch ein- fachen Handgriff ihre Lagen gegenseitig wechseln konnen so, dafi, wahrend das eine Einspannfutter mit einem soeben fertiggestellten Teller aus dem Geblasefeuer gerade herausgehoben wird, das zweite mit einem frisch eingespannten Glasrohrchen ins Geblase kommt. Der mit einem Ring (unten) und Knopf (oben) versehene Glasstab wird auf vollig mechanischem Wege hergestellt, indem ein gewohnliches Glasstabchen in einer Maschine an der Stelle, wo der Ring herzustellen ist, erhitzt und, wenn weich genug, zusammengeschoben wird. In ahnlicher Weise wird der Knopf durch Plattdriicken des erhitzten Glasstab- endes hergestellt. Jetzt folgt die Operation des FiiBchenquetschens, welche mit der Fufichenquetschmaschine ausgefuhrt wird (Fig. 46,
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Fabrikat der Firma Gebruder Koppe in Berlin). Hier werden die FuBchen am Teller festgehalten und in Rotation versetzt. Gleich- zeitig befinden sich im Innern des FiiBchens die Stromzuleitungs- drahte, welche aus je einem Kupfer- und Nickeldraht und dazwischen
Fig. 46. FilBchenquetschmaschine.
liegendem und mit diesen verloteten, etwa 4 mm langen Platindraht bestehen. Die Stromzuleitungsdrahte werden durch eine geeignete Haltervorrichtung in der Lage gehaltert, dafi beim Zusammen- quetschen des Fufichens die Platindrahte genau in die Quetschung fallen. Durch die Bewegung des Rades b, auf welchem sich vier rotierende Fiifichenhalter a befinden, kommen die Fufichen nach- einander zuerst in die Vorwarmer, sodann in das eigentliche Geblase- feuer, in welchem die oberen Enden auf dunkle Rotglut erhitzt
werden. Im geeigneten Momente wird die Rotation des Fufichens unterbrochen und eine Zange quetscht das erweichte Ende des FiiBchens mit den darin befindlichen Platindrahtchen zusammen. Mit derselben Maschine wird gleichzeitig von oben der Glasstab, dessen unteres Ende auch weich erhitzt wurde, an die Quetschung des FuBchens angesetzt. Die Operation des FuBchenquetschens ist recht wichtig. Die Quetschungen mussen absolut luftdicht sein und sehr vorsichtig abgekiihlt werden, damit sich nachtraglich keine Glas- spriinge einstellen.
Die durch die Quetschung gefiihrten Zuleitungsdrahte mussen in der Quetschung selbst deshalb aus Platin bestehen, weil dieses Metall den genau gleichen Warmeausdehnungskoeffizienten besitzt wie das Bleiglas, aus welchem die Fiifichen hergestellt werden. Ein Draht aus einem Metall, welches geringeren Warmeausdehnungs- koeffizienten besitzt, wie z. B. das Tantal, Wolfram oder Molybdan, wurde in einer Quetschung unfehlbar zu einem Glassprung fuhren, wahrend alle anderen Metalle, welche einen grofieren Warme- ausdehnungskoeffizienten besitzen als das Platin, bei der Abkuhlung nach dem Quetschen sich starker zusammenziehen als das Glas und zu einer Kanalbildung in der Quetschung fuhren, durch welche die spater daraus hergestellte Lampe undicht und unbrauchbar wird. Die Kanalbildung wird beim Einschmelzen solcher Drahte, wie Eisen, Nickel, Kupfer usw., noch dadurch wesentlich gefordert, dafi die Drahte beim Einschmelzen ins Glas oxydieren und das oberflachlich gebildete lockere Oxyd ein glattes Anschmiegen des Glases an die Drahtoberflache verhindert. Aus diesem Grunde konnten auch nicht die schon vor langerer Zeit entdeckten Metallegierungen , welche den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen wie das Glas, ohne weiteres verwendet werden. Die vornehmlich fur den Zweck in Vorschlag gebrachte Nickeleisenlegierung konnte trotz des genau gleichen Ausdehnungskoeffizienten, den des Glases, fur Einschmelz- zwecke nicht verwendet werden, da das Metall beim Einschmelzen stark oxydiert. Wohl konnte in den meisten Fallen mit diesem Drahte eine luftdichte Quetschung erzielt werden und wurde auch der Draht bei der Fabrikation der Kohlenfadenlampen ganz allgemein verwendet, fur die wesentlich empfindlicheren und teureren Wolfram- lampen konnte man den dabei immer noch vorhandenen Unsicher- heitsfaktor nicht mit in Kauf nehmen, und die meisten Wolfram- fabriken benutzten trotz der hohen Platinpreise fur Einschmelzzwecke den reinen Platindraht. Seitdem das Platin durch seine erst in neuerer Zeit eingetretene Verwendung fur Bijouteriezwecke auBerordentlich
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im Preis gestiegen ist (der Preis betragt heute ungefahr 6100 Mk. pro Kilogramm) und durch die machtig emporbliihende Gluhlampen- industrie wachsende Mengen von Platin benotigt wurden, wurde der Heranschaffung eines verlafilichen Platinersatzes die grofite Auf- merksamkeit zugewendet, und heute kann man wohl behaupten, dafi man einen solchen Platinersatz bereits besitzt. Der Platinersatz besteht aus einem Nickeleisendraht, welcher mit einem diinnen fest- haftenden Uberzug aus Platin versehen ist. Dadurch sind die beiden Vorziige, welche den Platindraht als Einschmelzdraht auszeichnen, die Unoxydierbarbeit und der Warmeausdehnungskoeffizient, auch beim Platin ersatzdraht erreicht. Der dunne Uberzug aus Platin am Nickeleisendraht wird auf elektrolytischem oder mechamschem Wege hergestellt. Zum erstenmal wurde die Verwendung eines nur mit dunnem Platinuberzug versehenen Platinersatzdrahtes von Rudolf Langhans in Berlin vorgeschlagen (D. R. P. 71361 vom 6. Oktober 1891). Die Erzeugung diinner und dichter Platiniiberzuge auf elektro- lytischem Wege bereitete grofie Schwierigkeiten, welche durch die Erfindung von M. Baum (osterr. Pat. 42015 vom 25. April 1910) behoben zu sein scheinen. Der Erfinder schlagt aus nickelhaltigen Platinbadern Platinniederschlage mit abnehmendem Nickelgehalt auf den Draht nieder, wobei dieser wahrend der Operation Ofters aus- gegluht wird. Die oberste Niederschlagsschicht besteht aus reinem festhaftenden Platin. Ein einfacheres Verfahren, welches auch ein besseres Produkt liefert, ist das mechanische Platinuberzugsverfahren von Byron E. Eldred (osterr. Pat. 55304 vom 10. September 1912). Nach diesem Verfahren wird auf einen Nickeleisenstab ein Platin- blech oder Rohr aufgelotet, und der so mit Platin iiberzogene Nickel- eisenstab zu dunnem Draht ausgezogen. Naturlich miissen sowohl beim Aufloten des Platins auf den Nickeleisenstab, als auch bei der mechanischen Verarbeitung sehr viele Vorsichtsmafiregeln getroffen werden, damit der dunne Platinuberzug unverletzt bleibt und keine freien, oxydierbaren Stellen blofigelegt werden. Eldred schlagt auch als Zwischenschicht zwischen dem Platinuberzug und Nickel- eisen reines Kupfer vor, welches sowohl als Lot wirkt, als auch eine wesentliche Verbesserung der Leitfahigkeit hervorruft. Der grofiere Ausdehmingskoeffizient des Kupfers wird dadurch kompensiert, dafi man fur solchen Zweck ein Nickeleisen verwendet, welches einen etwas geringeren Warmeausdehnungskoeffizienten besitzt als das Glas. Die beschriebenen Platinersatzprodukte besitzen einen Platingehalt von 50 bis 25 °/0 , wobei sich der Prozentgehalt hauptsachlich nach dem Durchmesser des Drahtes richtet. Das spezifische Gewicht des
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Platinersatzdrahtes ist ungefahr halb so grofi wie das des Platins, wodurch die gleiche Gewichtsmenge des Platinersatzdrahtes die doppelte Drahtmenge ergibt, also fur zweimal soviel Lampen aus- reicht als reines Platin. Fiir die Ersparnis, die sich aus der Ver- wendung des Platinersatzes ergibt, ist deshalb neben dessen Platin- gehalt auch sein spezifisches Gewicht von grofier Wichtigkeit. Es wurde auch oft versucht, das Nickeleisen mit einem anderen nicht oxydierbaren Metalliiberzug zu versehen. A. Ch. Hyde und K. R. Swan haben z. B. hierfur eine Platinsilberlegierung in Vorschlag gebracht (D. R. P. 170358 vom 14. April 1905). Ein soldier Platin- ersatz scheint sich in der Praxis nicht bewahrt zu haben, und zwar hauptsachlich aus dem Grunde, weil die Silberplatinlegierungen einen verhaltnismafiig tiefen Schmelzpunkt besitzen. Beim Einschmelzen eines mit Silberplatin iiberzogenen Eisennickeldrahtes in den Lampen- fufi schmilzt oft der Edelmetalluberzug, ballt sich zu kleinen Kugeln zusammen und gibt den Drahtkern der Oxydation preis, wodurch der Wert eines solchen Uberzuges illusorisch wird. Es ist noch eine sehr grofie Zahl von anderen Vorschlagen fur Platinersatz bekannt. Schott & Gen., Jena (D. R. P. 107442), schlagen z. B. vor, Nickeleisendraht in schutzender Atmosphare mit einem Glasuberzug zu versehen, so dafi der mit einer Glasemaille bedeckte blanke Draht sich in Lampenfufien, ohne Oxydation zu erleiden, einschmelzen lafit. Die Gluhlampenfabrik Plechati in Pankow bei Berlin berichtet (D. R. P. 212562 vom 26. November 1908), dafi das gewohnliche Nickeleisen oder andere geeignete Metalle sich luftdicht ins Glas einschmelzen lassen, wenn man kurz vor dem Einschmelzen die Lot- stellen im Sandstrahlgeblase vorbehandelt. Mehrere Firmen bringen gegenwartig unter verschiedenen Namen, z. B. Platinide, Tital usw., gewohnlichen Nickeleisendraht in den Handel, welche sich bei gleich- zeitiger Anwendung ganz besonderer Prapariermethoden fiir Ein- schmelzzwecke angeblich gut eignen sollen. Auch wurde es viel- fach vorgeschlagen, einen beliebigen Draht fiir Einschmelzzwecke zu verwenden und den Lampenfufi mit einem schwerschmelzbaren Harz hinter der Quetschung auszugiefien5 wodurch die etwa entstehenden feinen Kanale, durch welche die Luft in die 'Lampen einziehen konnte, ausgefiillt und unschadlich gemacht werden (Societa Edison per la Fabricazione delli Lampade Ing. C. Clerici & Co. in Mailand, D. R. P. 133494 vom 10. November 1900). Eine andere Methode, nach welcher es moglich erscheint, beliebige Metalle in Glas luftdicht einzuschmelzen, geben Ch. Orme Bastian und G. Calvert in London an (D. R. P. 196465 vom 12. Mai 1907). Nach diesem Verfahren
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wird der Zuleitungsdraht, welcher aus Kupfer oder einer Kupfer- legierung besteht, bis zu einer Starke von hochstens 0,1 mm ab- geflacht in ein eng passendes ROhrchen aus leicht schmelzbarem Glas gesteckt und darin eingeschmolzen. Bei einem solchen abge- flachten Zuleitungsdraht kommt eine eventuell vorhandene Differenz im Ausdehnungskoeffizienten infolge der sehr geringen Starke des Drahtes kaum in Betracht. AuBerdem gelingt es von vornherein, bei Anwendung eines Kupferdrahtes, infolge seiner guten Leitfahig- keit und der der Warmeableitung sehr gunstigen flachen Gestalt des Leiters, einen Draht von moglichst geringem Querschnitt zu ver- wenden. Mit Ausnahme des mit Platinuberzug versehenen Drahtes scheinen alle anderen Platinersatzprodukte infolge deren nur bedingten Sicherheit und recht umstandlichen Anwendung sich wenig in der Wolframlampenindustrie eingefuhrt zu haben.
Kehren wir nun zur Besprechung des Aufbaues der Wolfram- lampen zuruck. Nach dem Fertigstellen des Lampenfufies werden in den Glasring und Knopf des Glasstabchens mit sehr feinen Ge- blaseflammen Drahthalter eingeschmolzen, welche als Trager fur den Leuchtdraht dienen sollen. Das Material, die Gestalt und An- ordnung der Trager ist je nach der Lampentype eine sehr ver- schiedene und wechselte im Laufe der Zeit aufierordentlich. Wahrend wir bei den ersten Metalldrahtlampen (Fig. 13) noch das Fehlen des mittleren Glasstabchens uberhaupt konstatieren konnen und finden, dafi die einzelnen Wolframdrahtschlingen durch die an der Glaswand befindlichen Halter, ahnlich wie die Kohlenfaden in den Kohlenfaden- lampen, gehaltert wurden, tritt schon bei den altesten Wolfram- lampen der in der Lampe zentrisch gelagerte Glasstab mit den Halter- drahten als charakteristisches Merkmal dieser Lampen auf. Die Aufhangungsarten der Leuchtkorper in den altesten Wolframlampen zeigen die Fig. 38 a u. b. Hier sind die Wolframdrahte mit ihren Enden an starre, relativ dicke Drahte von winkelformiger Gestalt befestigt und fortlaufend miteinander verbunden. Die oberen Teile der Leuchtdrahtschlingen hangen frei in osenformigen Hal tern durch. Solche Lampen konnten beim Brennen nur mit der Spitze nach unten benutzt werden, da sich sonst die erhitzten und weich ge- wordenen Drahtschlingen sehr leicht durchbiegen, beruhren und Kurzschlufi verursachen konnten. Sehr bald wurde auch diese Halterung aufgelassen und eine andere eingefuhrt, welche das Brennen der Lampen in jeder Lage gestattet. Bei dieser blieb die Befestigung der bugelformigen Wolframfaden an deren unteren Enden dieselbe, wahrend der Drahtbugel selbst durch geeignete Halter unter schwacher
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Spannung gehaltert wurde. Die Halter mussen so beschaffen sein, daB sie der wahrend des Brennens des Leuchtdrahtes allmahlich stattfindenden Verkurzung des Leuchtdrahtes nachgeben konnen und trotzdem ihn dabei immer strammhalten ; die Halter mussen also vor allem federnd sein. Die federnde Wirkung lafit sich in diesem Falle am besten dadurch erzielen, dafi man fur Halterzwecke diinne, elastische Drahte aus hochschmelzenden Metallen verwendet. Die Halter mussen deshalb aus hochschmelzendem Material bestehen, weil sonst die Stellen, welche der gliihende Wolframdraht beruhrt, leicht schmelzen konnten. In erster Zeit wurden Halter aus Platinridium verwendet, welche aber sehr bald infolge der Kostspieligkeit des Materials durch Halter aus Thoriumoxyd ersetzt wurden. Auch dieses Haltermaterial wurde infolge der recht umstandlichen Her- stellung und verschiedener anderer Mangel solcher Halter nicht lange benutzt und recht bald, als es sich zeigte, dafi die durch Formierung gewonnenen Molybdandrahte schOn biegsam sind, durch Halter aus Molybdan ersetzt (D. R. P. 212895). Das Molybdan hat sich fur Halterzwecke vorzuglich bewahrt, insbesondere deshalb, weil infolge des sehr hohen Schmelzpunktes dieses Metalls sehr diinne Drahte als Halter verwendet werden konnten. Die Verw^endung moglichst diinner Halter geschieht aufier den bisher angefiihrten noch aus folgenden Griinden. Vor allem wird der Leuchtkorper durch diinne Halter viel weniger abgekuhlt, wodurch unnotiger Verlust, welcher sich durch Warmeableitung einstellen konnte, vermieden wird. Bei der Verwendung sproder Wolframfaden war auch die Bruchgefahr infolge Federung der dunnen Halter viel geringer als bei der Verwendung eines dicken, starren Halterdrahtes. Schliefilich ist es fur die Giite des Lampenvakuums von Vorteil, je geringer die Metallmenge ist, welche sich in der Lampe befindet, da fast alle Metalle grofie Mengen absorbierter Case enthalten, welche beim Brennen der Lampe allmahlich entweichen und das Vakuum ver-