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Heizkörper für Äquipotentialkathoden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Heizelement für sogenannte indirekt geheizte Kathoden (Äquipotentialkathoden) in Entladungsgefässen.
Es ist bereits bekannt, die Heizleiter indirekt geheizter Kathoden koaxial zueinander anzuordnen, um das Auftreten eines äusseren Magnetfeldes bei Verwendung von Wechselstrom zu beseitigen. Eine wirkliche Magnetfeldbeseitigung wird auf diese Weise aber nur dann erreicht, wenn eine Genauigkeit und Homogenität vorhanden ist, die sich bei einem technischen Gegenstand nur schwer verwirklichen lässt, insbesondere, wenn dieser in Massenfabrikation hergestellt wird. Den störenden Einfluss des Magnetfeldes dadurch zu verringern, dass man den Kathodenschichträger genügend weit vom Heizköper anordnet, hat den Nachteil zur Folge, dass die Anheizdauer entsprechend vergrössert wird.
Gegenstand der Erfindung ist es nun, eine praktisch vollkommene und trotz Massenfabrikation erreichbare Magnetfeldbeseitigung zusammen mit einer besonders kleinen Anheizdauer zu erreichen.
Erfindungsgemäss besteht der Heizkörper aus einem zentralen Leiterdraht oder Stift, der mit einer bei hoher Temperatur gut isolierenden oxydischen oder keramischen Schicht überzogen und auf dem der metallische Heizwiderstand durch Kathodenzerstäubung hitzebeständigen Metalls als dünner koaxialer Mantel aufgetragen ist.
Die besonders zu erwähnenden Vorzüge des Anmeldungsgegenstandes bestehen einerseits in einer von einem äusseren Magnetfeld völlig freien Anordnung zur Hin-und Rückführung des Heizstromes und anderseits in der grossen Einfachheit und Billigkeit des Aufbaus.
Die weitere Erläuterung des Anmeldungsgegenstandes wird an Hand der Zeichnung vorgenommen.
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gezeichnet) aus hitzebeständigem Material (Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd oder andern keramischen Massen) nach bekannten Methoden aufgesintert. Diese Isolierschicht wird durch Kathodenzerstäubung mit einem sehr dünnen Überzug 3 von hitzebeständigem Metall, z. B. Platin, Molybdän, Tantal usw., versehen, der den zur Erzeugung der Jouleschen Wärme dienenden Leitwiderstand darstellt. Die notwendige Gleichmässigkeit der aufgestäubten Metallhaut lässt sich mit den heutigen Mitteln leicht erzielen.
Es kann zweckmässig sein, vorher auf die Isolierschicht 2 eine nichtleitende Glasur aufzubrennen, die hernach nur oberflächlich etwas aufgerauht wird und dadurch die feine Metallschicht besser haften lässt.
Die Glasur verhindert beim Betriebe des Heizkörpers auf höherer Temperatur das Hineindiffundieren des aufgestäubten Metalls in die Poren von 2, womit eine unzulässige Änderung des Heizwiderstandes verbunden wäre.
Besteht der Draht 1 aus einem Kerndraht, z. B. von Nickel oder Molybdän, mit einem nicht allzu dicken Überzug von reinem Magnesium, so lässt sich die Isolierschicht 2 leicht durch Einwirkung von überhitztem Wasserdampf unter Druck auf den passend vorgewärmten Draht erzielen. Bei dieser Behandlung bildet sich infolge Reduktion des Wasserdampfes eine auf der Seele fest haftende, dichte, glatte und gleichmässige Haut von Magnesiumoxyd, die alle Voraussetzungen hinsichtlich der Isolierfestigkeit zwischen 1 und 3 und hinsichtlich der Annahmefähigkeit für den kathodischen Metallüberzug erfüllt. Am besten wird die Magnesiumschicht auf den Kerndraht mittels Kathodenzerstäubung aufgebracht.
Die leitende Überbrückung zwischen der Seele 1 und dem dünnen Metallmantel 3 erfolgt durch eine verbindende Kappe 4 (s. Fig. 2), die zweckmässig einen Fortsatz von geringem Querschnitt zur
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Befestigung der Kathode trägt. Zur Stromabnahme am andern Ende von. 3 wird nach bekanntem Verfahren ein dickerer Metallmederschlag aufgebracht und über diesen eine Kontakthülse 5 geschoben.
Man kann auf diese noch eine weitere, den Stromübergang sichernde Metallschicht auftragen.
Der so vorbereitete Heizkörper wird nun durch Aufsintern einer oxydischen oder keramischen Schicht 6 nach aussen isoliert und zugleich gegen Verdampfung des Metallüberzuges 3 in der Wärme geschützt. Zweckmässig legt man vor dem Auftragen von 6 auf 3 über letzteren zunächst wieder eine dünne Glasur als Diffusionsschutz. Auf die so entstandene äussere Hülle bringt man den metallischen
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festen Niederschlag 7 durch Kathodenzerstäubung, Galvanisieren oder Sintern auf. Auch hiebei erweist sich die Kathodenzerstäubung als das beste Mittel ; sie erfolgt selbstverständlich in einer solchen Dicke, dass die Bedingungen einer Äquipotentialkathode erfüllt sind. Der Stromanschluss geschieht durch eine Metallhüse 8 (s.
Fig. 2).'
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Isolierröhrchen einführt, welches auf seiner Aussenseite in bekannter Weise die Metallbekleidung mit der Emissionsschicht trägt. In diesem Falle ist darauf zu achten, dass der eingeschobene Heizkern sich an die Innenwand des Isolierröhrehens gut anlegt, um den Wärmeübergang durch Leitung zu erleichtern.
Bei dem wie vorstehend hergestellten Kathodenheizkörper wird die Heizwärme allein durch den Spannungsabfall in dem aufgestäubten dünnen Metallmantel 3 erzeugt. Betreibt man die Röhre mit Wechselstrom, so ist störendes Brummen ausgeschlossen, weil das Magnetfeld der inneren Hinleitung 1 sich gegen das des rückleitenden Mantels 3 infolge der zylindrischen Symmetrie des Aufbaus gerade aufhebt. Das elektrische Feld ist durch statische Abschirmung wie bisher unschädlich gemacht.
Die Kathodenzerstäubung allein gewährt für 3 diejenige Gleichmässigkeit der Auftragung, die erforderlich ist, um örtliche Ungleichheit der Stromverteilung und daraus resultierende Überhitzungen sowie vorzeitige Verdampfung oder Fortdiffusion des Metalls an den zu hoch erwärmten Stellen zu verhüten.
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nicht immer restlos vermeidbar erscheint, macht man zweckmässig die aufgestäubte Schicht 3 zunächst etwas stärker, als für die richtige Wattaufnahme erforderlich ist. Durch Vorbrennen des Heizkörpers unter geeigneten Temperaturbedingungen kann man dann nach einer gewissen Zeit den gewünschten Endzustand erreichen.
Um den Unterschied der Ausdehnungen des Kerndrahtes 1 und der aufgesinterten Isolierschicht 2 beim Erhitzen besser aufzunehmen, kann man wie folgt verfahren :
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beständigem Metall, z. B. aus Nickel, in Form einer dichten, eng anliegenden Spirale herumgewickelt und an den beiden Enden durch Anschweissen befestigt. Der so umspulte Stift vertritt die Stelle des
Leiters 1. Auf die nachgiebige Drahtbewicklung wird dann die Schicht 2 aufgesintert. Erfahrungs- gemäss ergibt sich so ein besseres Haften der Schicht 2, da die Gefahr des Auftretens der vollen mechanischen
Spannung, die dem Ausdehnungsunterschied bei hoher Temperatur entspricht, an der naehgiebigsten Verbindungsstelle vermieden ist.
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