Procédé pour la production de filaments de lampes électriques. La présente invention se rapporte à un procédé pour la production de filaments de lampes électriques du type à enroulement hélicoïdal.
Les lampes électriques à incandescence peuvent être divisées en deux classes, une pre mière employant un filament rectiligne, c'est- à-dire non bobiné, et une seconde employant une source de lumière consistant en un fil fin enroulé en forme hélicoïdale. La présente in vention a trait à ce dernier type de filament, qui peut être employé soit dans des ampoules remplies de gaz, soit dans le vide.
Le bobinage d'un filament de lampe pour produire une source lumineuse est une opéra tion importante et exigeant de la précision et se fait dans la pratique suivant deux mé thodes. On citera d'abord la méthode d'en.- rouler un fil de filament sur un mandrin, de découper l'hélice contenant le mandrin en longueurs ou sections déterminées, d'immer ger ces sections dans un bain d'acide pour dissoudre le mandrin et de tremper ensuit, les bobines sans mandrin dans une solution de nettoyage. La seconde méthode consiste à enrouler le filament en forme hélicoïdale sans mandrin, auquel cas il suffit de le trem per finalement dans une solution de net toyage.
Lorsqu'on produit une source de lumière ou une section de filament pour l'emploi dans une lampe à wattage donné, il faut soigneu sement observer certaines conditions. Il faut que la longueur du fil choisi contenu clans la source lumineuse soit exacte, de sorte qu'on obtienne la résistance voulue pour une lampe d'un wattage donné. Il faut que la longueur de fil donnée soit incorporée dans une hélice d'un nombre de tours donnés, que la division ou le pas de l'hélice soit maintenu uniforme et que le diamètre extérieur de l'hélice soit constant.
Dans la pratique, on a réussi à remplir ces conditions soit par des machines à enrou ler un filament sur un mandrin, soit par la machine représentée clans le brevet suisse no 129417, clans laquelle un filament est en roulé en forme hélicoïdale en l'absence d'un mandrin et coupé automatiquement en sec tions, ces sections contenant toutes une Lon gueur de fil égale.
Bien que le fonctionnement de la ma chine susmentionnée à enrouler des filaments sans mandrin soit tel qu'il remplisse toutes les conditions au point de vue des dimensions, (le façon qu'on obtient le diamètre, le pas et la longueur de fil voulus dans une section de bobine avec une exactitude -suffisante au point de vue du fonctionnement, il ne s'en suit pas nécessairement que toutes les sec tions enroulées aient toutes la même longueur axiale utile, .avec l'exactitude nécessaire pour le montage mécanique du filament.
Lorsqu'on enroule des filaments sur un mandrin, les filaments peuvent être découpés à une longueur déterminée pendant qu'ils sont sur le mandrin, mais lorsqu'on les enlève du mandrin, on peut obtenir, du fait que la tension interne ou une autre force est sup primée, des filaments qui, tout en contenant des longueurs de fil égales, présentent quand même des différences dans leurs longueurs axiales utiles.
La présente invention a pour but de pro= luire un filament en forme hélicoïdale qui remplit toutes les exigences par rapport au diamètre, au pas et à la, longueur de fil conte nus dans une section enroulée et qui, en même temps, présente une longueur axiale utile uni forme. Le procédé employé à cet effet peut être complété par un traitement ultérieur pour stabiliser et nettoyer les filaments de lampe préalablement à leur incorporation clans une lampe, de façon qu'on obtient un produit supérieur sous tous les rapports.
L'avantage d'avoir des filaments de lon gueurs utiles uniformes réside principalement clans la possibilité de pouvoir les placer auto matiquement sur une tige de lampe.
Il est bien connu dans la fabrication des lampes électriques à incandescence que la lampe comporte plusieurs parties en verre telles que le tube proprement dit, ou réci pient devant être vidé d'air, un tube de sup port et une tige assemblés par fusion et avant une paire de fils ou conducteurs d'in troduction logés dans cet assemblage. Les fils d'introduction s'étendent vers le haut, c'est-à-dire vers l'extrémité libre de la tige qui porte un -ombre de fils de support pour le filament, qui sont enfoncés dans la tige et s'étendent radialement de celle-ci, alors que les extrémités libres des fils de support for ment des crochets ou queues pour recevoir et maintenir le filament de lampe, dont les extrémités sont réunies aux extrémités cor respondantes des fils d'introduction.
Jusqu'à présent, l'opération de fixer le filament aux fils d'introduction a été faite à la main, en ce sens que l'ouvrier, après avoir saisi un filament, a relié une extrémité par serrage ou soudure à un fil d'introduction, ensuite placé le filament dans les fils de sup port et finalement relié l'autre extrémité du filament à l'autre fil d'introduction.
Pen dant l'exécution de cette opération, l'ouvrier a pu régler la position des fils d'introduction, si le filament était trop long ou trop court, mais si le filament doit être appliqué auto matiquement aux conducteurs d'introduction, ces conducteurs se trouvant nécessairement à une distance déterminée, si les filaments ne possèdent pas tous exactement la même Ion- gueur utile, des difficultés peuvent surgir du fait que les filaments peuvent ne pas attein dre le fil d'introduction à y relier ou peu vent le dépasser. Au premier cas, l'opération de montage sera manquée; dans le second cas. une partie du filament ne sera pas comprise dans le circuit, de façon que le débit de la lampe se trouve changé.
Dans une réalisation de la. présente in vention, un filament peut être enroulé sur une machine à, enrouler en forme hélicoïdale. mais au lieu d'enrouler le filament en forme d'hélice, dont les tours sont espacés, il peut être bobiné sous forme d'enroulement serré, c'est-à-dire que chaque tour de celui-ci est en contact avec le tour adjacent sans aucun espace entre les deux, Lorsque le filament est enroulé de cette façon, il peut être coupé en sections de longueurs données, qui peuvent être désignées comme longueurs de décou page, et ces sections peuvent ensuite être dé ployées de façon à espacer leurs tours dans une mesure telle que la longueur axiale utile.
de chaque section de bobine reçoit la dimen sion voulue. Des bobines de ce genre peu vent alors être montées automatiquement, car toutes les sections de bobine auront une lon gueur axiale utile donnée.
La machine à enrouler peut aussi être disposée de manière à produire un filament en forme d'hélice à spires espacées, mais avec un plus grand nombre de tours par unité de longueur et, bien entendu, avec un diamètre extérieur légèrement plus grand que celui que la bobine doit avoir lorsqu'elle servira de source lumineuse. La bobine peut alors être également déployée à la longueur voulue, respectivement au nombre de tours voulu par unité de longueur, de sorte que les bobines reçoivent une longueur axiale utile uniforme et qu'elles contiennent en même temps la longueur de fil exacte voulue. Il est vrai que la difficulté à laquelle il s'agit de parer, quant à la longueur axiale utile de la bobine, paraît se retrouver ici, bien que quelque peu atténuée, lorsqu'il s'agit de saisir les bouts de la bobine en vue de la déployer.
Mais cette difficulté peut être évitée par un ré- r;lage de position des moyens servant à la sai sir et à la déployer. Lés bobines, pendant qu'elles sont main tenues en position, après le déployage, peu vent être soumises soit clans l'air ou dans un milieu non oxydant ou clans les deux succes sivement, au passage d'un courant électrique relativement intense, mais de courte durée.
Lorsqu'elles sont ainsi soumises au courant; dans l'air, le carbone ou d'autres corps étran gers oxydables incorporés au fil, à sa sur face, sont oxydés, et le traitement subséquent clans un milieu non oxydant pourra permet tre soit la continuation de l'élimination par évaporation de substances étrangères relati vement volatiles, ou, éventuellement, la ré- duction de tout oxyde clé tungstène qui serait formé à la surface du fil.
Il résulte de ce qui précède que la pré sente invention fournit un procédé pour pro duire des corps de filament pouvant servir de source lumineuse pour une lampe à incandes cence et ayant des dimensions déterminées en ce qui concerne le diamètre de bobine, le pas. la longueur de fil et la longueur axiale utile. ce dernier point permettant en pratique le montage automatique de la bobine.
Pour expliquer par exemple un mode d'exécution du procédé suivant l'invention, on a représenté schématiquement au dessin annexé les phases du<B>p</B>rocédé et sa relation avec le montage automatique du filament.
La fig. 1 de ce dessin montre schémati quement un outil d'enroulement de filament avec des rouleaux de commande pour faire avancer un fil afin de l'amener en forme d'hélice; La fig. 2 montre une bobine de fil, lors qu'elle sort d'une forme et se meut en posi tion pour être découpée par des couteaux, la bobine étant représentée fortement exagérée en grandeur en vue de la montrer plus clai rement; La fig. 3 montre une section d'une bobine de fil découpée d'une longueur de fil con tinue; La fig. 4 montre la section de la bobine de fil représentée à la fig. 2, mais déployée à une longueur utile donnée;
La fig. 5 montre une bobine clé fil dé ployée à la longueur voulue et disposée dan> une chambre contenant un gaz inerte dan, laquelle la bobine peut être chauffée; La fig. 3 montre une bobine de fil<B>dé-</B> ployée à la longueur voulue, chauffée et net toyée et prête à être appliquée < c une tige<B>(If,</B> lampe; dans cette figure, la section de bobine s'approche plus exactement des proportions du filament actuel;
- La fig. 7 montre une vue en plan d'une tige de support avec le filament y monté @=+ représente la, position fixée des fils d'intro duction, et La fig. 8 est une vue latérale d'une par tie d'une tige de lampe avec filament déployé y appliqué.
Bien que le présent procédé soit applica ble aux filaments enroulés sur mandrin, le mode d'exécution qu'on va décrire s'applique à des bobines enroulées sans mandrin.
Dans le brevet précité, on a décrit com plètement une machine pour produire des filaments hélicoïdaux sans l'aide de mandrin, et comme représenté à la fig. 1 du dessin an nexé, cette machine peut comporter un moule conformateur 10 supporté dans un support. 11. Les rouleaux de commande supérieur et inférieur 12 et 13 serrent entre eux le fil 14 et le poussent par friction dans le moule, qui est muni d'une cavité 15 pour cintrer le fil en hélice. Au bord de cette cavité est prévue une lèvre (non représentée) qui effectue une séparation des tours ou spires de la bobine, lorsqu'elles sortent du moule.
On peut varier le pas de la bobine en modifiant la position relative du moule par rapport aux rouleaux de commande et lorsqu'on désire obtenir une bobine enroulée à spires extrêmement serrées, on peut omettre la lèvre d'espacement, bien qu'une bobine enroulée à spires serrées puisse aussi être produite par un moule avec une lèvre, grâce à un réglage exact de la position du moule par rapport à la direction du mou vement qui. est donné au fil par les rouleaux de commande.
Des machines pour enrouler des filaments hélicoïdaux comme susdécrit permettent d'obtenir facilement une longueur continue de fil enroulé hélicoïdalement avec le pas donné.
Lorsque le fil 14 est enroulé, il sort du moule en forme d'une hélice continue 16 comme représenté à la fig. 2 et passe par un guidage 17 et entre des bords tranchants ou couteaux 18 et 19 qui servent à découper une section 21 d'une longueur donnée.
Dans la machine susmentionnée à. enrou ler des bobines sans mandrin, la section de bobine découpée 21 contient une quantité de fil bien déterminée, attendu que, en concor dance avec le fonctionnement de la machine, les couteaux de celle-ci sont actionnés par l'intervention d'un tambour mesureur disposé . de façon que, lorsqu'un point donné du fil a franchi une distance donnée, les couteaux en trent en fonction pour découper une section de façon que la section découpée contient toujours une quantité donnée de fil.
Toutefois, s'il existe de faibles variations dans le pas et dans le diamètre de la bobine, la longueur axiale utile des sections venant. de la machine peut varier.
La longueur axiale utile des sections de bobine peut être définie comme étant la lon gueur du corps de la bobine mesurée de bout en bout et indiquée par la distance A (fig. 2 et 3).
Comme on l'a dit plus haut, le filament est ici enroulé en hélice avec un pas corres pondant à des tours relativement serrés on avec un plus grand nombre de tours par unité de longueur que celui désiré pour la section lorsqu'elle est fixée à une tige de support comme représenté aux fig. 7 et 8.
On peut alors découper la section 21. et faire serrer ses extrémités entre des paires de mâchoires 22 et 23. La section étant ainsi tenue, les paires de mâchoires peuvent alors être séparées à. une distance donnée pour dP- ployer la section afin d'augmenter sa lon gueur axiale utile désignée par B et réduire ainsi le nombre de tours par unité de lon- -ueur, de sorte qu'on obtient une section 21, comme représenté à la fig. 4.
Pour déterminer la dimension B, il faut tenir compte du montage des filaments. Aux fig. 7 et 8. une monture-support 25 est repré sentée en position pour permettre le montage automatique d'un filament. La monture re présentée comporte un pied 26 sur lequel s'é lève la tige du support 27. L'extrémité libre de celle-ci est pourvue d'un bouton 28 clans lequel sont placés les fils de support 29. Les extrémités libres de ces fils de support sont conformées en crochets ou quelles pour rece voir et maintenir le filament.
Les fils d'introduction 31 et 32 sont main tenus dans une position fixe déterminée par des paires de mâchoires 33 et 34 et il faut donc que la distance B ou la longueur axiale utile de la section de filament soit telle que les extrémités 35 et 36 de celle-ci se mettent en position appropriée sur les fils d'introduc tion, lorsque le filament est placé à sa posi tion cintrée sur les fils de support. Il faut, par conséquent, que la dimension circonféren- tielle du filament posé sur la tige soit égale à B sans changer le nombre de tours par unité de longueur de la section clé bobine.
Lorsque la section de filament a été por tée comme susdit à la longueur voulue B, elle peut être amenée par les mâchoires 22 et 23 en position pour la fixation aux fils d'intro duction, ou bien, plusieurs sections de fila ment, dont la longueur atteint définitivement la valeur B, peuvent être amenées au maga sin d'un mécanisme par lequel le filament est monté automatiquement sur les fils de sup port précités, pour y être fixé pai soudure, ou bien par serrage, si on le désire, Le procédé décrit peut être avantageuse ment complété par une opération de net toyage des filaments.
Il est bien connu quia: le nettoyage des bobines présente des diffi cultés lorsqu'on emploie du "fil noir". ,Le fil noir consiste en tungstène étiré, dont l'é tirage a été opéré à l'aide d'un lubrifiant tel que "l'aquadag". Ce lubrifiant adhère au fil et si on ne l'enlève pas, il est préjudiciable à la durée d'une lampe dans laquelle on a incorporé le filament. Jusqu'à présent, les bobines ou filaments ont été nettoyés en les immergeant dans de l'hydroxyde de sodium et dans une solution de bichromate de sodium.
On a trouvé que le procédé décrit se prête clé lui-même à l'opération de nettoyage, at tendu que les sections enroulées, pendant qu'elles sont tenues et déployées entre les mâchoires 22 et 23, peuvent être introduites dans une chambre 40 contenant un gaz, tel que de l'hydrogène ou de l'azote ou un mé lange de gaz approprié et qu'on peut en voyer un courant électrique à travers le filament par l'intermédiaire de conducteurs 41 et 42. Par suite de cet échauffement du filament, les substances nuisibles sont détrui- tes et éliminées en même temps que le fila ment prend une forme stable.
On a également trouvé favorable de chauffer le filament dans de l'air directement après l'opération de déploy age ou allonge ment auquel cas du courant électrique peut être envoyé par des conducteurs 38 et 39. Le chauffage à l'air n'est pas absolument indis pensable, mais il peut être employé si on le désire, attendu qu'il provoque l'oxydation des matières carbonacées ou permet de les éli miner plus facilement, lorsque le filament est chauffé dans un milieu non oxydant pour une phase finale du nettoyage.
Il résulte de ce qui précède que le pro cédé décrit ne procure pas seulement un moyen avantageux de produire des sections de filament de longueur axiale utile uni forme, mais joint aussi à cet avantage celui de permettre d'effectuer d'une manière écono mique et efficace une opération de stabilisa tion et de nettoyage.
Lorsqu'on emploie le procédé décrit pour produire un filament pour une lampe de 6(1 watts par exemple, on peut utiliser un fil de tungstène d'un diamètre de 0,05 mm. Ce fil est enroulé suivant une hélice conti nue ayant un diamètre extérieur d'environ 0,25 mm et ayant 153 tours par centimètre de longueur. On découpe alors une section égale à A qui est déployée ou allongée d'en viron 5% pour obtenir une section ayant 14(i tours par centimètre, et une longueur axiale utile B.
Il va de soi que la dimension A est: choisie de façon que lorsque le filament est déployé, la dimension B sera telle que les extrémités de la section en bobine viennent occuper leurs positions exactes sur les fils d'introduction qui sont dans une position re lative donnée pour le type de lampe dans le quel le filament doit être utilisé.
La description qui précède indique comme exemple pratique du procédé l'enroulement primitif de la bobine à spires espacées, bien qu'ayant un plus grand nombre de tours par unité de longueur que la bobine finale. L a bobine primitive peut toutefois être enroulé-, comme précédemment mentionné, avec les spires en contact serré, et subséquemment dé ployée et chauffée. Lorsqu'on enroule une bobine avec les spires en contact serré, par exemple, sur la machine à enrouler les bo bines sans mandrin, on réalise un avantage en ce qu'on peut supprimer la lèvre du moule d'enroulement, d'où résulte une simplifica tion de la construction de la bobine.
Ceci est très important, parce que ces moules sont généralement constitués en diamant et si l'on peut rendre cette construction moins compli quée, le prix de revient de ces moules est ré-. duit et grâce à l'absence de la lèvre, le dan ger de rupture est moins grand.
Les deux modes de réalisation du procédé décrit présentent des avantages communs et il est évident que le principe de confectionner une bobine primitive avec un plus grand nombre de tours par unité de longueur pour la déployer ensuite en une bobine avec un nombre de tours désiré par unité de longueur est commun tant au procédé de confection de bobine à enroulement serré qu'au procédé de confection de bobine à enroulement espacé. En outre, un filament produit suivant le pro cédé susénoneé présente certaines caractéris tiques ou propriétés qui distinguent ces- bo bines des bobines confectionnées antérieure ment, comme on va l'expliquer dans ce qui suit.
On a vue qu'une section de bobine ayant un nombre de tours donné par unité de lon gueur est découpée d'une bobine de longueur indéfinie. La section découpée est alors ser rée entre les mâchoires 22 et 23 dont chacune immobilise quelques tours de la bobine. Ces tours qui constituent les bornes du filament, sont indiqués en 43 et 44. Chaque extrémité de bobine est tenue de façon que son pas pri mitif soit maintenu pendant l'opération de déployage. Il en résulte une section de bo bine dans laquelle la majeure partie ou la partie lumineuse du filament possède un plus petit nombre de tours par unité de longueur que les parties-bornes du filament.
On a trouvé qu'en maintenant les extrémités du fi lament entre des mâchoires pendant le traite ment thermique, les parties serrées du fila- ment restent relativement froides et conser vent ainsi leur malléabilité primitive, c'est- < i- dire qu'elles sont moins cassantes et moins susceptibles de ruptures sous l'influence d'ef forts que la portion du filament qui a été soumise au traitement thermique à tempéra ture relativement élevée.
Il va de soi que les extrémités du fila ment sont fixées à des fils d'introduction, dont les extrémités sont ordinairement re pliées et serrées sur les extrémités du fila ment. En donnant aux mâchoires 22 et 23 une largeur légèrement plus grande que celle des crochets aux extrémités desdits .fils, les parties non chauffées des bornes du filament auront une longueur suffisante pour s'étendre légèrement du côté du crochet des fils d'in troduction en formant ainsi un tour ou un demi-tour de fil flexible 45 adjacent au point de serrage.
Un filament ainsi construit sera, suffisamment résistant pour ne pas subir de ruptures par suite de vibrations et comme on a trouvé que dans un filament de lampe la partie de fil adjacente au point de fixation est soumise à des efforts considérables et étant donné que la: présente construction sert à améliorer la résistance mécanique de cette partie du filament, il résulte de cette disposi tion un nouvel avantage important. En ou tre, il est nécessaire pendant l'opération de serrage tendant à réaliser une bonne fixation du filament, d'écraser celui-ci entre les por tions recourbées des fils d'introduction.
Dans un filament produit suivant le procédé dé crit, les parties-bornes qui sont flexibles ou moins cassantes sont serrées plus facilement sans se rompre à la partie principale du fila ment.
Lorsqu'on fixe les parties-bornes du fila ment entre les mâchoires précitées pendant le déployage et le traitement thermique subsé quent, les parties tenues par les mâchoires ne subissent évidemment pas le même degré de nettoyage que la partie principale du fila ment. On a trouvé en pratique que point d'ef fet nuisible ne résulte de cette absence de nettoyage aux parties-bornes parce que celles- ci restent relativement froides lorsque le fila- ment est monté sur une tige de support. S'il est nécessaire, le filament peut toutefois être soumis à un nettoyage additionnel en l'immer geant dans une solution de nettoyage appro priée.
Il va de soi que, bien qu'un filament ayant des parties-bornes plus solides que la partie principale du filament soit avantageux lorsqu'il est fixé par une opération de ser rage, cette disposition est également désira ble lorsque les extrémités du filament sont soudées ou autrement fixées aux fils d'intro duction, attendu que dans ce cas aussi bien que lors de la fixation par serrage, une por tion suffisante de fil ayant conservé sa mal léabilité peut être disposée entre les parties bornes et la partie lumineuse.