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Kathodenstrahlröhre
Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einer Hülle, die eine Frontplattenschüssel mit einem senkrecht zur Röhrenhauptachse verlaufenden Frontplattenabschnitt und einen am Umfang ange- ordneten Seitenwandabschnitt aufweist, sowie eine der Frontplatte benachbarte und im wesentlichen die gleiche Abmessung aufweisende Elektrode, zu deren Befestigung innerhalb der Frontplattenschüssel eine
Anzahl an der Innenfläche des Seitenwandabschnittes angebrachte kegelstumpfförmige Stützbolzen vorgesehen ist, von denen jeder ein blattfederförmiges Stützband aufnimmt, dessen eines Ende an der Elektrode befestigt ist und das an seinem andern freien Ende eine Öffnung zur Aufnahme der Bolzen besitzt.
Bei der abnehmbar in der Nähe des Leuchtschirmes der Röhre zu befestigenden Elektrode handelt es sich beispielsweise um eine Schattenmaskenelektrode, wie sie bei Farbfernsehröhren erforderlich sind.
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine Befestigung für derartige Elektroden vorzusehen, mit deren Hilfe die Elektrode während des Fabrikationsvorganges der Röhre mehrmals auf ihren Stützen befestigt und wieder abgenommen werden kann, wobei die Elektrode nicht nur jedes Mal genau in dieselbe Lage zu liegen kommt, sondern überdies durch thermische Ausdehnungen während des Betriebes der Röhre bedingte Verschiebungen der Elektrode verringert werden.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bolzen am Umfang längs der Seitenwand gegen die Symmetrieachsen der Frontplatte versetzt angeordnet sind und die Stützbänder auf der Elektrode in der gleichen Richtung gegen die Symmetrieachsen versetzt befestigt sind und die Grösse dieser Versetzungen so bemessen ist, dass während des Betriebes der Röhre die Summe der Ausdehnung eines Bandes zwischen seiner Öffnung und seinem Befestigungspunkt an der Elektrode und der Ausdehnung der Seitenwand zwischen dem Bolzen für dieses Band und der Symmetrieachse gegen die der Bolzen versetzt ist, gleich ist der Ausdehnung der Elektrode zwischen dem Befestigungspunkt des Bandes und der Symmetrieachse, gegen die dieses Band versetzt an der Elektrode befestigt ist.
In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Kathodenstrahlröhre, Fig. 2 eine Schnittansicht der Kathodenstrahlröhre längs der Linie 2-2 der Fig. l, die Fig. 3 und 4 zwei Ansichten der blattfederförmigen Stützbänder der Röhre, welche die Stützbolzen aufnehmen in vergrösserter Darstellung gemäss Fig. 1, Fig. 5 eine teilweise im Schnitt gezeigte vergrösserte Ansicht des mit einer Öffnung versehenen Stützbandes, welches auf dem Stützbolzen angeordnet ist, Fig. 6 eine SchnittansichtlängsderLinie 6-6 der Fig. 5, die Fig. 7, 8 und 9 vergrösserte Ansichten von verschiedenen Öffnungen und Ausführungen von Kontaktelementen des Stützbandes gemäss den Fig. 3 und 4 und Fig. 10 einen Grundriss eines gegenüber den Fig. 3 und 4 abgeänderten Stützbandes.
Die inFig. 1 ersichtliche Kathodenstrahlröhre 10 besteht aus einer Hülle 12 mit einer flachen Frontplattenschüssel 14, welche in der Mitte senkrecht zur Hauptachse A-A der Kathodenstrahlröhre 10 angeordnet ist. DieFrontplattenschüssel 14 ist an ihrem offenen Ende längs des Ringes 15
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an das offene Ende eines Trichters 16 der Hülle 12 durch einen Frittenringverschluss 18 aufge- setzt. Die Frontplattenschüssel 14 besteht aus einem im allgemeinen rechteckigen gekrümmten
Frontplattenabschnitt 20 und aus einem diesen umgebenden Seitenwandabschnitt 22. Die Frontplat- te 20 besitzt senkrecht sich schneidende Haupt-und Nebenachsen x-x, y-y, welche die Röhren- achse A-A senkrecht durchsetzen.
Die Innenfläche 24 der Seitenwand 22 läuft bezüglich der
Röhrenachse A-A von der Frontplatte 20 gegen den Ring 15 konisch auseinander. Ein Mosaik- leuchtschirm 26 besitzt eine Vielzahl von punktähnlichen Auflagen von verschieden farbenaussen- denden Phosphoren, welche an der Innenfläche der Stirnplatte 20 niedergelegt sind. Entsprechend be- reits bekannter Verfahren kann der Schirm 26 aluminisiert sein.
Eine mit unzähligen Öffnungen versehene Schattenmaskenelektrode 28 ist der Frontplatte 20 und dem Mosaikphosphorschirm 26 benachbart angeordnet und weist annähernd dieselben Abmessun- gen auf. Die Schattenmaskenelektrode besteht aus einem vielfach durchlöcherten Metallblech 30, welches im allgemeinen auf einem rechteckigen Rahmen 32 befestigt ist. Der Rahmen 32 weist einen L-förmigen Querschnitt auf (Fig. 1), wobei der Schenkel 34 des Rahmens im wesentlichen parallel zur Röhrenhauptachse A-A verläuft. In den Zeichnungen ist die vielfach durchlöcherte Mas- ke 30 und der Rahmen 32 aus Gründen der Deutlichkeit annähernd gleich stark eingezeichnet. In
Wirklichkeit ist jedoch der Rahmen 32 weitaus dicker als die durchlöcherte Maske 30.
Vier Stützbolzen 36 für die Elektrode sind an der konischen Fläche 24 der Seitenwand 12 in der Mitte zwischen den vier Ecken derselben befestigt. Ein jeder der Bolzen 36 besitzt ein kegel- stumpfförmiges Ende 38, dessen Achse senkrecht zur konischen Fläche 24 verläuft und sich nach innen in Richtung gegen die Mitte der Röhre 10 erstreckt.
Eine Anzahl von blattfederförmigen Stützbändern 40 werden an einem Ende am Schenkel 34 des Rahmens 32 der Schattenmaskenelektrode befestigt. Jedes Stützband 40 ist nahe seines andern (freien Endes) mit einer geeigneten Öffnung versehen, welche das kegelstumpfförmige Ende 38 der Stützbolzen 36 aufnimmt und die Schattenmaskenelektrode 28 innerhalb der Frontplattenschüssel 14 festhält. Die blattfederförmigen Bänder 40 sind so beschaffen, dass ihre mit der Öffnung versehenenfreien Enden gegen den Rahmen 32 gepresst werden können, um die Schattenmaskenelektrode 28 auf den Bolzen 36 zu befestigen bzw. wieder abnehmen zu können. Eine solche abnehmbare Befestigung der Maskenelektrode 28 ist sehr zweckmässig, da die Maskenelektrode während der Aufbringung des Mosaikphosphorschirmes 28 durch einen bereits bekannten Aufbringungsvorgang entfernt werden kann.
Bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 wird ein jedes der blattfederförmigen Stützbänder 40 längs der Linie 42 nahe der Mitte des Bandes gebogen, um einen freien Endabschnitt 44 mit einer den Stützbolzen 36 aufnehmenden Öffnung 46 vorzusehen, und einen Abschnitt 48, welcher beispielsweise am Schenkel 34 des Rahmens 32 der Elektrode angeschweisst ist. Die Biegelinie 42 des Bandes 40 (s. Fig. 3) schliesst mit der langen Kante 50 des Bandes einen spitzen Winkel ein, so dass bei gleichmässiger Befestigung des Stützabschnittes 48 des Bandes am Rahmenschenkel 34 der freie Endabschnitt 44 bezüglich des Rahmenschenkels 34 und der Röhrenhauptachse A-A leicht geneigt ist.
Der Winkel der Biegelinie 42 ist so bemessen, dass der freie Endabschnitt 44 im wesentlichen parallelzurkonischenFläche 34 der Seitenwand 22 angeordnet ist. Dadurch wird das konische Ende 38 des Stützbolzens 36 im wesentlichen normal zum freien Endabschnitt des Stützbandes aufgenommen.
Wird die Biegelinie unter einem Winkel angeordnet, um den freien Endabschnitt 44 des Stützbandes 40 aufzubiegen, ist es möglich, einen Stützbolzen 36 zu verwenden, welcher bezüglich seiner eigenen Achse symmetrisch ist und so die Anbringung der Stützbolzen an der Seitenwand 22 vereinfacht. Bei Fehlen einer Neigung zu dem mit der Öffnung versehenen Abschnitt des Stützbandes, muss der Stützbolzen mit einer Basis versehen werden, welche bezüglich der Achse des Bolzens geneigt ist, um eine senkrechte Ausrichtung zwischen dem Bolzen und dem gelochten Abschnitt des Stützbandes vorzusehen. Eine solche Ausführung erfordert eine Ausrichtung des Bolzens bei seiner Befestigung an der Seitenwand 22.
Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, besitzt jedes Stützband 40 eine Anzahl vorzugsweise jedoch drei Bolzenkontaktflächen 52, welche von der Öffnung 46 nach innen gerichtet sind. Die Kontaktflächen 52 des Bolzenswerden als querverlaufende Endflächen der drei Stützfinger vorgesehen, welche nach innen gegen die Öffnung 46 gerichtet sind. Die Kontaktflächen 52 sind unter einem
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Dieser Winkel wird durch ein leichtes Aufbiegen des Stützfingers 54 aus der Ebene des Stützban- des 40 vorgesehen. Die Kontaktflächen 52 können auch abgeschliffen werden, um den gewünsch- ten Winkel ss zu erhalten. In beiden Fällen ist der Winkel ss gleich oder vorzugsweise etwas grö- sser als der Konuswinkel ou des kegelstumpfförmigen Bolzenendes 38.
Beispielsweise können die
Winkel a und ss 12 bzw. 150 betragen. Wird das Stützband 40 auf das Bolzenende 38 aufge- bracht, berührt die hintere Kante 56 der Kontaktfläche 52 im Gegensatz zur vorderen Kante 58 das Bolzenende 38. Wird das Stützband 40 leicht nach abwärts auf das Bolzenende 38 gedrückt. können die drei Finger 54 das Ende 38 nicht abreiben. Wenn das Stützband 40 mehrere Male auf das Bolzenende aufgesetzt wird, wie dies gewöhnlicherweise bei der Herstellung einer Kathoden- strahlröhreder Fall ist, wird das Bolzenende nur unwesentlich verformt, so dass ein Aufsetzen des Stütz- bandes 40 in derselben Lage erfolgt, wie beim ersten Mal.
Die durch die Kontaktflächen 52 hergestellte Berührung kann durch die hintere Kante 56 allein oder durch dieGesamtfläche der Kontaktflächen 52 einschliesslich der vorderen Kante 58 erfolgen.
In den Fällen, in denen die Winkel et und ss gleich sind, wird die Berührung durch die Gesamtfläche der Kontaktflächen 52 erfolgen. Wichtig dabei ist, dass der Winkel ss nicht kleiner ist als der Winkel ct (wie dies bisher der Fall war), wodurch nur die vorderen Kanten 58 den Bolzen berühren würden. Daraus würde sich eine rasche Abnutzung des Bolzens und ein ungenauer Sitz des Stützbandes 40 auf dem Bolzen ergeben.
Dort, wo der Kontakt durch die hintere Kante 56 allein erfolgt, wird die Berührung notwendigerweise einen beschränkten Abschnitt der Fläche der Endfläche 52 mit einschliessen. Eine Bezugnahme auf die Berührung der hinteren Kante allein soll daher eine Berührung durch einen beschränkten Abschnitt der Kontaktfläche nicht ausschliessen.
Um eine mögliche Verdrehung des Bolzenendes 38 durch die Kontaktflächen 52 weiter zu verringern, besitzen die Flächen 52 einen bogenförmigen Verlauf. Dieser ist so ausgebildet, dass er mit dem bogenförmigen Verlauf des Bolzenendes 38 an den Stellen, an denen die Flächen 52 aufliegen, übereinstimmt.
Obwohl das Stützband 40, welches eine Öffnung mit Fingern 54 (Fig. 5, 6) aufweist, bevorzugt wird, können andere Ausführungsformen für das Stützband vorgesehen werden. Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen andere geeignete Ausführungsformen von Öffnungen.
In Fig. 7 ist eine im wesentlichen dreieckige Öffnung vorgesehen. Die drei Bolzenberührungsflächen 62 sind konisch ausgebildet, so etwa durch Ausprägen der Öffnung oder durch geeignetes Abschleifen der Flächen 62.
In der in Fig. 8 gezeigten dreieckigen Öffnung sind Schlitze 66 in das Stützband eingeschnitten.
Die Bolzenberührungsflächen 68 der Öffnung 64 erhalten durch Prägen, Schleifen oder Biegen der den Bolzenberührungsflächen 68 benachbarten Abschnitte des Bandes einen konischen Verlauf. Das Biegen erfolgt ähnlich, wie bei den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Stützfingern 54.
In Fig. 9 wird eine etwa kreisförmige Öffnung 70 gezeigt, welche nach innen sich erstreckende Stützfinger 52 aufweist, die den Fingern 54 in den Fig. 5 und 6 ähnlich sind. Die Stützfinger 72 haben im wesentlichen gerade Bolzenberührungsflächen 74. Die Bolzenberührungsflächen 74 verlaufen konisch, beispielsweise durch Biegen der Finger 72 oder durch Abschleifen der Flächen 74 in die gewünschte Form.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Kathodenstrahlröhre 10 ist der Rahmen 32 der Schattenmaskenelektrode so gekrümmt, dass er im wesentlichen mit der Krümmung der Frontplatte 20 an ihrem Umfang übereinstimmt. Der Ring 15 der Frontplattenschüssel ist jedoch flach ausgebildet.
Dieser Ring liegt in einer Ebene senkrecht zur Röhrenhauptachse A-A. Aus der Krümmung des Elektrodenrahmens 32 und dem ebenen Verlauf des Ringes 15 ergibt sich, dass der Rahmen 32 ander Mitte 78 der Längsseiten der Seitenwand weiter vom Ring 15 entfernt ist als die Mitte 80 der kürzeren Seiten der Seitenwand 22. Für einige Zwecke kann es vorteilhaft sein, dass die vier Stützbolzen 36 für die Elektrode 28 (Fig. 1 und 2) an der Seitenwand 22 in annähernd gleichem Abstand vom Ring 15 befestigt werden. Um diesen gleichen Abstand zu erhalten, können zwei blattfederförmige Stützbänder 82 (Fig. 10) zusammen mit den Bändern 40 aus den Fig. 3 und 4 verwendet werden. Das Stützband 82 ist ähnlich dem Stützband 40 ausgebildet, nur dass das Stützband 82 einen Seitenstreifen an seinem der Endfläche 44 gegenüberliegenden Ende aufweist.
Nachdem das Stützband 82 auf dem Elektrodenrahmen 32 aufgebracht, ist wird der Streifen 84 längs des Rahmenschenkels 34 angeordnet und mit ihm verschweisst, so dass die mit der Öffnung versehene Fläche zumindest teilweise unterhalb des Rahmenschenkels 34 liegt, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich
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ist. Dadurch liegen die Öffnungen 46 der Stützbänder 82, welche an den Längsseiten der recht- eckigen Maskenelektrode 28 verwendet werden, im wesentlichen in der gleichen Ebene mit den Öff- nungen 46 der Stützbänder 40, welche an den kürzeren Seiten der Maskenelektrode verwendet wer- den. Die Anordnung der Öffnungen 46 in derselben Ebene vermindert die Wahrscheinlichkeit, dass das Glas durch Spannungen zerbricht, da sich diese durch die Anwesenheit der Stützbolzen 36 aus- gleichen.
Unter normalen Betriebsbedingungen wird sich die Schattenmaskenelektrode der Kathodenstrahl- röhre durch den Elektronenbeschuss erwärmen und sich relativ zur Frontplattenschüssel 14 ausdehnen.
Eine solche Ausdehnung bewirkt eine Verschiebung der Maskenlöcher relativ zu den Phosphorpunkten des
Schirmes 26. Wenn eine solche Verschiebung nicht kompensiert wird, ergibt sich keine Übereinstim- mung des Elektrodenstrahls mit den Phosphorpunkten. Eine Kompensation kann dann leicht erreicht wer- den, wenn sich jedes Maskenloch im wesentlichen nur radial vom Mittelpunkt der Maske verschiebt.
Die Kompensation kann dann leicht mit einer optischen Linse erreicht werden, u. zw. beim Herstellen der Röhre, währenddessen anstatt eines Elektronenstrahles Licht durch die Schattenmaske gestrahlt wird.
Dieses Licht fällt dann auf eine lichtempfindliche Platte, die anschliessend entwickelt wird. Die belich- teten Punktflächen werden ausgeätzt und die Platte dient schliesslich zum Aufbringen der Leuchtstoff- punkte auf den Bildschirm. Eine Linse, welche eine radiale Korrektur vorsieht, ist beispielsweise in der
USA-Patentschrift Nr. 2, 817, 276 beschrieben.
Wenn sich die Schattenmaskenelektrode 28 thermisch ausdehnt, ohne dass auf sie erzwungene
Kräfte einwirken (beispielsweise durch Feder-Bolzen-Halter), wird sich jeder Punkt auf der Masken- elektrode 28 im wesentlichen in radialer Richtung in bezug auf den Mittelpunkt der Elektrode be- wegen. Von den Punkten am Umfang der rechteckigen Maskenelektrode 28 werden die vier Punkte auf den Achsen x-x, y-y und die vier Punkte an den Ecken der Elektrode in einer Lage gegenüber der Schüssel 14 verbleiben, in der sie sich schon vor Beginn der Ausdehnung befanden. Jeder andere Punkt am Umfang der Maskenelektrode 28 wird sich seitlich längs des Durchmessers der Schüssel 14 weg von dem Punkt der Schüssel bewegen, dem er vor der Erwärmung gegenüber lag.
Um eine Ausdehnung der Maskenelektrode 28 zu erreichen, bei der jeder Punkt sich im wesentlichen radial bewegt, muss die Maskenelektrode so befestigt werden, dass die Punkte an ihrem Umfang an den Achsen x-x, y-y und an den Ecken der Elektrode (mehr als an den ändern Punkten) gezwungen werden, während der Ausdehnung unbeweglich gegenüber gegebenen Punkten der Schüssel zu bleiben. Werden andere Punkte am Umfang der Maskenelektrode gezwungen, gegenüber gegebenen Punkten der Schüssel während der Ausdehnung unbeweglich zu verbleiben, wird sich eine Verdrehung, welche sehr schwer zu kompensieren ist, als auch eine radiale Ausdehnung der Maske ergeben.
Das für die Anbringung der Bolzen 36 auf die Schüssel 14 verwendete Verfahren bringt noch einen weiteren Vorteil mit sich, da die Maskenelektrode so befestigt ist, dass die Punkte an ihrem Umfang auf den Achsen x-x, y-y und an den Ecken gegen seitliche Verschiebung verspannt sind. Gemäss einem für das Aufbringen der Bolzen an die Schüssel verwendeten Verfahren, wird ein Teil eines jeden Bolzens zunächst mit einem Bindemittel, etwa Glasfritte beschichtet. Dann werden die Bolzen unter Verwendung der Maskenelektrode als Schablone in der Schüssel mit der Innenfläche der Seitenwand 22 in Berührung gebracht. Die Fritte wird durch Erwärmung erweicht und dann gehärtet, um die Bolzen auf der Seitenwand zu befestigen.
Erhärtet die Fritte an allen Bolzen nicht gleichzeitig, treten Ausdehnungen und Schrumpfungen der Maske während der Erhärtung der Fritte der verschiedenen Bolzen ein, wodurch die Maskenelektrode nicht richtig aufliegt, wenn sie während des Herstellungsvorganges mehrmals abgenommen und wieder aufgesetzt wird, es sei denn, dass die Maskenelektrode so befestigt ist, dass Punkte am Umfang der Maske auf den Achsen x-x, y-y und an den Ecken gegen seitliche Verschiebung verspannt sind.
Da es sehr schwierig ist, die Bolzen an der Frontschüssel nahe ihren Ecken zu befestigen, wird jedochdiese Art der Befestigung nicht bevorzugt. Wie noch später ausgeführt, wird die gewünschte Stütze der Maskenelektrode 28 durch ein Versetzen der Bolzen 36 und der Federn 40 bzw. 82 von den Achsen x-x, y-y erhalten, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Bolzen 36 werden von den vier Enden der Achsen x-x, y-y um den Abstand a in Umfangsrichtung (in Fig. 2 im Uhrzeigersinn) versetzt. Die Punkte auf dem Maskenrahmen 32 auf die die Stützbänder 40 und 82 angebracht sind, werden im Abstand b, welcher grösser ist als der Abstand a, in dieselbe Umfangsrichtung versetzt. In Fig. 2 stellt der Abstand c die Länge des Stützbandes 40 bzw. 82 vom Mittelpunkt seiner Öffnung zu seinem Befestigungspunkt am Maskenrahmen 32 dar.
Diese versetzte Anordnung wirddeshalbvorgenommen, umdieunregelmässigetangentialeAusdehnung der Stützbänder 40 bzw. 82,
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der Glasschüssel 14 und der Maske 32 zu kompensieren. Eine solche ungleichmässige Ausdehnung tritt deshalb ein, da die für diese Röhrenteile gewöhnlicherweise verwendeten Materialien so beschaffen sind, dass die Bänder 40 bzw. 82 den grössten, die Glasschüssel den niedrigsten und die Maskenelektrode einen dazwischenliegenden Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise bestehen die Stützbänder 40 bzw. 82 aus rostfreiem Stahl S44S4 mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 4, 1. 10-40 C.
Die, Schüssel besteht aus Glas mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 2, 5. 10-40 C und der Maskenrahmen aus kalt gewalztem Stahl mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 3, 3. 10-"40 C.
Gleichgültig welche Materialien für die Stützbänder 40 bzw. 82, die Glasschüssel 14 und den Maskenrahmen 32 verwendet werden, wird die Versetzung a und b und die Bandlänge c so gewählt, dass bei Erwärmung der Kathodenstrahlröhre während des Betriebes die Längsausdehnung a plus der Ausdehnung des Bandes längs der Strecke c im wesentlichen gleich der Rahmenausdehnung längs der Strecke b ist. Die Punkte am Umfang der Maske auf den Achsen x-x, y-y werden dadurch tangential nicht verschoben, während eine Verschiebung der Maskenlöcher entsprechend der Ausdehnung im wesentlichen in radialer Richtung erfolgt.
Um die Herstellung der Kathodenstrahlröhre 10 zu erleichtern, wird zumindest ein Stützbolzen 36 in einen von der theoretischen Berechnung leicht abweichenden Abstand versetzt. Wird die Maske 28 von der Frontplattenschüssel 14 entfernt, ist dadurch ein Einsetzen in genau dieselbe Lagegewährleistet. Insbesondere ist es nicht möglich, die Maske 28 in einer um 1800 gedrehten Lage wieder einzusetzen. Beispielsweise wird ein der Hauptachse x-x nahe liegender Stützbolzen 36 um einen im Vergleich zum berechneten Wert grösseren Abstand versetzt, während der andere, dem ändern Ende der Hauptachse x-x benachbarte Stützbolzen 36 um einen im Vergleich zum berechneten Wert kleineren Abstand versetzt wird.
Bei einer Ausführung einer Kathodenstrahlröhre 10 mit einer Diagonale der Frontplatte von 63, 5 cm und bei Verwendung der oben beschriebenen Materialien werden mit Erfolg folgende Versetzungen vorgenommen : (a) ein jeder der beiden Bolzen 36 ist nahedery-y-Achse um 15, 87 mm versetzt ; (b) einer der Bolzen nahe der x-x-Achse ist um 14,29 mm und der andere Bolzen nahe der x-x-Achse um 17, 46 mm versetzt ; (c) die Länge eines jeden der vier Stützbolzen 40 bzw. 82 ist von einer Öffnung 46 zu seinem Befestigungspunkt am Maskenrahmen 32 etwa 38, 1 mm entfernt.