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Schreibstift zum Erzeugen von Schreibspuren durch Einwirkung eines
elektrischen Potentials auf metallisierte Aufzeichnungsträger Die Erfindung betrifft
einen Schreibstift zum Erzeugen von Schreibspuren durch Einwirkung eines elektrischen
Potentials auf metallisierte Aufzeichnungsträger. So ist z. B. ein registrierendes
Meßgerät bekannt und in der »Elektrotechnischen Zeitschrift«, Jg. 71,
1950, S. 633 bis 656, beschrieben, bei welchem eine am Zeiger eines beliebigen
Meßinstrumentes befindliche Schreibelektrode aus dem Metallbelag eines Aufzeichnungsträgers
mittels elektrischen Stromes eine Schreibspur ausbrennt. Die hierbei verwendeten
metallisierten Aufzeichnungsträger bestehen aus einem Isolierstoff, meist Papier,
der mit einem Metallbelag, beispielsweise durch Aufdampfen oder durch Auflackieren
versehen ist. Es ist bekannt, als Metallbelag Aluminium, Kadmium, Zink oder Legierungen
dieser Metalle zu verwenden. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, dem Metallbelag
Indium in Verbindung mit Nickel, Blei oder Zinn zuzusetzen.
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Es sind auch Registrierverfahren bekannt, bei welchen die Schreibspur
durch einen beheizten Schreibstift erzeugt wird. In diesem Falle kann statt des
metallisierten Aufzeichnungsträgers auch ein Aufzeichnungsträger verwendet werden,
welcher unter Wärmeeinwirkung eine Schreibspur erkennen läßt.
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Verwendet man in bekannter Weise für den auf dem Aufzeichnungsträger
gleitenden Schreibstift Wolfram, Molybdän oder eine Chrom-Nickel-Legierung, so zeigt
sich, daß diese Metalle beim Schreibvorgang im Laufe der Zeit unter der Wärmeeinwirkung
angegriffen werden. Die Schreibspitze korrodiert und nutzt sich aus diesem Grund
außerordentlich stark ab. Ferner bildet sich um die durch die Korrosion angegriffene
und aufgerauhte Schreibspitze ein Bart des ausgebrannten Metalls des Aufzeichnungsträgers.
Manche der bisher für den Schreibstift verwendeten Metalle neigen dazu, sich mit
den ausgebrannten Metallen des Aufzeichnungsträgers zu Legierungen zu verbinden,
so daß die Schreibspitze in unzulässiger Weise verdickt wird. Diese Umgestaltungen
der Schreibspitze verursachen eine aussetzende, undeutliche und verschmierte Schreiblinie.
Außerdem wird durch die Verschmutzung und Verformung der Schreibspitze die Reibung
zwischen Schreibstift und Aufzeichnungsträgerwesentlichvergrößert undstarken, unkontrollierbaren
Schwankungen ausgesetzt, so daß dieSchreibempfindlichkeit des Registriergerätes
wesentlich herabgesetzt wird und zu MeßfehIem Anlaß gibt.
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Um die angeführten Mängel zu beheben und eine saubere klare Schrift
bei geringer gleichbleibender Reibung zu gewährleisten, besteht erfindungsgemäß
der mit dem Aufzeichnungsträger in Berührung stehende, elektrisch und thermisch
gutleitend gehalterte Kopf des als Schreibelektrode ausgebildeten Schreibstiftes
aus einem in bekannter Weise durch Legieren oder Sintern eines oder mehrerer Schwermetalle
der V, bis VII. Nebengruppe des Periodischen Systems, z. B. Wolfram, Molybdän, Tantal,
Rhenium, mit hochschmelzenden Edelmetallen, vorzugsweise. der Platingruppe, hergestellten
Werkstoff oder aus einem durch Legieren oder Sintern eines oder mehrerer leitender
Salze dieser Schwermetalle, wie z. B. der Karbide, Boride, Nitride, mit hochschmelzenden
Edelmetallen, vorzugsweise der Platingruppe, hergestellten Werkstoff.
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Für Federspitzen sind Legierungen mit sehr großer Härte bekannt. Da
diese Federspitzen für Schreiborgane verwendet werden, die als Tintenfeder dienen,
müssen sie gegen chemische Angriffe der Schreibflüssigkeit beständig sein, während
bei dem Schreibstift gemäß der Erfindung der Kopf des Schreibstiftes, bei dem eine
Schreibspur durch Einwirkung eines elektrischen Potentials auf metallisierte Aufzeichnungsträger
erzeugt wird, elektrisch nicht angegriffen werden soll.
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Soweit gesinterte Platinlegierungen mit Zusätzen bis zu 30 % der Metalle
der Platingruppe und schwer schmelzenden Oxyden von unedlen Metallen bekannt sind,
werden diese Legierungen für Vorgänge eingesetzt, bei denen Temperaturen von 1000°
C und höher auftreten, oder in den Fällen, in denen korrodierende Einwirkungen eintreten,
unter denen in üblicher Weise hergestellte Metalle einer Rekristallisation oder
Vergröberung der Struktur oder einer anderen Verschlechterung unterliegen, die sich
in
Schwächung der mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit oder
Härte, auswirken würden. Als Hauptanwendungsgebiete sind genannt: Katalysatoren
für Oxydation von Amoniak zu Stickstoffoxyden, Werkzeuge oder andere Apparate zur
Herstellung und Behandlung von fließendem geschmolzenem Glas sowie Thermoelemente,
Ofenheizelemente, katalytisch wirkende Drahtnetze, chemische Apparate, die Herstellung
von Zündkerzenelektroden u. ä. -Für einen Schreibstift zum Erzeugen von Schreibspuren
durch Einwirkung eines elektrischen Potentials sind die bekannten Legierungen ungeeignet,
da hierbei Metallwanderungen und Abbrand auftreten würden, die ein Gleiten mit sehr
kleiner Reibung unmöglich machen.
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Es sind auch Schreibelektroden bekannt, die zur Erzeugung von Schreibspuren
durch Wärmewirkung verwendet werden und bei denen große mechanische, chemische und
insbesondere thermischeWiderstandsfähigkeit gefordert wird. Bei der Erfindung ist
durch die erzielte hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit des Schreibstiftes
gerade dafür Sorge getragen, daß die durch das elektrische Feld zwischen Schreibstift
und metallisiertem Aufzeichnungsträger entstehende Wärme gut und schnell abgeleitet
wird.
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Bei dem Schreibstift- gemäß der Erfindung handelt es sich um einen
solchen, der mit sehr geringer Reibung auf dem Aufzeichnungsträger gleiten soll,
um eine hohe Schreibempfindlichkeit zu erreichen. Die Bildung der Schreibspur wird
durch eine zwischen Schreibstift und Aufzeichnungsträger liegende elek= trische
Potentialdifferenz hervorgerufen, welches bei dem sehr leichten Gleiten des Schreibstiftes
Funkenüberschläge bzw. kurze Lichtbögen an dem Berührungspunkt erzeugt, wodurch
das Metall verdampft. Die Schreibspur entsteht also nicht durch Erwärmung des Stiftes,
sondern durch die elektrische Potentialdifferenz zwischen Schreibstift und dünner
Metallschicht. Daher sind die wichtigsten Anforderungen an den Schreibstift in erster
Linie nicht etwa geringe mechanische Abnutzung und hohe chemische Beständigkeit,
sondern- hoher Widerstand gegen den elektrischen Materialangriff durch Stromwärme,
Funken bzw. kurze Lichtbögen und gegen das Ansetzen von verdampftem Material an
der Schreibspitze. Es muß daher die an der Berührungsstelle auftretende hohe Temperatur
von mehreren 10001C
durch die Halterung des Schreibstiftes schnell abgeführt
werden, wobei der Kopf diese Temperaturen ohne Veränderung der glatten Oberfläche
vertragen muß. Das Material am Kopf muß eine hohe Schmelz-und Siedetemperatur und
vor allem eine große Zerstäubungsfestigkeit sowie eine gute Leitfähigkeit und gute
metallische Verbindung zur Schreibstifthalterung haben. Der Gehalt an hochschmelzenden
Edelmetallen muß relativ hoch sein, und es muß sich eine Kristallstruktur bilden,
um die gestellten Bedingungen zu erfüllen. Auch- darf das Schreibmaterial keine
Kleb- und Schweißneigung zum Metall des Aufzeichnungsträgers, keine Aufrauhung durch
Materialwanderung und -abbrand bekommen. Ferner darf sich das verdampfte oder verbrannte
Metall des Aufzeichnungsträgers nicht an der Schreibspitze ansetzen oder sich mit
dieser legieren. Eine chemische Veränderung der Schreibfläche durch große Wärme
darf nicht auftreten. Daß das Material eine große Härte hat, ist nicht unbedingt
erforderlich und nur durch die Zusammensetzung der Legierung gegeben.
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Bei dem Schreibstift gemäß der Erfindung werden vorzugsweise den,
genannten Metallen der V. bis VII. Nebengruppe des Periodischen Systems bzw. deren
Karbiden, Boriden oder Nitriden etwa 2 bis 60 Gewichtsprozent der hochschmelzenden
Edelmetalle der Platingruppe einzeln oder in mehreren Komponenten hinzugegeben.
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Diese hochschmelzenden Edelmetalle legieren sich zum Teil mit den
genannten Grundmetallen, der V. bis VII. Nebengruppe des Periodischen Systems und
haben bei Zusammensetzungen, die homogene Mischkristalle bilden, die günstigsten
Eigenschaften bezüglich eines geringen elektrischen Verschleißes und einer hohen
Korrosionsbeständigkeit.
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Werkstoffzusammensetzungen, bei denen die prozentualen Anteile der
Komponenten des Werkstoffes des Schreibstiftes so gewählt sind, daß sich im Atomaufbau
ein geordneter Zustand einstellt bzw. sich eine Überstruktur im Kristallgitter bildet,
haben. den Vorteil, daß in diesem Zustand der spezifische elektrische Widerstand
bekanntlich. seinen kleinsten Wert erhält.
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Werkstoffe aus den leitenden Salzen der erwähnten hochschmelzenden
Schwermetalle der V. bis VII. Nebengruppe des Periodischen Systems in Verbindung
mit den hochschmelzenden Edelmetallen der Platingruppe werden auf pulverkeramischen
Wege hergestellt und gesintert.
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Ferner ist es vorteilhaft, dem beschriebenen Werkstoff des Schreibstiftes
noch geringe Mengen unedlen Metalls, z. B. Nickel, Chrom, Kupfer, Indium, Kadmium
oder Beryllium, zuzusetzen.
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Als Beispiel für einen erfindungsgemäßen Schreibstift werden. folgende
Zusammensetzungen. angegeben, wobei die unter den betreffenden chemischen Kurzzeichen
angegebenen Zahlen den Anteil in Gewichtsprozenten angeben.
| Schwermetalle Hochschmelzende Edelmetalle |
| f Mo... f Ta ir ] RU Os |
| t |
| .40 bis 70 - `- - 30 bis 60 I - - - |
| I 30 bis 60 - 40- bis 70 i - _ |
| 30 bis 60 40 bis 70 |
| 30 bis 80 20 bis 70 |
| 40 bis 80 - 20 bis 60 - |
| 40 bis 70 - -- - - 10 bis 30 20 bis 60 - |
| 40 bis 70 10 bis 30 20 bis 60 ( - |
| 40 bis 60 ; _- - 20 bis 40 _ - I . - 20 bis 40 |
| 40 bis 70 - -- - - - - 20 bis 60 i 10 bis 30 |
| 40 bis 70- 20 bis 60 10 bis 30 |
| 10 bis 70 ; - - - ;- - = - 10.bis 30 i 20 bis 60 - |
| Salze von Hochschmelzende Edelmetalle |
| Schwermetallen |
| WC oder WB |
| Ir I Rh I Ru I Os |
| 75 bis 98 2 bis 25 - - ; - |
| 75 bis 98 - 2 bis 25 - - |
| 75 bis 98 - - 2 bis 25 |
| 75 bis 98 - i - j - 2 bis 25 |
Für einen erfindungsgemäßen Schreibstift, bei welchem die Anteile der Komponenten
des Werkstoffes desselben so gewählt sind, daß die Bildung einer Überstruktur im
Gitteraufbau eintritt, wird als Beispiel angeführt:
| Schwermetall Hochschmelzende Edelmetalle |
| W |
| Ir I Ru |
| 50 50 - |
| 40 - 60 |
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
eines mit einem erfindungsgemäßen Schreibstift ausgerüsteten Registriergerätes schematisch
angedeutet. Der metallisierte Aufzeichnungsträger 1 wird durch die beiden Rollen
2 und 3 geführt. Oberhalb der Rolle 3 drückt der hier als Schreibelektrode ausgebildete
Schreibstift 4 beispielsweise mittels einer nicht dargegestellten Feder auf den
metallisierten Aufzeichnungsträger 1. An die Rolle 2 und die Schreibelektrode 4
wird die Schreibspannung U angelegt. Die Schreibelektrode 4 steht unter der Einwirkung
eines nicht dargestellten Meßgerätes und schlägt entsprechend den Meßwerte-n aus.
Die Schreibelektrode 4 besteht aus einem gemäß der Erfindung für die Schreibelektrode
vorgeschlagenen Werkstoff, also beispielsweise aus einer Wolfram-Iridium-Legierung.
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Es ist auch möglich, lediglich den Kopf der Schreibelektrode aus einer
Wolfram-Iridium-Legierung herzustellen und diesen Kopf an einer aus einem gut leitenden
Metall bestehenden Halterung zu befestigen.