Gloeilamp - De enorme stijging van het gebruik van electrische gloeilampen sinds de toepassing der zuinige metaaldraadlampen, heeft tallooze groote fabrieken in het leven geroepen, welke zich uitsluitend met dezen tak van industrie bezig houden.
а. Kooldraadlampen. Hoewel de toepassing der kooldraadlamp in hoofdzaak tot het verleden behoort, wordt ze toch nog steeds hier en daar aangetroffen, o.a. op plaatsen, die aan zeer sterke trilling zijn blootgesteld, en in verwarmingslampen. Voor de vervaardiging van de dunne kooldraden (0,1-0,3 m.M.) gaat men uit van natuurlijke of kunstmatige organische draden, die later verkoold worden. Gebruikt werden vroeger dunne bamboe-vezels, kokosdraden, piassave, fiber, ook katoen en zijde, doch meestal leverden deze materialen geen volmaakt homogenen draad op, welke daarom gauw doorbrandde, den ballon zwart aan deed slaan, en ten slotte oneconomisch in het gebruik was (3-3½ Watt per N.K.). Door invoering van kunstmatige draden van cellulose, gelatine, collodium en eenige andere organische stoffen, werd het energieverbruik tot 1½ Watt per N.K. teruggebracht. De vorming van den draad geschiedde of door het gieten en snijden van zeer dunne platen, welke daarna door messen in dunne reepjes werd gesneden, of door het uitspuiten van oplossingen door zeer fijne openingen, op een wijze in hoofdzaak overeenkomende met de vervaardiging van kunstzijde. De op de een of andere wijze gevormde draden worden nu eerst gedroogd, waardoor zij o.m. in sterkte winnen, en dan in grooten getale naast elkaar opgespannen op grafieten blokken, van den vorm, welken de draad later hebben moet.
Op deze steunblokken worden de draden dan in grafietkroezen verkoold (gecarboniseerd). Hierbij moet uit den aard der zaak zorgvuldig tegen oxydatie worden gewaakt, reden waarom het geheel in de kroes nog wordt ingebed in koolpoeder, zoo noodig nog gedrenkt in organische vloeistoffen. In plaats van deze carbonisatie gebruikt men nog beter een voorloopige verkoling bij 200-400° C. in een atmosfeer van dampen van hoogkokende koolwaterstoffen, gevolgd door een definitieve gloeiïng bij 2000° C. in electrische ovens, of door directe electrische weerstandsverhitting van den draad zelven, ook in een indifferente gas-atmosfeer. De zoo verkregen kooldraden zijn gelijkmatiger en dus economischer dan die, welke volgens de oude methode waren bereid. Van een juiste carbonisatie (geschikte duur en geschikte temperatuur) hangt zeer veel af. De draad wordt daarna op zijn weerstand gecontroleerd, op de juiste lengte gesneden, aan toevoerdraadjes verbonden, en in den glasballon gemonteerd, op overeenkomstige wijze als dit hieronder voor de metaaldraadlampen zal worden beschreven.
b. Metaaldraadlampen. Deze vormen de overwegende, veelal zelfs de uitsluitende bezigheid van de gloeilampenfabrieken. Het gebruikte metaal is tegenwoordig bijna uitsluitend wolframium (tungstenium), dat daarvoor door zijn physische eigenschappen bijzonderlijk aangewezen is. Vooral het hooge smeltpunt (ruim 3000° C.) is van groot belang, aangezien het bewezen is, dat de lichtuitstraling per eenheid toegevoerde electrische energie zeer sterk stijgt met de temperatuur. Hoe hooger temperatuur van den gloeidraad, des te voordeeliger gebruik. Naast het wolfraam komt op het oogenblik eigenlijk alleen nog het tantalium (smpt. 2900° C.) eenigszins in aanmerking. Vóór de algemeene toepassing van het wolfraam, speelde het tantalium een oogenblik een grootere rol. De oudste metaaldraadlamp was de Osmiumlamp (Auer von Welsbach 1898).
Daarvoor is nog gebruikt de gemetalliseerde kooldraadlamp. De groote moeilijkheid bij de vervaardiging van de wolfraamlampen is geweest het maken van een wolfraamdraad, die aan zeer geringe doorsnede toch een voldoende sterkte paarde. Terwijl toch de tantalium-draden direct getrokken konden worden uit een tantaal-staafje, en dus één samenhangend vast geheel vormden, was dit bij het wolfraam in den beginne onmogelijk, daar reeds het smelten van het wolfraam tot één vast geheel uitgesloten was. Men moest toen tot het „spuiten” zijn toevlucht nemen (zie onder), waardoor wel bruikbare draden ontstonden, maar welke in sterkte toch bij de getrokken tantaal-draden aanzienlijk ten achter stonden. Hoewel dus de tantaal-lampen (o. a. van Siemens & Halske A. G., Charlottenburg) in haar stroomverbruik bij de oude wolfraamlampen eenigszins achterstonden, werden ze toch wegens haar grootere bestendigheid tegen schokken en trillingen veelal geprefereerd. Eerst toen het gelukte, ook de wolfraam-draden te trekken, begon de groote zegetocht der wolfraam-lampen; daarmee was tevens voor de metaaldraadlamp, althans voorloopig, de zege over het gasgloeilicht bevochten. De oude methode voor de vervaardiging der wolfraamdraden was, gelijk gezegd, het spuiten. Bij deze wijze van werken werd het zeer fijne wolfraam-poeder, verkregen door reductie van het oxyde, gemengd met het een of andere organische bindmiddel, geperst door zeer fijne openingen, waardoor een draad van uiterst geringen samenhang ontstond.
Of ook, werd wolfraam-trioxyde (WO3) gemengd met een bindmiddel tot draden gespoten, en dan gereduceerd. Het meeste succes had nog een procédé, waarbij een pasta van colloïdaal wolfraam (b.v. verkregen door electrische verstuiving) zonder bindmiddel werd uitgespoten. De draad, op een van deze manieren verkregen, wordt dan in een indifferente gasatmosfeer tot gloeien gebracht, waardoor de afzonderlijke deeltjes aan elkaar sinteren, dus de electrische weerstand daalt, hoewel de doorsnede kleiner wordt, en de sterkte stijgt. Een andere werkwijze voor de vervaardiging der wolfraamdraden bestaat hierin, dat men kooldraden (zie boven) gloeit in een atmosfeer van gasvormig wolfraamoxychloride en waterstof. De koolstof wordt dan vervangen door wolfraam. Verreweg het meest in gebruik is tegenwoordig het trekken der wolfraamdraden.
Er zijn zeer groote moeilijkheden te overwinnen geweest, voor dit afdoende gelukt is. Vooral de General Electric Cy heeft zich in dezen zeer verdienstelijk gemaakt. De details van het procédé worden nog steeds zorgvuldig geheim gehouden. Men gaat uit van een zeer zuiver poeder van wolfraam, verkregen door reductie van wolfraamtrioxyde in waterstof bij 1000° C. De meeste verontreinigingen (o.a. reeds sporen koolstof) zijn oorzaak van groote brosheid. Dit poeder, niet te grof, maar ook niet al te fijn, wordt hydraulisch geperst ( ± 5000 K.G./cM.2) tot staafjes van ± 10 cM. lang en eenige mM. dik. Deze zeer brosse staafjes worden dan vaster gemaakt, door ze te gloeien, in waterstof bij even 1000° C. gedurende een uur. Ze zijn nu zoo stevig, dat ze zonder overmatige zorg gehanteerd kunnen worden. Het zijn echter nog steeds staafjes bestaande uit los aaneengepakte deeltjes wolfraam; de deeltjes zijn nog niet aaneengesmolten.
Ten einde dit te bereiken wordt het staafje door een sterken electrischen stroom (50-60 Ampère per mM.2 doorsnede) tot dicht bij het smeltpunt van wolfraam verhit. Dit geschiedt in een waterstofatmosfeer in speciaal daartoe geconstrueerde electrische ovens. De electrische weerstand van de staafjes wordt door deze bewerking zeer veel minder; de sterkte stijgt. Toch is het materiaal nog niet taai en homogeen genoeg, om er zonder meer draden van te kunnen trekken. Ze worden daarom eerst aan een hamer-proces onderworpen. De machines daarvoor bevatten een aantal radiaal geplaatste en wentelende hamertjes in een krans om het staafje, dat er onder door passeert. Niet in de kracht der slagen, maar in het groote aantal (eenige duizenden per minuut) zoekt men zijn kracht. De geheele bewerking wordt uitgevoerd op een hooge temperatuur en vele malen herhaald, natuurlijk steeds weer in een waterstofatmosfeer.
De diameter van den draad wordt hierdoor weer kleiner, en het materiaal krijgt nu een zoodanige taaiheid, dat het bij gewone temperatuur gebogen kan worden. Het is nu ook geschikt geworden, om het (in zeer vele etappes) te trekken bij roodgloeihitte, tot draden van 0,02 mM. en desnoods minder. Eer het op dezen geringen diameter is gebracht, moet het echter door ongeveer 100 trektoestellen gepasseerd zijn! Na dan nog, door zachte gloeiIng in waterstof, te zijn gereinigd, is de draad gereed opgespannen te worden. — Behalve zuiver wolfraam, worden ook enkele alliages van wolfraam met andere moeilijk-smeltbare metalen (o. a. thorium, nikkel) toegepast, evenwel zonder nog algemeene verbreiding te hebben gevonden. De nu eindelijk op de een of andere wijze verkregen draad wordt, na gekeurd te zijn, in stukken van de juiste lengte verdeeld, en kan op de steundraadjes worden gelegd van het glazen support, het binnenwerk van de lamp, dat van te voren is gemaakt. Voor dit laatste gaat men uit van kristal-glazen buizen en staafjes, welke, meestal geheel machinaal, zijn afgesneden, aangedikt, aan elkaar gesmolten, en van steun- en toevoerdraadjes zijn voorzien. De steundraadjes, in twee kransen, meestal stervormig geplaatst, bestaan uit nikkel (bovenkrans), molybdeen (onderkrans) of alliages hiervan met andere metalen. De toevoerdraden, die dwars door het glazen voetje loopen, en daarin volmaakt luchtdicht moeten zijn afgesloten, bovendien zonder te groote spanningen te veroorzaken, zijn daarom het best van platina gemaakt. Tegenwoordig is het evenwel gelukt, alliages van minder kostbare metalen te maken (o. a. „platinoïd”, all. van koper, nikkel, wolfraam en zink, en „partinium”, all. van magnesium, koper, tin, aluminium en wolfraam), welke aan deze eischen evengoed voldoen.
Indien nu nog de toevoerdraadjes aan den wolfraamdraad worden geweld, is het binnenwerk van de lamp gereed. Deze geheele toestel wordt dan geplaatst in den ballon, en deze voor de blaasvlam zoodanig ingesnoerd en uitgetrokken, dat zij met het voetje van het binnenwerk een geheel vormt. — De ballons bestaan meestal uit sterk loodhoudend kristal. Er zijn evenwel ook goedkoopere speciale glassoorten mogelijk. Van te voren is boven in den ballon een klein gaatje geblazen, en hieraan een dun buisje verbonden, dat dient voor het nu volgend bedrijf, n.l. het luchtledig-pompen. Werd de draad n.l. tot gloeien gebracht in een ruimte, welke lucht bevatte, dan zou zij in een klein oogenblik verbrand zijn. Voor het evacueeren (luchtledigmaken) wordt tegenwoordig (1918) vrij algemeen de roteerende kwikpomp van Gaede gebezigd. Dit geschiedt onder een verwarmden kap, ten einde ook de op de oppervlakte nog geabsorbeerde gassen en dampen te verwijderen. Indien een voldoende hoog vacuum bereikt is (eenige tienduizendsten van een mM. kwikdruk, gemeten met den Mac-Leod-manometer) wordt het aangesmolten zuigbuisje afgesmolten.
De lamp wordt dan eenigen tijd op proef gebrand, en ten slotte met gips gemonteerd in een messing fitting. Meestal wordt ook de naam van den fabrikant op den ballon geëtst, door zandstraalmachines. Of wel, de geheele ballon wordt gematteerd door etsen of door zandstraalmachines. Is zoo reeds de vervaardiging van een gewone metaaldraadlamp een omslachtig en kostbaar bedrijf, nog ingewikkelder wordt de zaak bij de halfwatt-lampen, waarbij nog de bereiding van de voor de vulling noodige stikstof of argon komt. Beide worden meestal bereid door het vloeibaar-maken van lucht (met het apparaat van Linde), gevolgd door een gefractionneerde destillatie van de vloeibare lucht. Daarnaast komt in vele gloeilampenfabrieken nog de eigen verwerking van het wolfraamerts tot het metaalpoeder, zoowel als de voortdurend noodige controle op de electrische en mechanische eigenschappen van de materialen en op de optische eigenschappen van de afgewerkte lampen, hetgeen een en ander deze fabrieken tot de meest kostbaar geoutilleerde werkplaatsen maakt.
