EP1331435A1 - Gasglühkörper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Das an einem Keramiksockel gehaltene Oxidgerüst eines thoriumfreien Gasglühkörpers auf der Basis von Yttriumoxid enthält neben Ceroxid als weiteren Bestandteil Berylliumoxid. Zur Herstellung des Oxidgerüstes wird ein Kunstseidengewebe mit einem Salzgemisch aus >97,5 Gew.-% Yttriumnitrat und <1,5 Gew.-% Cernitrat sowie <1,0 Gew.-% Berylliumnitrat beschichtet, das nach Umwandlung in die Hydroxidform in einem Brennprozeß in die Oxidform überführt wird. Das gleichmäßig geformte, mechanisch stabile Oxidgerüst weist bei gleichbleibender Lichtleistung eine lange Lebensdauer auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasglühkörper zur Gasbeleuchtung, bestehend aus einem an einem Sockel gehaltenen mineralischen Gerüst auf der Basis von Yttriumoxid, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Gasglühkörper der oben genannten Art, auch als gebrannte Gasglühkörper bezeichnet, werden vorwiegend zur Straßenbeleuchtung, in Warnleuchten, insbesondere auf Gewässern und an Bahnsignalleuchten, oder in tragbaren Leuchten, zum Beispiel im Campingbereich, eingesetzt. Das maschenartig ausgebildete Oxidgerüst des Gasglühkörpers sendet bei Erhitzung durch eine Gasflamme infolge von Thermolumineszenz-Emission ein gleißendes helles Licht (Auerlicht) aus. Außer Erdgas werden insbesondere in ortsveränderlichen Anlagen auch andere Gase, beispielsweise Propangas, verwendet. Das Oxidgerüst besteht zumeist aus einem überwiegenden Anteil an radioaktivem Thoriumoxid. Thoriumhaltige Gasglühkörper stellen jedoch wegen der Radioaktivität des Thoriums, insbesondere bei unsachgemäßem Gebrauch, aber auch während des Herstellungsprozesses, eine nicht zu unterschätzende Gefährdung dar. Es hat daher nicht an intensiven Bemühungen gefehlt, den Thoriumgehalt in dem Glühkörpergerüst zu senken oder das Thorium sogar vollständig durch andere, nicht radioaktive Stoffe zu ersetzen.

Durch das teilweise Ersetzen des Thoriumoxids, beispielsweise gemäß EP 0 101 086, US 4 883 619 oder US 5 240 407, werden die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren nicht verhindert. Andererseits weisen die in der EP 0 082 062 und in der FR 2 551 178 offenbarten thoriumfreien Gasglühkörper, die unter Verwendung von Zirkonoxiden bzw. Yttrium- und Ceroxiden hergestellt sind, eine geringe, mit zunehmender Einsatzdauer nachlassende Lichtleistung auf.

Aus der DE 197 15 413 ist schließlich ein Gasglühkörper aus einem an einem Keramiksockel gehaltenen Oxidgerüst bekannt, das zu mindestens 98 Gew.-% aus Yttriumoxid besteht und 0,8 bis 1,6 Gew.-% Ceroxid, 0,008 bis 0,2 Gew.-% Aluminiumoxid sowie 0 bis 0,2 Gew.-% Magnesiumoxid enthält. Dieser thoriumfreie Glasglühkörper zeichnet sich durch eine ausreichend hohe und vor allem über einen langen Zeitraum beständige Lichtleistung aus. Das Oxidgerüst ist im Bereich des Keramiksockels mit Magnesiumoxid stabilisiert, um zumindest in diesem Teil des Gasglühkörpers die Festigkeitseigenschaften zu verbessern. Dennoch bleibt das Oxidgerüst mechanisch hochempfindlich, so dass die Lebensdauer aufgrund von Erschütterungen, zum Beispiel durch den Fahrzeugverkehr bei Straßenleuchten oder durch die ständige Bewegung von auf Gewässern angeordneten Warneinrichtungen, eingeschränkt wird. Bei der Ausbildung und Ausformung des Oxidgerüstes während des Brennvorgangs im Laufe des Herstellungsverfahrens kann sich ein unzureichendes Schrumpfverhalten einstellen, das zu Rissen und Fehlstellen und einer unregelmäßigen Form des Oxidgerüstes führt und die Lebensdauer und Lichtleistung des Gasglühkörpers verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasglühkörper der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung so auszubilden, dass die Fertigerzeugnisse ein gleichmäßig geformtes, homogenes und in sich stabiles Oxidgerüst aufweisen, um während des Betriebes als Leuchtmittel auch bei mechanischer Belastung durch Erschütterungen eine lange Lebensdauer bei im Wesentlichen gleichbleibender Lichtleistung zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Gasglühkörper gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 4 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 sowie 5 bis 7.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass das aus einem Oxidgemisch gebildete maschenartige Gerüst des Gasglühkörpers neben Yttriumoxid und Ceroxid als weiteren Bestandteil Berylliumoxid enthält. Das anstelle des üblicherweise vorgesehenen Aluminiumoxids verwendete Berylliumoxid sorgt für eine homogene, stabile Struktur des Oxidgemisches. Der Glühkörper wird während des Brennvorgangs gleichmäßig und ohne innere Spannungen ausgeformt. Das heißt, während der Ausformung des Gasglühkörpers im Brennprozess treten Formabweichungen, Risse und Fehlstellen in deutlich geringerem Umfang auf, und andererseits wird auch die mechanische Festigkeit deutlich erhöht, so dass eine verbesserte Stabilität gegenüber Erschütterungen, zum Beispiel aufgrund der ständigen Bewegung von Warnleuchten in Gewässern, besteht. Somit kann durch die Verwendung von Berylliumoxid in Verbindung mit Yttrium- und Ceroxid ein nicht radioaktiv strahlender Gasglühkörper mit gleichmäßiger Form und Maschenweite zur Verfügung gestellt werden, der auch bei mechanischer Belastung über einen langen Zeitraum eine gleichbleibende Lichtleistung gewährleistet.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante besteht das Oxidgerüst zu mindestens 97.6% aus Yttriumoxid sowie zu maximal 1,8% aus Ceroxid und zu maximal 0,6% aus Berylliumoxid.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Oxidgerüst im Bereich des Keramiksockels durch ein Gemisch aus einem Aluminiumsalz und einem Magnesiumsalz verstärkt, so dass die Stabilität gegenüber Vibrationen weiter verbessert wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung des Oxidgerüstes ein Kunstseidengewebe bestimmter Maschenweite mit einer wässrigen Lösung mit mindestens 97.5 Gew.-% Yttriumnitrat sowie maximal 1,5 Gew.-% Cernitrat und maximal 1,0 Gew.-% Berylliumnitrat imprägniert.

Eine bevorzugt verwendete Imprägnierlösung enthält 98,6 Gew.-% Yttriumnitrat, 0,8 Gew.-% Cernitrat und 0,6 Gew.-% Berylliumnitrat.

Zur zusätzlichen Versteifung des Gasglühkörpers wird das Kunstseidengewebe ausschließlich im Bereich des Sockels mit einer Salzlösung imprägniert, die vorzugsweise weniger als 35 Gew.-% Magnesiumnitrat und weniger als 15 Gew.-% Aluminiumnitrat enthält.

Anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels zur Herstellung von Gasglühkörpern wird die Erfindung näher erläutert.

Ein schlauchartig ausgebildetes Kunstseidengewebe, das mit 120 bzw. 180 Nadeln in einer vorgegebenen Maschenweite gestrickt wurde, wird in eine wässrige Imprägnierlösung, die 98,8 Gew.-% Yttriumnitrat (Y(NO₃)₄), 0,8 Gew.-% Cernitrat (Ce(NO₃)₄) sowie 0,6 Gew.-% Berylliumnitrat (Be(NO₃)₂) enthält, getaucht. Anschließend wird der Kunstseidengewebeschlauch zentrifugiert und getrocknet. Die Gewebefasern sind nun mit einem Gemisch aus den oben genannten Salzen imprägniert. In einer nachfolgenden Behandlung mit Ammoniaklösung werden die drei Nitratsalze in die jeweiligen Hydroxide überführt. Das derart behandelte Kunstseidengewebe wird nun in entsprechend der Größe des Gasglühkörpers bemessene Teilstücke geschnitten, die einzeln vorgeformt und jeweils an einem Keramiksockel befestigt werden. Im Bereich des Keramiksockels wird auf das Kunstseidengewebe zusätzlich eine Salzlösung, die aus 30 Gew.-% Magnesiumnitrat (Mg(NO₃)₂) und aus 10 Gew.-% Aluminiumnitrat (Al(NO₃)₃) besteht, aufgetragen. Bei dem anschließenden Brennvorgang wird in einem ersten Schritt zunächst das Kunstseidengestrick verbrannt (Veraschung), wobei die Hydroxide in Oxide umgewandelt werden und im Leuchtbereich des Gasglühkörpers ein Salzgerüst aus Yttriumoxid, Ceroxid und Berylliumoxid zurückbleibt, das im Keramiksockelbereich noch durch das dort zusätzlich aufgebrachte Magnesium- und Aluminiumsalz verstärkt wird. In dem darauf folgenden zweiten Brennschritt wird das über den Keramiksockel hinausragende Oxidgerüst gedehnt und dabei in Form gebracht.

Mit der oben angegebenen Zusammensetzung des Salzgemisches aus Yttriumoxid und Ceroxid in Verbindung mit dem hier erfindungsgemäß verwendeten Berylliumoxid, das sich aufgrund der geringen Größe des Berylliumions gut in die Kristallstruktur einpasst, wird bereits im Verlauf des Brennprozesses bei gutem Schrumpfverhalten ein stabiles, gleichmäßig geformtes Oxidgerüst mit verminderter Neigung zur Ausbildung von Fehlstellen und Rissen und gleichmäßiger Maschenweite erzeugt, so dass die Ausschussquote gegenüber den bekannten Gasglühkörpern deutlich verringert ist. Die Lichtleistung, zu der auch die gleichmäßige Form und Maschenweite des Oxidgerüstes beiträgt, entspricht im Wesentlichen der der bekannten thoriumfreien Gasglühkörper auf Yttriumbasis. Die Beschränkung der Lichtleistung durch die Maschendichte fällt hier weniger als bei anderen Gasglühkörpern ins Gewicht. Das in dem vorliegenden prozentualen Anteil gut und spannungsfrei in die Kristallstruktur integrierte Beryllium sorgt vor allem auch für eine hohe Stabilität des Gasglühkörpers, so dass auch in der praktischen Anwendung bei einer mechanischen Belastung aufgrund von Erschütterungen eine lange Brenndauer mit gleichbleibender Lichtleistung erzielt werden kann. Zur Verbesserung der Stabilität des Salzgerüstes im Bereich seiner Anbindung an den Keramiksockel trägt darüber hinaus das in diesem begrenzten Bereich aus Magnesium- und Aluminiumnitrat gebildete zusätzliche Salzgerüst bei.

Claims (7)

1. Gasglühkörper zur Gasbeleuchtung, bestehend aus einem an einem Keramiksockel gehaltenen Oxidgerüst mit bestimmter Maschenweite, das durch ein Gemisch aus Yttriumoxid, Ceroxid und einem weiteren Oxid gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zur Stabilisierung während der Ausbildung des Oxidgerüstes im Herstellungsprozess und der Verwendung als Beleuchtungskörper als weiteren Bestandteil Berylliumoxid enthält.
2. Gasglühkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidgerüst zu mindestens 97,6 % aus Yttriumoxid und einem Rest von maximal 1,8% Ceroxid und maximal 0,6% Berylliumoxid besteht.
3. Gasglühkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidgerüst im Bereich seiner Befestigung an dem Keramiksockel durch ein Magnesium/Aluminiumsalzgemisch verstärkt ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Gasglühkörpers nach Anspruch 1, bei dem ein Kunstseidengewebe zunächst in einer Imprägnierlösung mit einem Nitratgemisch imprägniert und die Nitrate nach einem Trocknungsprozess unter Ammoniakzufuhr in die Hydroxidform überführt werden und derart behandelte, vorgeformte Gewebestücke nach Befestigung an einem Keramiksockel einem Brennprozess zur Erzeugung und weiteren Ausformung eines Oxidgerüstes unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierlösung mindestens 97,5 Gew.-% Yttriumnitrat und maximal 1,5 Gew.-% Cernitrat sowie maximal 1,0 Gew.-% Berylliumnitrat enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierlösung 98,6 Gew.-% Yttriumnitrat, 0,8 Gew.-% Cernitrat und 0,6 Gew.-% Berylliumnitrat enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf das am Keramiksockel angebrachte Kunstseidengewebestück vor dem Brennvorgang eine zusätzliche Salzlösung aus Magnesiumnitrat und Aluminiumnitrat aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzlösung weniger als 35 Gew.-% Magnesiumnitrat und weniger als 15 Gew.-% Aluminiumnitrat enthält.