Ueber Glühkörper für elektrische Glühlampen und ihre Entwickelung. Von Fr. Schüler, Ingenieur. (Fortsetzung des Berichtes S. 15 d. Bd.) Ueber Glühkörper für elektrische Glühlampen und ihre Entwickelung. Zahlreicher sind die Versuche zum Ueberziehen von Kohlefäden mit Metallen, Metalloiden oder leitenden Metallverbindungen. Die Ueberzüge sollen die Oxydation oder das Zerstäuben der Kohle verhindern, oder die Leitungsfähigkeit des Fadens erhöhen oder endlich die Leuchtkraft der Lampe verstärken. Zanni (Englisches Patent Nr. 2741/1882) überzieht Fäden aus karbonisiertem Material (Seide, Baumwolle, Wolle o. dgl.) auf galvanischem Wege oder durch Behandlung mit einer zweckentsprechenden Lösung mit Platin, Iridium oder ähnlichen Metallen. Auf der Metallschicht wird wieder eine Kohleschicht abgelagert. Je nach der Stärke der Metallschicht wechselt der Widerstand des Glühkörpers. Vorzugsweise Silber, Zinn, Zink oder Kupfer, auch Eisen und Blei oder andere Metalle oder Metall Verbindungen, welche bei niedriger Temperatur zur Weissglut gebracht werden können, benutzt N. S. White (U. S. P. Nr. 301192). Er tränkt z.B. Leinenfäden o. dgl. mit ammoniakalischer Silberlösung, überzieht dieselben mit einer klebenden Substanz, bettet sie in Graphitpulver und glüht. Die ausgeglühten Fäden werden in Silberlösung getaucht und ein- oder mehreremal im Vakuum durch den Strom erhitzt. In entsprechender Weise werden Ueberzüge aus den anderen Metallen hergestellt. F. D. Bottome (U. S. P. Nr. 401120) will die bekannte Eigenschaft des Wolframs, den Stahl härter und fester zu machen, zur Verbesserung der Kohlefäden verwerten. Er tränkt karbonisierte Pflanzenfasern in einer ammoniakalischen Lösung von Wolframtrioxyd, trocknet die Fäden und glüht sie in Gegenwart von trockenem Wasserstoff. Nach einem anderen Verfahren wird der Faden vor dem Karbonisieren mit der Wolframlösung getränkt und dann in Kohlepulver im Tiegel bis zur Weissglut erhitzt. In ähnlicher Weise stellt J. Bl. Tibbits (1889) seine Glühkörper her (D. R. P. Nr. 53871). Er benutzt ebenfalls vorzugsweise Wolfram, beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Metall allein. Der Wasserstoff wird durch Zersetzung eines Kohlenwasserstoffes mittels eines glühenden Drahtes hergestellt. Nach dem Ausglühen des Glühkörpers kann das Tränkungsverfahren wiederholt werden. Man erhält dann, da die Kohle durch das erste Glühen bereits so verdichtet ist, dass sie nicht mehr viel Metalllösung aufsaugt, einen Metallüberzug auf dem Faden. Um das Zerstäuben der Kohlefäden zu verhüten oder zu vermindern, wendet Edmundson (Englisches Patent Nr. 3363/1889) einen Ueberzug aus metallischem Chrom an. Der Faden wird mit einer alkoholischen Chromchloridlösung bestrichen und darauf im Ofen oder durch den Strom schwach – nicht bis zur Rotglut – erwärmt. Nach dem Trocknen kommt der Faden in ein luftleeres Gefäss und wird nun bis zur höchsten Weissglut erhitzt. Das Verfahren ist mehrfach zu wiederholen. Auch Heller (U. S. P. Nr. 448920/1890) benutzt Chromüberzüge, die er auf elektrolytischem Wege oder durch Reduktion eines Salzes herstellt. In der bereits erwähnten Auer'schen. Patentschrift (Elektrotechnischer Anzeiger 1898, S. 845) werden ebenfalls einige Verfahren zum Ueberziehen bezw. Imprägnieren verkohlbarer Faserstoffe mit Metall, besonders mit Osmium, angegeben. Beispielsweise stellt Auer aus fein verteiltem Osmiumoxyd mit Zucker o. dgl. eine breiartige, ziemlich dünnflüssige Masse her, welche auf den Faden aufgetragen wird. Nach dem Trocknen wird der letztere in einer reduzierenden Atmosphäre schwach geglüht, darauf in eine Birne gebracht und dort in Gegenwart von reduzierenden Gasen und Wasserdampf allmählich stark erhitzt. Zur Abgleichung des Widerstandes folgt schliesslich noch ein Glühen in einer Atmosphäre von Ueberosmiumsäureanhydrid und Kohlenwasserstoffen. Auch aus Nitrocellulose mit einem Zusatz von chemisch feinem Osmium oder Osmiumsulfid bezw. Osmiumoxydhydrat lassen sich derartige Glühkörper herstellen. Schliesslich mag noch ein Verfahren von F. D. Bottom (U. S. P. Nr. 404463/1888) erwähnt werden, nach welchem Kohlefäden mit einem stromleitenden Ueberzug von Molybdändisulphid versehen werden sollen. Zu diesem Zwecke werden z.B. die Fäden in geschmolzene Molybdänsäure getaucht und darauf in Gegenwart von Schwefelwasserstoff geglüht. Bemerkenswert ist das elektrolytische Verfahren, durch welches sich entweder unmittelbar das Sulphid oder aber das Metall niederschlagen lässt. In letzterem Falle wird der Faden wie oben in Schwefelwasserstoff geglüht, wodurch ein besonders guter, sehr fest haftender, zusammenhängender Sulphidüberzug gewonnen wird. Es ist wohl ohne weiteres klar, dass sich noch eine ganze Reihe chemischer Verfahren zur Herstellung derartiger Ueberzüge angeben lassen. In der That sind auch noch viele Vorschläge gemacht worden, die jedoch hier nicht berücksichtigt werden sollen, da der Weg, auf welchem sich die Versuche bisher bewegten, durch die besprochenen Verfahren wohl genügend gekennzeichnet ist. Soweit sich ermitteln liess, haben diese Glühkörper kaum Eingang in die Praxis gefunden. Neben der meist recht umständlichen Herstellungsweise dürfte vor allem die Kostspieligkeit der benutzten Stoffe ein wesentlicher Hinderungsgrund gewesen sein. Dann aber erscheint es auch zum mindesten fraglich, ob Glühkörper, die aus so verschiedenen Stoffen zusammengesetzt sind, auf die Dauer brauchbar bleiben können. Ganz abgesehen von den verschiedenen Eigenschaften der Stoffe in elektrischer Hinsicht ist schon ihr verschiedenes Ausdehnungsvermögen bedenklich. Es bleibt abzuwarten, ob die an die neuesten Glühkörper dieser Art, d.h. die von Au er, gestellten Hoffnungen in Erfüllung gehen. Im Anschluss an die Metallüberzüge seien noch die Hüllen aus den Metalloiden Silicium und Bor erwähnt. R. Langhans (1890) (D. R. P. Nr. 53585) fand, dass derartige Ueberzüge die wichtige Eigenschaft besitzen, die Kohlen- oder auch Metallfäden bedeutend widerstandsfähiger gegen oxydierende Einflüsse zu machen. Zur Herstellung der Hüllen sind alle Silicium- und Borverbindungen verwendbar, welche bei normaler Temperatur und atmosphärischem Druck gas- oder dampfförmig sind oder sich vergasen, verdampfen oder in Rauch verwandeln lassen und welche durch Wärme, Elektrizität oder auf chemischem Wege derart zersetzt werden können, dass die Metalloide in graphitartiger oder krystallinischer Form ausgeschieden werden. Langhans empfiehlt vor allem die folgenden Stoffe: Siliciumtetramethyl, Siliciumtetraäthyl, Siliciumpropyl, Siliciumphenyl, Rhodansilicium, Siliciumstickstoff und Siliciumpyridin, sowie die entsprechenden Borverbindungen. Die Herstellung erfolgt genau nach den oben bei anderen Stoffen beschriebenen, bezw. den zur Herstellung von Kohleniederschlägen üblichen Verfahren. Es erübrigt sich deshalb, darauf näher einzugehen. Ein sehr seltenes. Metalloid, das Niob, will J. W. Ailsworth (U. S. P. Nr. 553296) benutzen. Zur Anfertigung der Glühkörper verwendet er den in Fig. 2 dargestellten Apparat. Der Kohlefaden a wird in ein mit einer geringen Menge b einer Chlorverbindung des Niobs beschicktes birnenförmiges Gefäss c gebracht und dort durch den Strom zur Rotglut gebracht, während gleichzeitig die Niobverbindung durch die Bunsen-Brenner d stark erhitzt und ein Strom von Wasserstoffgas mittels der Röhren e in Richtung der Pfeile durch die Birne geleitet wird. In ähnlicher Weise lassen sich auch andere Stoffe, wie Tantal, Molybdän, Titan, Zirkon u.s.w. niederschlagen. Diese Glühkörper sollen nach Angaben des Erfinders eine grosse Lebensdauer besitzen. Näheres ist jedoch nicht bekannt geworden. Textabbildung Bd. 311, S. 35 Fig. 2. Apparat zur Anfertigung der Glühkörper von Ailsworth. In ähnlicher Weise lassen sich auch Ueberzüge von Siliciumstickstoff oder Borstickstoff verwenden. M. M. Rotten (1890) (D. R. P. Nr. 56226) gibt an, dass Glühkörper mit solchen Ueberzügen unter Umständen auch im lufterfüllten Raume benutzt werden können. Die Herstellung kann auf vielen aus der Chemie bekannten Wegen geschehen. Am zweckmässigsten werden die Kohlefäden in einer Atmosphäre von flüchtigen oder verdampfbaren Verbindungen und Ammoniak oder flüchtigen sauerstofffreien Stickstoffverbindungen geglüht. Auch das von Ailsworth benutzte Verfahren ist anwendbar, man erhält dabei Niederschläge der Metalloide, die später in der Weissglut mit Stickstoff verbunden werden. Schliesslich seien noch die Versuche von Wilmowsky (U. S. P. Nr. 597172) erwähnt, der ausserordentlich haltbare Borüberzüge auf folgende Weise herstellen will. Amorphes Bor wird mit metallischem Magnesium oder anderen leicht oxydierbaren Metallen in Wasserstoff unter hohem Druck geglüht (als passendes Mengenverhältnis wird 1 Teil Bor und 3,5 Teile Magnesium angegeben). Man erhält so eine Masse, die, mit Salz- oder Essigsäure behandelt, ein Gas entwickelt, welches Wasserstoff und eine Borverbindung enthält. In diesem Gasgemisch wird ein feiner Eisen- oder Kohlefaden etwa bis zur Rotglut durch den Strom erhitzt, worauf sich ein zusammenhängender Ueberzug von Bor bildet. Die Schicht wird so stark gewählt, dass ein Sprengen der Hülle durch den sich ausdehnenden Faden unmöglich ist. Bei diesem Verfahren ist die Glühtemperatur ganz allmählich zu steigern und darf erst nach Auftreten des Niederschlages die Rotglut überschreiten. Ferner ist streng auf die Fernhaltung von Silicium zu achten. Diese Glühkörper bilden den Uebergang zu der sehr wichtigen Gruppe der Karbidfäden. Uebrigens ist wohl anzunehmen, dass auch bei manchen der oben besprochenen Ueberzüge zum mindesten an der Berührungsstelle zwischen Kohle und Metall Karbide auftreten werden. Dieses scheint auch bei einem Glühkörper von Vasley, Beale und Padbury (Englisches Patent Nr. 4781/1884) der Fall zu sein. Diese Erfinder tränken sorgfältig gereinigte Gewebe, aus denen später Streifen geschnitten werden, mit heisser Boraxlösung. Durch Behandeln mit Säuren, z.B. Essigsäure wird der Borax in Borsäure verwandelt. Darauf wird der Faden mit Paraffin getränkt und karbonisiert. Endlich folgt noch ein Glühen in Stickstoff oder einem anderen indifferenten Gase. Die Erfinder geben nur an, dass sich dadurch die Borsäure in Bor verwandele, es ist aber, wie bereits angedeutet, anzunehmen, dass nicht reines Bor, sondern Borkarbid entsteht. Th. Mace (1886) (D. R. P. Nr. 38926) scheint der erste gewesen zu sein, der zu der Erkenntnis kam, dass sich die Metalle mit den Kohlefäden nicht mechanisch, sondern auch chemisch verbinden lassen. Er nennt den neuen Stoff „ein karbomineralisches Produkt von gänzlich neuem Charakter, in welchem weder freier Kohlenstoff noch freies Metall mehr vorhanden ist“. Mace tränkt z.B. Fäden aus irgendwelchen karbonisierbaren Faserstoffen mit einer Lösung eines Metallsalzes oder einer Metallverbindung wie Chloraluminium oder schwefelsaurem Nickeloxyd und verwandelt das Salz bezw. die Verbindung durch Behandlung mit einem geeigneten Reagens – bei dem gewählten Beispiel mit konzentrierter Ammoniaklösung bezw. Natronlauge – in unlösliches Oxyd, also hier in Thonerde bezw. Nickeloxyd. Nachdem die Fäden zur Beseitigung der sich gleichzeitig bildenden löslichen Salze (Chlorammonium bezw. Natriumsulfat) in heissem Wasser gewaschen sind, wird der Faden zweckmässig noch mit einer Paste aus Stärke o. dgl. und dem betreffenden Oxyd überzogen und durch Ziehen, Walzen u.s.w. in einen gleichmässigen Draht verwandelt. Die so vorbereiteten Fäden werden unter Abschluss von Sauerstoff in einer Muffel o. dgl. stark geglüht, wodurch die bisherige mechanische Verbindung in eine chemische übergeführt wird. Schliesslich kann der Körper noch in einer dampfförmigen oder flüssigen organischen Metallverbindung (Aluminiumäthyl oder -methyl bezw. Nickeläthyl oder -methyl) in Gegenwart von Wasserdampf geglüht werden, wodurch Kohlenstoff und Metall in der „karbomineralischen“ Verbindung niedergeschlagen werden. Nach einem anderen Verfahren fertigt Mace zunächst aus gepulverten organischen und metallischen Bestandteilen, die mit Stärke, Dextrin o. dgl. zu einem Teig verrieben sind, Stäbchen, Fäden u.s.w. und behandelt diese in der angegebenen Weise. In einem späteren Patente vom Jahre 1889 empfiehlt Mace (D. R. P. Nr. 49206) die Anwendung von pflanzlichen Rohfasern, welche vor der Imprägnierung mit dem Oxyd zunächst mit Salzsäure und nach dem Wässern mit starker Schwefelsäure behandelt worden sind. Derartig hergestellte Fäden sollen äusserst elastisch und hart werden und sich gut bewährt haben. Ueberzüge von Mangankarbid stellt Heller (1890) (U. S. P. Nr. 448914) entweder auf chemischem Wege oder durch Glühen des Kohlefadens in Dämpfen einer Manganverbindung in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff her. Ebenso kann der Faden mit leicht reduzierbaren Verbindungen imprägniert und das Karbid durch Glühen in Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Ausser Mangan werden auch Eisen und Chrom zur Benutzung empfohlen. Sehr eingehend hat sich R. Lenghans, dessen Silicium- und Borüberzüge bereits erwähnt wurden, mit der Herstellung von Karbidfäden befasst. Schon bei der Beschreibung der genannten Ueberzüge bemerkt er, dass letztere auch aus einer Mischung der Verbindung von Silicium und Bor mit oder ohne Kohlenstoff bestehen können (D. R. P. Nr. 53585). Später (1891) schlug er vor (D. R. P. Nr. 72572) dem Sulfocellulosekleister, aus dem Kohlefäden hergestellt werden sollen, fein zerteiltes Silicium oder Bor beizumischen und zwar in solcher Menge, dass durch das spätere Glühen der sämtliche Kohlenstoff in das Karbid übergeführt wird. Die aus dem Gemische hergestellten Fäden werden unter Luftabschluss durch den Strom so lange über Gelbglut erhitzt, bis sie nach anfänglichem Fleckigwerden wieder in ihrer ganzen Ausdehnung dauernd und gleichmässig leuchtend geworden sind. Der Widerstand derartiger Glühkörper soll fast doppelt so gross sein als der der gewöhnlichen Kohlefaden. Die als Grundmasse dienende Sulfocellulose wird dadurch hergestellt, dass der durch starke Schwefelsäure in Sulfocellulose übergeführten Cellulose nachträglich schwächere Schwefelsäure zugesetzt wird, um die Sulfocellulose während der Formung beständig zu halten. Im Jahre 1892 verwendete Tesla (Elektrotechnischer Anzeiger, 1895 S. 1242) fertiges Siliciumkarbid, nämlich das sogen. Karborundum, als Ueberzug für Kohlefäden und schlägt auch reine Karborundumfäden vor. Acheson, der Erfinder des Karborundums, gab 1894 an (Englisches Patent Nr. 18 339/1894), dass sich aus fein gepulverter Kohle, fein zerteiltem Karborundum und einem Bindemittel (z.B. Teer) nicht oxydierbare, unschmelzbare Glühkörper von hoher Leuchtkraft herstellen lassen. Als beste Zusammensetzung empfiehlt er 90 % Kohle und 10 % Karborundum. (Fortsetzung folgt.)