DE2214358C2 - Tungsten filament mfr - using a copper alloy coated steel mandrel - Google Patents

Abstract

Tungsten wire is helically wound onto a mandrel made of a low melting steel alloy coated with copper or a copper alloy, annealed at a temp. high enough to melt the coating so that it flows over the filament. The wire is then cut to length and the mandrel etched away in nitric or sulphuric acid. Method prevents the introduction of undesirable impurities esp O2 and Fe into the W, forming weak areas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Glühwendel für elektrische Lampen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a filament for electric lamps according to the Preamble of claim 1.

Glühwendeln aus Wolframdraht finden weitverbreitete Verwendung in Glühlampen und Leuchtstofflampen. Da man die nachteiligen Einflüsse von Verunreinigungen auf die metallurgischen Eigenschaften von Wolfram erkannt hat, treffen die Lampenhersteller Maßnahmen, um einen Wolframdraht herzustellen, welcher nur eine minimale Menge an Restverunreinigungen aufweist. So wird z. B. Wolframerz von höchster Reinheit verwendet, und zur Vermeidung einer Verunreinigung bzw. Verschlechterung während des Verfahrens wird die Reduktion des Wolframoxids im allgemeinen in Wolframschiffchen durchgeführt.Tungsten filament filaments are widely used in incandescent lamps and fluorescent lamps. Since one considers the adverse effects of impurities on the metallurgical properties of Has detected tungsten, lamp manufacturers take steps to produce a tungsten wire, which has only a minimal amount of residual impurities. So z. B. Tungsten ore of the highest quality Purity, and to avoid contamination or deterioration during the process the reduction of the tungsten oxide is generally carried out in tungsten boats.

Wenngleich eine sehr große Sorgfalt bei der Herstellung des Glühfadendrahtes ausgeübt wird, hat sich bei der Herstellung der Glühwendeln selbst in den letzten vierzig Jahren grundsätzlich nichts verändert. Der übliche Herstellungsvorgang begegnet im allgemeinen nicht dem Einschleppen von Verunreinigungen in den Glühfaden oder den nachteiligen Einflüssen dieser Verunreinigungen.Although great care has been taken in the manufacture of the filament wire In principle, nothing has changed in the manufacture of incandescent filaments even in the last forty years. The usual manufacturing process generally does not encounter the introduction of impurities into the filament or the adverse effects of these contaminants.

Wolframfäden für elektrische Glühlampen werden gewöhnlich in die Form von Schraubenwendeln oder gewickelten Schraubenwendeln gebracht, wobei die letzteren eine Schraubenwendel aufweisen, die selbst wendelförmig gewickelt ist. Das üblicherweise am häufigsten verwendete Verfahren zur Herstellung solcher Glühfaden-Schraubenwendeln weist die folgenden Schritte auf:Tungsten filaments for electric light bulbs are usually in the form of helical or helical filaments brought wound helix, the latter having a helix that itself is helically wound. The most commonly used method of manufacture Such filament helixes have the following steps:

1. Aufwickeln des Wolframdrahtes als Schraubenwendel auf einem langgestreckten Dorn;1. Winding up the tungsten wire as a helix on an elongated mandrel;

2. Vergüten der Schraubenwendel, während sie sich noch auf dem Dorn befindet, indem man sie durch einen Wasserstoff-Ofen hindurchführt, der auf einer erhöhten Temperatur, in der Regel etwa 1200° C, gehalten wird;2. Tempering the helix while it is still on the mandrel by cutting it through A hydrogen furnace passes through it, which is at an elevated temperature, usually around 1200 ° C;

3. Abschneiden des Domes und der Schraubenwende! auf die gewünschte Länge der einzelnen Glühfäden; 3. Cut off the dome and the screw turn! to the desired length of the individual filaments ;

4. Auflösen oder Wegätzen der einzelnen Dorne in einer geeigneten Säure, z. B. Salzsäure und4. Dissolving or etching away the individual mandrels in a suitable acid, e.g. B. hydrochloric acid and

5. erneutes Vergüten des Wolframdrahtes in flüssigem Wasserstoff bei einer erhöhten Temperatur, gewöhnlich etwa bei 1300° C, zwecks Reinigung.5. Renewed tempering of the tungsten wire in liquid hydrogen at an elevated temperature, usually around 1300 ° C for cleaning.

Die zwei in der gesa.nten Lampenindustrie gebräuchlichen Materialien für die Dorne sind Stahl und Molybdän. Abgesehen von der Wirtschaftlichkeit ist die Auswahl des Dom-Materials durch eine große Zahl technischer Erfordernisse eng begrenzt. Die bedeutendsten dieser Erfordernisse für den Dorn sind:The two common ones in the entire lamp industry Materials for the mandrels are steel and molybdenum. Apart from the economy, the The choice of dome material is narrowly limited by a large number of technical requirements. The most significant of these requirements for the mandrel are:

1. Für das Glühfaden-Wickeln und Vergüten unter Zugspannung ohne plastische Verformung des Domes wird eine hohe Zugfestigkeit benötigt;1. For filament winding and tempering under tensile stress without plastic deformation of the Domes require high tensile strength;

2. der Schmelzpunkt des Domes muß über der Vergütungstemperatur liegen, welche erforderlich ist, um die Glühfaden-Schraubenwendel vor dem Abtrennen zu erhärten bzw. spannungsfrei zu machen;2. The melting point of the dome must be above the tempering temperature which is required is to harden or tension-free the filament helix prior to separation do;

3. der Temperatur-Ausdehnungskoeffizient des Dornes sollte dicht bei demjenigen der Glühfaden-Schraubenwendel bei der Vergütungstemperatur liegen;3. The temperature coefficient of expansion of the mandrel should be close to that of the filament helix lie at the tempering temperature;

4. es wird eine ausreichende Bindung zwischen der Glühfaden-Schraubenwendel und dem Dorn während der Vergütung benötigt, um die Beibehaltung der Schraubenwendel-Geometrie beim anschließenden Abtrennen des Domes in einzelne Glühfäden zu gewährleisten; und4. There will be a sufficient bond between the filament helix and the mandrel during the remuneration required in order to maintain the helix geometry during the subsequent To ensure separation of the dome into individual filaments; and

5. der Dorn muß sich ohne Beeinträchtigung der Wolfram-Schraubenwende! chemisch auflösen las-5. The mandrel must move without affecting the tungsten screw turn! chemically dissolve

sen.sen.

Aus vorstehenden Gründen wurden und werden zur Zeit Stahldorne nahezu universell für die meisten gewickelten Glühfäden verwendet, während Molybdän-Dorne für schraubenlinienförmig gewickelte Glühfäden benutzt werden, welche Vergütungstemperaturen erfordern, die über dem Schmelzpunkt von Stahl liegen.For the above reasons, steel mandrels have been and are now becoming almost universal to most used for coiled filaments, while molybdenum mandrels are used for helically wound filaments be used, which require tempering temperatures that are above the melting point of steel.

Die Verwendung von Stahl als Dornmaterial ist, wenngleich dies wirtschaftlich ist, vom Standpunkt der Qualität der erzeugten Glühwendeln unerwünscht, da Stahl einen schädlichen Einfluß auf die metallurgischen Eigenschaften des Wolframfadens während des Herstellungsverfahrens hat. Der Hauptgrund besteht darin, daß bei der Ausbildung der Bindung zwischen der Schraubenwendel und dem Dorn während des Vergütungsschrittes unvermeidlich eine kleine Eisenmenge in das Wolfram diffundiert und dieses spröde macht. Um dies zu verstehen, muß man berücksichtigen, daß in dem stark gezogenen Wolframdraht, der für Lampenglühfäden verwendet wird, vor der Rekristallisation eine faserige Zwischenstruktur vorhanden ist, wobei die durchschnittliche Zwischenkorngröße dieser Struktur kleiner als 1 μίτι ist. Man hat längst erkannt, daß eineThe use of steel as the mandrel material, while economical, is from the standpoint of Quality of the filaments produced undesirable, since steel has a harmful influence on the metallurgical Has properties of the tungsten filament during the manufacturing process. The main reason is that in the formation of the bond between the helical screw and the mandrel during the tempering step inevitably a small amount of iron diffuses into the tungsten, making it brittle. Around To understand this, one must take into account that in the heavily drawn tungsten wire used for lamp filaments is used, prior to recrystallization there is an intermediate fibrous structure, the average intermediate grain size of this structure is less than 1 μίτι. It has long been recognized that a

Wechsel- oder Austauschdiffusion von Elementen, etwa von Eisen in Wolfram entlang den Zwischengrenzen und Korngrenzen des Wolframs wesentlich schneller abläuft als innerhalb der Kristalle durch die normalen Kristallseiten hindurch. Da die Aktivierungsenergie bei 5 einer Raumdiffusion (innerhalb der Körner oder Kristalle) — sie liegt bei rund Ί20 Kcal/mol für Eisen in Wolfram — um eine Mehrfaches höher ist z\s diejenige für eine Grenz- oder Zwischenfläche-Diffusion (entiang den Grenzen), kann eine Zwischenflächen-Diffusion in einem merklichen Ausmaß leicht bei Temperaturen auftreten, die weniger als die Hälfte von derjenigen des Wolframs betragen. Bei Wolfram, das eine große Konzentration von Zwischengrenzen und Korngrenzen bzw. Kristallgrenzen pro Volumeneinheit aufweist, wenn es als stark gezogener Draht zur Verwendung von Glühfäden umgeformt ist, diffundiert daher eine beträchtliche Eisenmenge während der Vergütung bei einer relativ niedrigen Temperatur in das Wolfram, und zwar vorzugsweise entlang den Grenzen oder Grenzflächen. Ferner ist auch ein Konzentrationsgradient von Eisen in der Wolfram-Schraubenwendel vorhanden, der von der inneren, in Berührung mit dem Dorn stehenden Wendelfläche gegen die äußere Wendelfläche hin abnimmt, die niemals in Berührung miuiem Dorn steht.Exchange or exchange diffusion of elements such as iron in tungsten along the intermediate and grain boundaries of the tungsten takes place much faster than within the crystals through the normal crystal sides. Since the activation energy in a space diffusion (within the grains or crystals) - it is around Ί20 Kcal / mol for iron in tungsten - is several times higher z \ s that for an interface or interfacial diffusion (along the boundaries) , interfacial diffusion can easily occur to a significant extent at temperatures less than half that of tungsten. In tungsten, which has a large concentration of interim and grain boundaries or crystal boundaries per unit volume, when it is formed as a highly drawn wire for the use of filaments, a considerable amount of iron diffuses into the tungsten at a relatively low temperature during tempering preferably along the boundaries or interfaces. Furthermore, there is also a concentration gradient of iron in the tungsten helical coil which decreases from the inner helical surface in contact with the mandrel towards the outer helical surface which is never in contact with the mandrel.

Bei Wolframwendeln, die nach bekannten Verfahren auf einem Stahldorn hergestellt werden, hat man durch Analysen mit vergüteten Schraubenwendeln zur Feststellung von Verunreinigungen, die nach dem Auflösen des Stahldorns durchgeführt wurden, nachgewiesen, daß eine merkliche Eisenmenge in die Glühfaden-Wenüel diffundiert. Der nach dem Vergüten vorhandene Eisenanteil variiert von einem Schraubenwendelsegment zum anderen und hängt von dem Werdegang des Wolframdrahtes ab. Bei einem Wolframdraht mit einem ³ > Durchmesser von etwa 0,06 mm bewirkt das Vergüten in der oben beschriebenen Art auf typische Weise eine Erhöhung der Eibenkonzentration bis auf 50 bis 100 ppm (nach Gewicht), im Vergleich zu 10 ppm oder weniger Eisen in dem Draht vor dem Vergüten. Analysen von Oberflächenmaterial, das man von der vergüteten Schraubenwendel abätzte, zeigten Eisenkonzentrationen, die erheblich über 100 ppm lagen.In the case of tungsten filaments, which are produced on a steel mandrel by known processes, it has been demonstrated by analyzes with tempered helical coils to determine contamination, which were carried out after the steel mandrel had dissolved, that a noticeable amount of iron diffuses into the filament filament. The amount of iron present after quenching and tempering varies from one helical segment to the other and depends on the development of the tungsten wire. In the case of tungsten wire with a ³ > diameter of about 0.06 mm, tempering in the manner described above typically increases the yew concentration up to 50 to 100 ppm (by weight) compared to 10 ppm or less iron in the Wire before quenching and tempering. Analyzes of surface material that was etched off the tempered helix showed iron concentrations that were well above 100 ppm.

Das Auftreten örtlicher Ausscheidungen oder Absonderungen von Eisen, das in einer Wolframdraht-Glühfadenwendel eindiffundiert ist, wird verantwortlich gemacht für die Ausbildung zahlreicher Eisensplitter auf den vergüteten Giühfadcnwendeln, nachdem der Dorn weggeätzt worden ist. Diese Splitter können in manchen Fällen Kurzschlüsse zwischen den Windungen der "'" Schraubenwendel erzeugen.The appearance of local precipitates or secretions of iron in a tungsten filament filament diffused in is held responsible for the formation of numerous iron fragments the tempered thread helix after the mandrel has been etched away. In some cases, these splinters can short-circuits between the turns of the "'" Generate helix.

Wolfram-Glühfadenwendeln mit sehr vielen Eisenausscheidungen sind ferner brüchig und verringern den Produktionsausstoß elektrischer Lampen (bzw. sie führen zu einem erhöhten Ausschuß). Brüche oder Risse in den Glühfaden treten häufig an der inneren Seite der Schraubenwendel auf, die während der Montage der Schraubenwendel in einer Lampe durch die Zuleitungen festgeklemmt wird. Dies deutet darauf hin, daß örtlich auftretendes Eisen zu einer starken Sprödigkeit führt, da die Druckbeanspruchungen oder -spannungen an der inneren Seite der Schraubenwendel einen plastischen Materialfluß begünstigen sollten, statt einen Riß oder einen Bruch auszulösen.Tungsten filament coils with a large number of iron precipitates are also brittle and reduce the Production output of electric lamps (or they lead to increased rejects). Breaks or cracks in the filament often occur on the inner side of the helix that is used during assembly of the Helical coil is clamped in a lamp through the supply lines. This suggests that locally Occurring iron leads to a strong brittleness, since the compressive loads or stresses on the inner side of the helix should favor a plastic flow of material, instead of a crack or trigger a break.

Ein weiterer schädlicher Einfluß des Eisens besteht darin, daß es die Vorteile verringert, die man durch Legieren nicht durchhängender Glühfaden erreicht. GlühlamDen-Glühfäden werden normalerweise mit kleinen Mengen an Aluminium, Silicium und Kalium-Mischungen legiert, um die RekristalHsationstemperatur anzuheben und eine verkettende oder verbindende Gefügestruktur-Eigenschaft bei durchhangfestem Wolfram während erhöhter Temperaturen zu erzeugen. Es ist bekannt, daß in legiertes Wolfram eindiffundiertes Eisen die RekristalHsationstemperatur reduziert und eine nicht verkettete, gleichgerichtete Gefügestruktur erzeugt, die den Einfluß der Legierungsmittel zur Erzeugung eines nicht durchhängenden Materials teilweise wieder aufhebtAnother harmful influence of iron is that it diminishes the benefits one gets through Alloying filament not sagging reached. Incandescent filaments are usually made with small amounts of aluminum, silicon and potassium mixtures are alloyed to the recrystallization temperature to lift and a linking or connecting structure property with sag-resistant tungsten generate during elevated temperatures. It is known that alloyed tungsten diffuses into it Iron reduces the recrystallization temperature and a non-interlinked, rectified microstructure produced which the influence of the alloying means to produce a non-sagging material partially picks up again

Aus der Literaturstelle »VDI-Zeitschrift«, Band 105, 1963, Seite 72 ist die Verwendung eines Keramikdorns anstelle eines Stahldorns bekannt, um beim Ziehen eines Wolframdrahtes bei erhöhter Temperatur Verunreinigungen des Drahtes zu vermeiden. Beim Vergüten kommt es jedoch auch auf die Einhaltung eines genauen Abstandes zwischen den um den Dorn gelegten Windungen an. Dieser kann sich aufgrund thermischer Spannungen während der Vergütung auf dem Keramikdorn aber verschieben.From the literature "VDI-Zeitschrift", Volume 105, 1963, page 72, the use of a ceramic mandrel instead of a steel mandrel is known to when drawing a Tungsten wire to avoid contamination of the wire at elevated temperatures. When tempering However, it is also important to maintain an exact distance between the areas around the mandrel Turns on. This can occur on the ceramic mandrel due to thermal stresses during the tempering but move.

Aus den DE-PS 5 82 249 und 6 58 455 ist die Verwendung von Dornen aus Kupfer zum Aufwickeln eines Glühfadens bekannt. Gemäß der DE-PS 5 82 249 erfolgt aber die Vergütung bei 800⁰C. Bei den derzeit üblichen Vergütungstemperaturen von mindestens 1050°C würde daher der gesamte Dorn erweichen und eine einwandfreie Vergütung unterbinden.From DE-PS 5 82 249 and 6 58 455 the use of mandrels made of copper for winding up a filament is known. According to DE-PS 82 249 5 but the compensation at 800 ⁰ C. takes place therefore With the currently customary annealing temperatures of at least 1050 ° C, the entire mandrel would soften and prevent proper compensation.

Schließlich ist aus der DE-PS 6 12 201 die Herstellung von Glühwendeln aus einem Wolframdraht bekannt, der noch Kupfer als ein seine Duktilität verbesserndes Hilfsmetall enthält, das nach Fertigstellung der Wendel thermisch oder chemisch entfernt wird.Finally, from DE-PS 6 12 201, the production known from incandescent filaments made of a tungsten wire, which is still copper as a ductility-improving Contains auxiliary metal that is removed thermally or chemically after completion of the coil.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer Glühwendel aus Wolfram, bei dem während des Vergütens die Wendel stabil gehalten wird, wobei der Abstand zwischen den Windungen um den Dorn konstantgehalten und der Anteil an Verunreinigungen des Wolframs gleichfalls auf dem urspünglichen niedrigen Wert gehalten wird.The object of the invention is to create a method for producing an incandescent filament from Tungsten, in which the filament is kept stable during tempering, whereby the distance between the Windings around the mandrel kept constant and so did the proportion of impurities in the tungsten is kept at the original low value.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by what is stated in the characterizing part of claim 1 Features solved. Refinements of the invention emerge from the subclaims.

Gemäß der Erfindung wird somit ein Material, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Dornmaterial hat, als Überzug auf den Dorn aufgebracht. Die Schraubenwcndcl wird anschließend auf den überzogenen Dorn aufgewickelt und vergütet. Die vergütete Schraubenwendel kann in erwünschte Längen unterteilt werden, und der Dorn wird weggeätzt oder aufgelöst. Bei der Vergütung des Glühfadens bildet das Überzugsmaterial eine kräftige Bindung mit der Schraubenwendel aus und dient als Barriere gegen eine Diffusion des inneren Dornmaterials in die Glühfadenwendel. Dadurch wird eine Glühwendel hergestellt, die im wesentlichen keine zusätzlichen eindiffundierten Verunreinigungen aufweist im Vergleich zu denjenigen, welche in dem Glühfadenmaterial vor dem Vergüten vorhanden waren. Das Überzugsmaterial auf dem Dorn vermeidet ferner die Ausbildung von Splittern auf der vergüteten Schraubenwendel sowie ein Sprödewerden denHben. Das Überzugsmaterial trägt ferner zur Beschleunigung des Auflösungsprozesses bei.According to the invention, a material which has a lower melting point than that Has mandrel material applied as a coating on the mandrel. The screw wcndcl is then on the coated mandrel wound and tempered. The tempered helix can be made in the desired lengths and the mandrel is etched away or dissolved. When it comes to the remuneration of the filament, this forms Coating material forms a strong bond with the helix and serves as a barrier against a Diffusion of the inner mandrel material into the filament coil. This creates a filament that has essentially no additional impurities diffused in compared to those which were present in the filament material prior to annealing. The coating material on the mandrel also avoids the formation of splinters on the hardened and tempered helix as well as becoming brittle theHben. The coating material also contributes to accelerating the dissolution process.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Kupfer oder eine Kupferlegierung als Überzugsmaterial auf einem Dorn-Kern aus Stahl verwendet. Das Kupfer oder die KupferlegierungIn a preferred embodiment of the invention, copper or a copper alloy is used as Coating material used on a steel mandrel core. The copper or the copper alloy

schmilzt während der Vergütung der Glühfadenwendel und bildet mit dieser eine Bindung aus, wodurch die geometrische Form erhalten bleibt. Die Dorne können ferner sehr schnell von den Schraubenwendeln abgelöst bzw. aufgelöst werden, wenn man eine geeignete Säure, > etwa Salpetersäure, verwendet.melts during the remuneration of the filament coil and forms a bond with it, whereby the geometric shape is retained. The mandrels can also be detached from the helical screws very quickly or can be dissolved if a suitable acid such as nitric acid is used.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Überzugsmaterial statt auf den Dorn auch auf den Draht aufgebracht werden.According to a further feature of the invention, the coating material can also be applied to the mandrel instead of the Wire can be applied.

Die Erfindung wird nun an Hand der Abbildungen ι ο ausführlich beschrieben. Es zeigtThe invention will now be described in detail with reference to the figures ι ο. It shows

Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Domes, auf dem die Glühfaden-Schraubenwendel aufgewickelt ist;Fig.1 is a perspective view of one of the Method according to the invention used domes on which the filament helix is wound is;

F i g. 2 einen Längsschnitt einer vergüteten Schraubenwendel auf einem Dorn, die gemäß einer Durchführungsform des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt worden ist, undF i g. 2 shows a longitudinal section of a tempered helical coil on a mandrel, which according to one embodiment of the method according to the invention has been produced, and

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt einer vergüteten Schraubenwendel, die gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung hergestellt worden ist.3 shows a partial longitudinal section of a tempered helical coil which, according to a further exemplary embodiment of the method according to the invention.

Es wird nun auf F i g. 1 Bezug genommen. Ein Dorn 10 weist einen inneren Kern 12 auf, der mit einer dünnen 2; Schicht eines geeigneten Materials 14 überzogen ist. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung besteht der Kern 12 aus Stahl, und das Material des Überzugs 14 ist Kupfer. Die Auswahl von Kupfer in Verbindung mit Wolframdraht hat den Vorteil, daß Kupfer das Wolfram leicht benetzt, jedoch keine wahrnehmbare Löslichkeit in Wolfram zeigt. Wie weiter unten noch beschrieben wird, können auch Kupferiegierungen verwendet werden. Für den Fall, daß für den inneren Kern Stahl verwendet wird und ^s Kupfer oder eine Kupferlegierung das Überzugsmaterial bildet, kann das letztere auf den inneren Kern galvanisch aufgetragen oder aufplattiert oder aufgelegt werden.It is now shown on FIG. 1 referred to. A mandrel 10 has an inner core 12 with a thin 2; Layer of a suitable material 14 is coated. According to a preferred embodiment of the In the method of the invention, the core 12 is made of steel and the material of the cladding 14 is copper. the Choosing copper in connection with tungsten wire has the advantage that copper easily wets the tungsten, however, does not show any discernible solubility in tungsten. As will be described below, can copper alloys can also be used. In the event that steel is used for the inner core and ^ s Copper or a copper alloy forms the coating material, the latter can be applied to the inner core electroplated or plated or laid on.

Eine Schraubenwendel 16 aus Glühfadendraht wird auf die äußere Schicht oder Lage 14 aufgewickelt, so daß sie keine unmittelbare Berührung mit dem Kern 12 des Domes hat. Der Draht besteht aus Wolfram, und die Schraubenwendel kann mit irgendeiner geeigneten Zahl von Windungen je Längeneinheit aufgewickelt werden.A helix 16 of filament wire is wound onto the outer layer or ply 14, see above that it has no direct contact with the core 12 of the dome. The wire is made of tungsten, and the Helix can be wound with any suitable number of turns per unit length.

Es soll nun das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens mit dem in Fig. 1 gezeigten Dorn betrachtet werden. Das Kupfer oder eine Kupferlegierung wird als Überzug auf einen Stahldrahtkern aufgebracht, der anfänglich ein Draht mit relativ großem Durchmesser ist. Zum Beispiel beträgt der Durchmesser des Drahtes etwa 2,54 mm und die Dicke des Überzugs 0,076 mm. Der überzogene Stahldraht wird dann auf ein feines Drahtmaß gezogen, z. B. auf einen Durchmesser von etwa 0,254 mm, wobei die Überzugsschicht eine Dicke von etwa 0,0076 mm aufweist. Hierbei wird das Kupfer oder die Kupferlegierung durch Bearbeitung gehärtet, so daß es während der Wicklung der Schraubenwendel auf den Dorn einer Verformung widersteht. Die Dicke des benötigten Überzugs hängt in großem Ausmaß von dem Dorndurchmesser ab.Let us now consider the preferred embodiment of the manufacturing method with that shown in FIG Be considered thorn. The copper or a copper alloy is used as a coating on a steel wire core applied, which is initially a relatively large diameter wire. For example that is Diameter of the wire about 2.54 mm and the thickness of the coating 0.076 mm. The coated steel wire is then drawn to a fine wire gauge, e.g. B. to a diameter of about 0.254 mm, the Coating layer has a thickness of about 0.0076 mm. Here is the copper or the copper alloy hardened by machining, so that it is during the winding of the helix on the mandrel a Resists deformation. The thickness of the coating required depends to a large extent on the mandrel diameter away.

Um die Glühwendel gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung herzustellen, wird eine Schraubenwendel aus Wolframdraht mit der erwünschten Zahl von Windungen pro Längeneinheit auf den Dom aufgewickelt. Die Wolfram-Schraubenwendel auf dem Dorn wird dann bei einer Temperatur von rund 1100° C vergütet, indem man sie durch einen röhrenförmigen Ofen hindurchleitet, welcher eine nichtoxydierende Atmosphäre aus Wasserstoff oder Stickstoff enthält. Der Dorn und die Schraubenwendel werden anschließend auf Raumtemperaturabgekühlt. To the filament according to the preferred embodiment of the method according to the invention produce a helix made of tungsten wire with the desired number of turns per Unit of length wound onto the dome. The tungsten helical coil on the mandrel is then attached at a temperature of around 1100 ° C by passes them through a tubular furnace which has a non-oxidizing atmosphere of hydrogen or contains nitrogen. The mandrel and helix are then cooled to room temperature.

Nach dem Vergüten und Abkühlen werden die Schraubenwendel und der Dorn auf erwünschte Längen abgeschnitten. Die einzelnen abgeschnittenen Dorne werden anschließend von den Schraubenwendeln abgelöst bzw. aufgelöst. Für den letztgenannten Zweck werden die einzelnen Schraubenwendeln und Dorne in einen Behälter gelegt, der teilweise mit Wasser gefüllt ist, welches sich auf Raumtemperatur befindet. Hierauf wird dem Wasser konzentrierte Salpetersäure hinzugefügt, um eine Säurekunzeniration von 25% bis 35% zu erreichen, oder die Säure wird vorzugsweise auf die erwünschte Konzentration gemischt beziehungsweise gebracht, bevor die Schraubenwendel in den Behälter eingelegt werden. Der gesamte Dorn wird in dieser Lösung schnell aufgelöst, wobei die Schraubenwendel übrigbleibt. Die Wolfram-Schraubenwendel sind als Glühwendel gebrauchsfertig, nachdem man sie aus dem Säurebad herausgenommen und gewaschen oder gespült hat.After quenching and tempering and cooling, the helix and the mandrel are cut to the desired lengths cut off. The individual cut mandrels are then removed from the helical screws replaced or dissolved. For the latter purpose, the individual helical screws and mandrels are in placed a container that is partially filled with water that is at room temperature. On that concentrated nitric acid is added to the water to achieve an acid concentration of 25% to 35% or the acid is preferably mixed respectively to the desired concentration brought before the helix are inserted into the container. The entire thorn is in this Solution quickly dissolved, leaving the helix. The tungsten helicals are as Incandescent filament ready for use after taking it out of the acid bath and washing it or has rinsed.

Das Verfahren gemäß der Erfindung weist zahlreiche Vorteile zufolge des kupferüberzogenen Doms auf. Kupfer besitzt einen Schmelzpunkt innerhalb des Temperaturbereichs, der zum »Erhärten« oder Spannungsfreimachen der Wolfram-Schraubenwendel durch Vergüten benötigt wird. Eine visuelle Überprüfung der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten, vergüteten Schraubenwendeln zeigte, daß das Kupfer während des Vergütungsprozesses geschmolzen war (der Schmelzpunkt von Kupfer beträgt 1083⁰C) und daß eine kräftige Verbindung zwischen der Schraubenwendel und der Kupferschicht des Domes beim Abkühlen ausgebildet worden ist. Dies ist in F i g. 2 gezeigt, in der Verbindungspunkte 18 der Schraubenwendel an dem vorher geschmolzenen Überzugsmaterial 14 dargestellt sind. Die Bindung oder Haftung hat sich als stärker herausgestellt, als man sie normalerweise mit einer Schraubenwendel erreicht, die auf einen Stahldorn aufgewickelt wird, der keinen Kupferüberzug aufweist. Der Grund hierfür besteht darin, daß das geschmolzene Kupfer teilweise rund um den Wolframdraht fließt und eine größere Bindungszone zwischen dem Wolframdraht und dem mit Kupfer überzogenen Dorn bildet. Die kräftige Verbindung, die beim Schmelzen und Wiederverfestigen des Kupfers zwischen der Glühfaden-Wendel und dem Kupfer ausgebildet wird, unterstützt die Beibehaltung der Schraubernveridci-Gcornctnc, wenn die vergütete kontinuierliche Schraubenwendel in erwünschte Längen von einzelnen Glühfaden aufgetrennt wird.The method according to the invention has numerous advantages due to the copper-clad mandrel. Copper has a melting point within the temperature range that is required to "harden" or relieve the tension of the tungsten helical filament through quenching and tempering. Was a visual inspection of, tempered helical coils made by the method of the invention showed that the copper was melted during the annealing process (the melting point of copper is 1083 ⁰ C), and that a strong connection between the helical coil and the copper layer of the dome formed upon cooling is. This is in FIG. 2, in which connection points 18 of the helix on the previously melted coating material 14 are shown. The bond or adhesion has been found to be stronger than what is normally achieved with a helix wound on a steel mandrel that has no copper coating. This is because the molten copper partially flows around the tungsten wire and forms a larger bond zone between the tungsten wire and the copper-clad mandrel. The strong bond that is formed between the filament coil and copper as the copper melts and resolidifies assists in the maintenance of screwdrivers when the tempered continuous helix is severed into desired lengths of individual filaments.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Oberflächenspannung des Kupfers so groß ist, daß das geschmolzene Kupfer während des Vergütens des Glühfadens nicht abtropft und in Form einer Schicht auf dem Stahlkern verbleibt Es sei bemerkt daß der letztere niemals in Berührung mit der Wolfram-Schraubenwendel kommt Dies ist auch in F i g. 2 dargestellt. Die Bindung wird durch die Wiedererstarrung des geschmolzenen Kupferüberzugs 14 teilweise rund um die Wolfram-Schraubenwendel 16 an Punkten 18 ausgebildet, wobei eine Schicht aus Kupfer 14 auf dem inneren Stahlkern 12 erhalten bleibt Es hat sich herausgestellt, daß ein Kupferüberzug mit einer DickeAnother advantage results from the fact that the surface tension of the copper is so great that the Molten copper does not drip off during the annealing of the filament and forms a layer on it It should be noted that the latter is never in contact with the tungsten helix This is also shown in FIG. 2 shown. The bond is made through the re-solidification of the molten copper coating 14 partially around the tungsten helix 16 at points 18 formed, with a layer of copper 14 being retained on the inner steel core 12 found that a copper plating with a thickness

von 0,005 mm ausreicht, um eine Diffusion von irgendwelchen merklichen Mengen an Eisen aus dem Stahlkern oder anderen Verunreinigungen in die Wolfram-Glühfaden-Schraubenwendel während der Vergütungszeiten zu verhindern, die bei einer Tempera- -> tür von 1100⁰C etwa 10 s betragen.of 0.005 mm is sufficient to prevent diffusion of any appreciable amounts of iron from the steel core or other impurities in the tungsten filament helical coil to prevent during annealing times at a temperature - be> door of 1100 ⁰ C for about 10 s.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf reines Kupfer als Überzugsmaterial und auf eine spezielle Stahlart für den inneren Kern beschränkt. Kupferlegierungen können ebenso für das Überzugsmaterial κι verwendet werden. Zum Beispiel kann man mit Legierungen auf Kupferbasis, mit denen der Stahldorn überzogen wird, die gleichen oben beschriebenen Ergebnisse erreichen. Durch die Beigabe von 1 % bis 5% Silber oder Indium zum Kupfer wird der Schmelzpunkt r> von rcincrn Kupfer herabgesetzt. Da Legierungen mit solchen Zusammensetzungen einen Flüssig-Fest-Bereich zeigen, der sich über einen weiten Temperaturbereich erstreckt, verbleiben die Legierungen in einem Temperaturbereich teilweise geschmolzen, der niedriger als der Schmelzpunkt des reinen Kupfers liegt. Dies führt zu zwei Vorteilen gegenüber reinem Kupfer. Zunächst kommt es auf die Steuerung der Vergütungstemperatur der Wolfram-Schraubenwendel weniger an. Zweitens verbessert die Möglichkeit zum Herstellen r> einer Bindung zwischen der Schraubenwendel und dem Dorn bei niedrigeren Temperaturen die Verformbarkeit des Wolframs, da die Verformbarkeit oder Ziehfähigkeit von stark gezogenem Wolframdraht mit Erhöhung der Vergütungstemperatur abnimmt. Das Vorhandensein j» dieser Legierungselemente, beispielsweise Indium oder Silber, hat keinen schädlichen Einfluß auf die Wolfram-Schraubenwendel, da diese Elemente sich nicht in Wolfram lösen.The present invention is not directed to pure copper as a cladding material and to a specific one Steel type limited for the inner core. Copper alloys can also be used for the coating material be used. For example one can use copper based alloys with which the steel mandrel is coated to achieve the same results described above. By adding 1% to 5% Silver or indium to copper, the melting point of copper is lowered. Because alloys with such compositions exhibit a liquid-solid range which extends over a wide temperature range extends, the alloys remain partially molten in a temperature range that is lower than the melting point of pure copper. This leads to two advantages over pure copper. Initially, the control of the tempering temperature of the tungsten helix is less important. Second, it improves the ability to create a bond between the helix and the Mandrel at lower temperatures the deformability of the tungsten, since the deformability or drawability of strongly drawn tungsten wire decreases as the tempering temperature increases. The presence of j » these alloying elements, for example indium or silver, have no harmful influence on the tungsten helix, since these elements do not dissolve in tungsten.

Glühfäden-Schraubenwendel, die in der oben beschriebenen Art und Weise auf mit Kupfer oder Kupferlegierungen überzogenen Dornen behandelt wurden, sind im wesentlichen völlig frei von Splittern oder dergleichen und weisen eine merklich verbesserte Verformbarkeit bzw. Ziehfähigkeit auf. Die Erhöhung der Verformbarkeit bzw. Ziehfähigkeit ist am ausgeprägtesten bei Schraubenwendeln, die völlig rekristallisiert sind, d. h. bei Temperaturen über 2000° C vergütet oder befeuert wurden. Rekristallisierte Schraubenwendel, die auf mit Kupfer überzogenen Stahldornen behandelt wurden, können bei Raumtemperatur auf eine Länge gestreckt oder gedehnt werden, die mehrfach größer ist als bei Schraubenwendeln, die man in ähnlicher Weise auf blanken Stahldornen behandelt hat, bevor ein Bruch oder Riß auftritt. Dies wirkt sich nicht nur günstig auf die Schrumpfung aus, sondern reduziert auch den Abfall oder Ausschuß bei der Schraubcnwcndel-Befestigung während der Herstellung und erhöht auch die Stoßfestigkeit der Glühfäden im kalten Zustand, wenn diese in Lampen befestigt sind.Filament helix formed in the manner described above with copper or Copper alloy coated mandrels are essentially completely free of splinters or the like and have a markedly improved deformability or drawability. The increase the deformability or drawability is most pronounced in the case of helical coils, which have completely recrystallized are, d. H. have been remunerated or fired at temperatures above 2000 ° C. Recrystallized helix, that have been treated on steel mandrels coated with copper can be applied to a Length that is several times greater than that of helical coils that can be used in similarly treated on bare steel mandrels before a break or crack occurs. This doesn't affect it only has a beneficial effect on the shrinkage, but also reduces the waste or rejects in screw thread fastening during manufacture and also increases the impact resistance of the filaments in the cold State when these are attached to lamps.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Glühwendeln im wesentlichen die gleichen Mengen an Verunreinigungen nach dem Vergüten haben, wie sie bereits in dem Glühfadenmaterial vor dem Vergüten vorhanden waren. Dies dürfte auf die Tatsache zurückzuführen sein, daß das Überzugsmaterial auf dem Dorn als eine Barriere gegen eine Diffusion des Dorn-Kemmaterials in den Glühfaden hinein wirkt Wolfram-Glühwendeln, die gemäß bekannten Techniken auf einem Stahldorn hergestellt werden, weisen eine Erhöhung der Eisenkonzentration bis zu 50 bis 100 ppm (nach Gewicht), verglichen mit 10 ppm oder weniger an Eisen in dem Draht auf, bevor das Vergüten erfolgte. Eine Wolfram-Glühwendel, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist, enthält im wesentlichen die gleiche Eisenmenge und die gleiche Menge anderer Verunreinigungen nach dem Vergüten wie sie bereits vor dem Vergüten vorhanden waren. Im allgemeinen beträgt die Eisenkonzentration normalerweise weniger als 15 ppm.It has also been found that incandescent filaments produced by the method according to the invention have essentially the same levels of post-annealing impurities as they do were already present in the filament material before tempering. This is likely due to the fact be due to the fact that the coating material on the mandrel as a barrier against diffusion of the Mandrel core material into the filament acts tungsten filaments according to known techniques produced on a steel mandrel show an increase in iron concentration of up to 50 to 100 ppm (by weight) compared to 10 ppm or less of iron in the wire before tempering. A tungsten filament produced by the method according to the invention contains im essentially the same amount of iron and the same amount of other impurities after quenching and tempering as they already existed before the tempering. In general, the iron concentration is usually less than 15 ppm.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung. Hier wird der Dorn 12, der beispielsweise aus Stahl besteht, nicht überzogen. Der Dorn 12 ist durch irgendein geeignetes Verfahren auf den gewünschten Durchmesser gebracht. Der Draht 16, der beispielsweise aus Wolfram besteht, ist mit einem Schutzüberzug 21 versehen, der beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, wie dies bereits oben beschrieben wurde. Um den überzogenen Draht herzustellen, wird zunächst der Draht 16 selbst auf den gewünschten Durchmesser gebracht, z. B. durch einen Ziehvorgang. Anschließend wird der Überzug 21 in der erwünschten Dicke aufgebracht. Ein geeignetes Verfahren zum Aufbringen des Überzugs ist das Galvanisieren. Es können aber auch andere übliche Verfahren angewendet werden.Fig. 3 shows a further embodiment of the method according to the invention. Here the mandrel becomes 12, made of steel, for example, is not coated. The mandrel 12 is by any suitable method brought to the desired diameter. The wire 16, which is made of tungsten, for example, is with a Provided protective coating 21, which consists for example of copper or a copper alloy, such as this has already been described above. In order to produce the coated wire, the wire 16 itself is first made brought to the desired diameter, e.g. B. by a drawing process. Then the coating 21 applied in the desired thickness. A suitable method of applying the coating is that Electroplate. However, other conventional methods can also be used.

Die Herstellung der Glühwendeln unter Verwendung des überzogenen Drahts und des nicht überzogenen Dorns gemäß F i g. 3 wird in der gleichen Art und Weise ausgeführt, wie dies oben beschrieben wurde, nachdem der überzogene Draht auf den Dorn aufgewickelt worden ist. F i g. 3 zeigt den Draht auf dem Dorn zu einem Zeitpunkt, nachdem der Vergütungsvorgang ausgeführt worden ist. Wie zu ersehen ist, ist ein Teil des Überzugsmaterials 21 während des Vergütens von dem Draht weggeschmolzen, wobei sich hohlkehlenförmige Zonen 22 ausgebildet haben. Ein Teil des Überzugsmaterials 21 verbleibt jedoch zwischen dem Dorn 12 und dem Draht 16, wodurch verhindert wird, daß Verunreinigungen in den Draht eintreten. Der Dorn und Überzug werden aufgelöst, und die Behandlung der Glühwendel wird in der oben beschriebenen Art und Weise abgeschlossen.The manufacture of the filaments using the coated wire and the uncoated wire Dorns according to FIG. 3 is carried out in the same manner as described above after after the coated wire has been wound onto the mandrel. F i g. 3 shows the wire on the mandrel too a point in time after the payment process has been carried out. As can be seen, is part of the Coating material 21 melted away from the wire during the hardening and tempering process, with fillet-shaped Zones 22 have formed. However, some of the coating material 21 remains between the mandrel 12 and 12 the wire 16, thereby preventing contaminants from entering the wire. The thorn and Coating are dissolved, and the treatment of the filament is in the manner and described above Way completed.

Das Verfahren gemäß der Erfindung findet auch Anwendung bei der Herstellung von schraubenlinienförmig gewickelten Glühwendeln. In diesem Fall wird der Molybdän-Dorn oder der Draht überzogen. Die zum Auflösen des Domes verwendeten Säuren werden entsprechend ausgewählt.The method according to the invention also finds application in the manufacture of helical shapes wound filaments. In this case the molybdenum mandrel or wire is coated. the Acids used to dissolve the dome are selected accordingly.

Wolfram-Glühwendeln, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, behalten auch die hohe Zugfestigkeit eines nicht verunreinigten, nicht rekristallisierien, stark gezogenen Wolfrarndrahtes. Im Gegensatz hierzu werden Wolframglühwendeln, welche auf nicht überzogenen Stahldornen hergestellt werden, brüchig, spröde und schwach, wobei der Grad oder das Ausmaß der Sprödigkeit und Schwächung eine Funktion der Eisenmenge ist, welche während des Vergütens in die Wolfram-Draht-Schraubenwendel eindiifundiert Als typisches Beispiel weisen Wolframglühwendeln, die für eine 60-Watt-Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine gleichförmig hohe Zerreiß-Zugkraft im Bereich von 406 bis 418 g auf. Wolframglühwendeln, die auf einem nicht überzogenen Stahldorn behandelt werden, zeigen dagegen Zerreißkräfte über einen weiten Bereich bis herunter zu 31 g auf.Tungsten filaments made by the method of the invention also retain the high tensile strength of an uncontaminated, non-recrystallized, strongly drawn tungsten wire. in the In contrast to this, tungsten filaments, which are produced on uncoated steel mandrels, brittle, brittle and weak, the degree or extent of brittleness and weakening being a function is the amount of iron which diffuses into the tungsten wire helix during tempering As a typical example, tungsten filaments for a 60 watt lamp according to the present invention Invention, a uniformly high tensile strength at break in the range of 406 to 418 g. In contrast, tungsten filaments that are treated on an uncoated steel mandrel show tearing forces over a wide range down to 31 g.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

1 Patentansprüche:1 claims: 1. Verfahren zur Herstellung einer Glühwendel für elektrische Lampen, bei dem ein Draht aus Wolfram auf einen metallischen Dorn aufgewickelt wird, dann bei erhöhter Temperatur, die jedoch unter der Schmelztemperatur des Dorns liegt, eine Vergütung der Wendel erfolgt und schließlich der metallische Dorn entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Wicklung der Wendet der Wolframdraht oder der metallische Dorn mit einem Überzug versehen wird, dessen Schmelztemperatur unter der des Domes liegt und der aus einem Material besteht, das ein Diffundieren von Verunreinigungen aus dem Dorn in den Wolframdraht verhindert1. Process for the production of a filament for electric lamps, in which a wire made of tungsten is wound on a metallic mandrel, then at an elevated temperature, but below that Melting temperature of the mandrel is, the filament is remunerated and finally the metallic one Mandrel is removed, characterized that before winding the turns of the tungsten wire or the metallic mandrel with a coating is provided, the melting temperature of which is below that of the dome and which consists of a material, which prevents impurities from diffusing from the mandrel into the tungsten wire 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dorn aus Eisen besteht, dadurch gekennzeichnet, 4aß der Wolframdraht oder der Eisendorn mit einem Überzug aus Kupfer oder einer Kupferlegierung versehen wird.2. The method according to claim 1, wherein the mandrel is made of iron, characterized in that the 4ass Tungsten wire or the iron mandrel with a coating of copper or a copper alloy is provided. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergütungsschritt bei einer Temperatur nahe der Schmelztemperatur des Überzugsmaterials ausgeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the remuneration step at a Temperature close to the melting temperature of the coating material is carried out. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergütungsschritt bei einer Temperatur ausgeführt wird, bei der das Überzugsmaterial schmilzt und eine Verbindung zwischen dem Glühfadendraht und dem Überzugsmaterial ausgebildet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the compensation step is carried out at a temperature at which the coating material melts and a bond is formed between the filament wire and the coating material. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfadendraht vordem Aufwickeln auf den Dorn gezogen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the filament wire is pulled onto the mandrel prior to winding.