DE701575C - Isoliermasse fuer die Heizkoerper von Gluehkathoden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Isolierung von Heizkörpern für Glühkathoden.

Bei gewöhnlichen indirekt geheizten Kathoden hat man den Heizfaden aus Wolfram 5 oder einem ähnlichen Metall durch einen Überzug aus praktisch reinem gesintertem Aluminiumoxyd (alumina) oder aus einem Gemisch von Aluminium und wenigen Bruchteilen Siliciumoxyd (silica) oder Talk isoliert. Die elektrische Leitfähigkeit durch diese Isolation hindurch wurde bisher mit Hilfe von Gleichstrom zwischen Kathode und Heizfaden bei Betriebstemperatur gemessen. Bei dieser Prüfung erwiesen sich Heizfäden mit einer Isolation aus gesintertem Aluminiumoxyd als am besten geeignet; bei einer Spannungsdifferenz von 50 Volt wiesen sie einen Isolationsstrom von weniger als 3 Mikroampere auf. Für gewöhnliche Empfängerschaltungen sind solche Heizfäden für Radioröhren zufriedenstellend. In letzter Zeit sind aber Radioempfangsschaltungen gebräuchlich geworden, bei denen Wechselspannungen bis zu 100 Volt und mehr mit einer Frequenz von etwa 1000 kHz oder mehr zwischen Heizfaden und Kathode auftreten. Es wurde festgestellt, daß die übliche Aluminiumoxydisolation trotz ihres hohen Widerstandes und ihres kleinen Isolationsstromes bei Gleichspannung für Wechselstrom eine geringe Impedanz besitzt und einen nennenswerten Isolationsstrom bei Wechselspannungen zwischen Heizkörper und Kathode hindurchgehen läßt. Wird dieser Isolationsstrom zu groß, dann wirkt er sich schädlich aus und kann ein Brummen im Lautsprecher des Empfangsgerätes erzeugen.

Die Erfindung hat eine indirekt geheizte Kathode zum Gegenstand, bei der der Isolationsstrom zwischen Heizfaden und Kathode

auch bei Wechselspannungen praktisch vernachlässigbar klein bleibt, selbst wenn es sich um hochfrequente Wechselspannungen von ι kHz und mehr handelt. Die Isolationsmasse soll gleichzeitig einen hohen Schmelzpunkt besitzen und sich bequem auf den Heizkörper aufbringen lassen. Ihre Impedanz soll bei allen Frequenzen höher sein als die der bisher zur Verfügung stehenden Isolationsmaterialien. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Methode, wie man die Impedanz zwischen Heizfaden und Kathode besonders hoch machen kann, so daß die Wechselstromleitfähigkeit bei den ge- *5 wohnlich in Radiogeräten benutzten Schaltungen vernachlässigbar klein bleibt.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgenden an Hand der Abbildungen beschrieben. Die beispielsweise dargestellte Kathode ist von der üblichen allgemein gebrauchten Art und besteht aus einem Kathodenröhrchen ι (Abb. 2) aus Nickel oder einem ähnlichen Metall, welches außen mit Oxyden mit hoher Elektronenemissionsfähigkeit bestrichen ist. Im allgemeinen besteht dieser Überzug aus Barium- und Strontiumoxyd. Der Heizkörper der Kathode ist ein Draht 2 (Abb. ι und 2) aus Wolfram oder einem ähnlichen Metall, der zu einer Kehrwendel gewickelt und innerhalb des Kathodenröhrchens ι angebracht ist. Der Heizdraht 2 ist von der Kathode 1 durch eine Schicht oder einen Belag aus hochschmelzendem Isoliermaterial 3 zwischen Draht und Kathode isoliert. Vorzugsweise sitzt die isolierende Schicht 3 auf dem gewendelten Wolframdraht 2. Betriebsmäßig wird der Heizfaden an eine Spannungsquelle von etwa 60 Periodeuwechselstrom angeschlossen. Dadurch wird der Heizkörper betriebsmäßig auf eine Temperatur gebracht, die beträchtlich höher als die Betriebstemperatur von etwa 850⁰ C für die Kathode 1 liegt.

Erfindungsgemäß besteht die Isoliermasse der Kathode aus chemisch reinem Aluminiumoxyd, dem geringe Zusätze der zweckmäßig vorgebrannten Carbonate von Barium, Strontium, Calcium, Magnesium, Lithium oder ähnlichen Metallen, z. B. Vs bis 3 % Bariumcarbonat, zugefügt sind. Die besten Ergebnisse wurden in der Praxis mit einem Zusatz von an Luft gebranntem Bariumcarbonat zum Aluminiumoxyd erzielt. Eine bequeme Methode besteht darin, sowohl das Aluminiumoxyd wie das Zusatzmaterial zu pulverisieren und die Pulver gründlich zu mischen. Dieses Gemisch kann noch weiter gemahlen werden, bis ein sehr feines Pulver erhalten wird. Das wird mit einem organischen Bindemittel versetzt und in bekannter Weise auf den Heizdraht aufgetragen, etwa aufgespritzt. Der bekleidete Heizfaden wird vorzugsweise in feuchtem Wasserstoff und bei etwa 1700 bis 1800⁰ C gebrannt, wobei der Belag zusammensintert. Das Ausmaß der Ausmahlung der Materialien für die Isolalation ist nicht übermäßig kritisch. Vorzugsweise wird aber so lange gemahlen, bis die durchschnittliche Korngröße des Pulvers, welches mit dem Bindemittel versetzt werden soll, etwa 1 bis 5 Mikron beträgt.

Zur Ausführung der Erfindung wird vorzugsweise gebranntes und gepulvertes Bariumcarbonat, am besten chemisch rein, mit gepulvertem Aluminiumoxyd vermischt, welches so frei wie vernünftigerweise möglich von Unreinigkeiten, insbesondere von Alkali, ist. Gewöhnlich wird derartiges Aluminiumoxyd als chemisch ^:rein bezeichnet. Das Gemisch wird in Wasserstoff bei 1600 bis 1700⁰ C gebrannt und das gebrannte Germ'sch zu einem sehr feinen Pulver vermählen.

Eine Methode, genügend reines Aluminiumoxyd aus Bauxit oder ähnlichen Erzen herzustellen, besteht in dem wohlbekannten Bayer-Prozeß. Darin wird im allgemeinen das Bauxit mit einer konzentrierten Lösung von Natriumhydroxyd in Wasser bei 170⁰C und unter Anwendung von Druck behandelt. Das Aluminiumoxyd geht in Lösung, während Eisen und andere Verunreinigungen als unlösliche Verbindungen zurückbleiben.

Die Lösung wird gefiltert, und die erhaltene Fällung besteht zur Hauptsache aus Aluminiumtrihydrat, welches beim Erhitzen auf etwa 1200⁰ C in Luft in Aluminiumoxyd verwandelt wird. Aluminiumoxyd mit praktisch dem gleichen Reinheitsgrad kann auch als Bauxitaluminiumerz auf dem Markt gekauft werden, welches konzentriert und besonders rein ist und welches nicht mehr als 0,20/0 Alkali enthalten soll. Das Aluminiumoxyd wird bei etwa 1600⁰ C in Wasserstoff gebrannt und schrumpft dann, ohne zu sintern, auf maximale Dichte zusammen, wobei sich λvahrschemlich alles als Alphaaluminiumoxyd vorfindet.

Das Bariumcarbonat wird vorzugsweise in Luft in einem Schmelztiegel aus gebranntem Ton ι Stunde lang bei etwa 1100⁰C ge- no brannt. Die gebrannte Masse wird in einer Kugelmühle zu einem feinen Pulver vermählen. Von dem Pulver wird nur das benutzt, welches man mit einem Malerpinsel durch ein 150-Maschen-Sieb (pro Zoll) treiben kann. Das gebrannte Bariumcarbonat hat etwa die gleiche Dichte wie Aluminiumoxyd und läßt sich damit zufriedenstellend mischen. Es könnte scheinen, daß das Barium auch als Bariumcarbonat hinzugegeben werden könnte, es iao wurde aber festgestellt, daß die Ergebnisse sehr viel besser werden, wenn das Barium-

carbonat zunächst gebrannt wird. Das Barium wird also dem Aluminiumoxyd in Form von gebranntem Bariumcarbonat zugegeben, und für den praktischen Gebrauch hat sich das Brennen des Bariumcarbonats als wesentlich erwiesen.

Das Aluminiumoxydpulver wird mit dem gebrannten und gepulverten Bariumcarbonat gründlich durchmischt; in dem Gemisch soll

ι ο dabei das von dem gebrannten Bariumcarbonat erhaltene Pulver zwischen Vs ^un<l 5%, vorzugsweise etwa ι o/o des Gewichts, ausmachen. Für das Mischen der Pulver ist eine Kugelmühle ein bequemes Werkzeug. Z. B. kann man 8oo g Aluminiumoxydpulver und 8 g gebranntes und gepulvertes Bariumcarbonat etwa 2 Stunden lang in einer Kugelmühle, die zwar 2500 g· Schrotkugeln enthält, mischen, und die gemischten Pulver 1 Stunde lang,

»ο vorzugsweise in Molybdänschiffchen, bei i6oo° C in Wasserstoff brennen. Das gebrannte Gemisch wird durch ein 30-Maschen-Sieb (pro Zoll) getrieben, und nur das Material, welches schnell durch dieses Sieb fällt, wird benutzt. Das gebrannte und gesiebte Gemisch wird dann noch einmal zu einem feinen Pulver gemahlen in einer Kugelmühle, die das dreifache Gewicht an Mahlkugeln enthält. Nach 18 Stunden Mahlen ist das gepul-

ao verte Isoliermaterial gebrauchsfertig.

Die gepulverte Isoliermasse wird auf den Heizfaden in praktisch der gleichen Weise aufgetragen, wie man bisher die Isolation aus Aluminiumoxyd hergestellt hat. Ein bequemer Weg besteht darin, die gepulverte Isoliermasse mit einem zähflüssigen, organischen Bindemittel zu vermischen, wie es allgemein üblich ist. Vorzugsweise wird aus dem gepulverten Isolierstoff eine Suspension hergestellt, indem man ihn mit etwa dem doppelten Gewicht eines Bindemittels, etwa mit Nitrocellulose, welches in einem Lösungsmittel, z. B. Amylacetat, gelöst ist, vermischt. Die suspendierte Isoliermasse wird entweder durch Tauchen oder durch Spritzen in einem gleichmäßigen Belag auf den Heizfaden aufgebracht. Bei Spritzprozeß werden vorzugsweise Heizwendeln ohne einen starren Kern • benutzt, damit die Wendeln biegsam genug bleiben, um sich unter dem Druck der Spritzpistolen während des Spritzens so viel zu bewegen, daß auch die Stellen zwischen den Windungen einen Überzug erhalten. Während des Spritzprozesses muß sich alles feste Material in der Überzugsmasse in Suspension befinden, die Spritzpistole sehr nahe an die Wendel herangebracht werden und der Strahl so eingestellt werden, daß er feucht genug ist, um einen glatten gut haftenden Überzug auf dem Draht zu ergeben. Andererseits muß der Strahl auch genügend trocken sein, so daß, wenn Windungen durch den Belag zusammengeklebt werden, beim Trennen dieser Windungen der Belag nicht von der Oberfläche der Windungen abplatzt, sondern an der Außenfläche der Überzugsschicht. Eine feuchte Spritzmasse zeigt sich durch eine glänzende Oberfläche an, während eine trockene Spritzmasse eine stumpfe oder matte Oberfläche besitzt. Die bespritzte Wendel wird an Luft oder noch' besser in einem Ofen 3 Minuten lang bei etwa ioo° C getrocknet und darauf in Wasserstoff oder in einem Vakuumofen und vorzugsweise in Molybdänschiffchen gebrannt. Die bespritzten Spulen werden in der Heizzone des. Of ens 4 bis 8 Minuten lang auf einer Temperatur von etwa 1700⁰ C gehalten.

Für einen Kathodenheizkörper aus Wolframdraht von geeigneter Länge und Stärke, um bei 6,3 Volt und 0,3 Ampere zu arbeiten, der zu einer etwa 25 mm langen und 2 mm im Durchmesser messenden rückläufigen Wendel gewickelt ist, wird vorzugsweise eine Überzugsschicht von etwa 8 bis 9 Megohm hergestellt und, wie oben beschrieben, aufgebracht.

Eine Isoliermasse aus Aluminiumoxyd mit einem Zusatz von etwa 10/0 gebranntem Bariumcarbonat bildet auf dem Wolframdraht des fertigen Heizkörpers eine harte festhaftende Schicht. Eine chemische Analyse ergab etwa 0,3 bis 0,40/0 Barium, woraus hervorgeht, daß rund 60% des zugegebenen Materials während des Herstellungsprozesses verlorengeht. Etwa der gleiche Prozentsatz geht öS auch bei anderen Beträgen von gebranntem Bariumcarbonat verloren, so daß der chemisch feststellbare Prozentsatz Barium sich von VsVo bis etwa über 1 % bewegt. Wenn die Herstellung der Isoliermasse unter Bedingungen vorgenommen wird, bei denen der Verlust an zugegebenem Metall kleiner ist, dann kann der Prozentsatz der zugefügten Metallverbindung entsprechend verringert werden. Tritt überhaupt kein Verlust ein, dann würde ein ">5 Zusatz von etwa 0,4 °/o gebranntem Bariumcarbonat bedeuten, daß die _ erforderliche Menge von 0,3% Barium in der festgesinterten Isolation auf dem fertigen Heizkörper vorhanden ist. In welcher Form das durch >' chemische Analyse gefundene Barium in der Isolationsmasse gebunden ist, wurde nicht festgestellt. Es wird aber in irgendeiner Weise mit dem Aluminiumoxyd verbunden sein, vielleicht als ein Bariumaluminat. > ¹S

Praktische _vVersuche haben ergeben, daß die besten und beständigsten Ergebnisse mit gebranntem Bariumcarbonat zu erzielen sind. Eine Zugabe von etwa 1 °/o gebranntem Bariumcarbonat ergibt eine Isoliermasse, mit ^Iao der man einen Heizkörper herstellen kann, der nur eine geringe Brummspannung hat.

Für praktische Zwecke scheint die untere und obere Grenze für die Menge des zugesetzten gebrannten Bariumcarbonats etwa ¹J₂ bzw. 3% zu sein. Isoliermassen mit außerhalb dieser Grenzen liegenden Zusätzen besitzen sehr viel größere Brummspannungen. An Stelle des gebrannten Bariumcarbonats kann man auch die gebrannten Carbonate von Calcium, Strontium öder Magnesium benutzen to und erhält ebenfalls reichlich gute Ergebnisse, wenn geeignete Mengen benutzt werden. Lithiumcarbonat benimmt sich fast genau so wie Bariumcarbonat und kann in fast der gleichen Weise und in fast gleichen Mengen gebraucht werden.

Zur Feststellung der durch den Gegenstand der Erfindung erreichten vorteilhaften Wirkung kann man Kathoden bekannter Art sowie Kathoden nach der Erfindung in folgender Weise messen. Zwischen Heizfaden und Kathode wird eine konstante Vorspannung von etwa 45 Volt (positiv oder negativ) gelegt, und es ward außerdem zwischen Heizfaden und Kathode eine Hochfrequenzspannung, die von einem auf 1000 kHz abgestimmten Kreis erhalten ward, angelegt. Die Vorspannung des Heizkörpers gegen die Kathode wird dann so lange verändert, bis man den Mindeststrom erhält. Dieser Strom wird als Heizfadenkathodenbrummstrom bei ioookHz definiert. Indirekt geheizte Kathoden mit Heizkörpern, deren Isolation aus gesintertem Aluminiumoxyd besteht, zeigen bei dieser AIeßmethode durchschnittliche Brummspannungen von 700 bis 800 Millivolt oder noch mehr, also Impedanzen von etwa 0,1 Megohm. Der Brummstrom beträgt mehr als 500 Milliampere. Wenn die Heizfadenisolation aus einem Aluminiumoxyd besteht, welches hochschmelzende Bindemetalle, etwa Siliciumoxyd oder Verbindungen davon, enthält, dann werden die Brummspannung und, der Brummstrom noch beträchtlich größer und die Impedanz noch viel kleiner. Bei erfindungsgemäßer Isolierung des Heizfadens beträgt dagegen die *5 Brummspannung im Durchschnitt 10 bis 50 Millivolt, die Impedanz zwischen 1 und 3 Megohm oder noch mehr und der Brummstrom 20 bis 100 Milliampere.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Isoliermasse für die Heizkörper von Glühkathoden, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus chemisch reinem Aluminiumoxyd hergestellt ist, dem geringe Zusätze der zweckmäßig vorgebrannten Carbonate von Barium, Calcium, Strontium, Magnesium, Lithium oder ähnlichen Metallen, z. B. etwa ^l/₂ bis 3 % Bariumcarbonat, zugefügt sind.
2. 2. Isoliermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aluminiumoxyd ι % gebranntes Bariumcarbonat zugesetzt ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen