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Die Erfindung betrifft einen Trichter
für eine
Kathodenstrahlröhre,
mit einem einen Trichterkörper
bildenden Trichterbereich mit einem an dessen Spitze angeformten
Parabelbereich und mit einem Trichterhals, der am Parabelbereich
angebracht ist, wobei der Parabelbereich in mindestens einem Teilabschnitt
zwischen den Anschlußstellen
zum Trichterhals und zum Trichterkörper einen rechteckigen, im übrigen einen
im wesentlichen runden Querschnitt aufweist, und die Innenkontur
der Wandung des rechteckigen Parabel-Abschnittes nach innen gewölbt ist.
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Ein derartiger Trichter ist beispielsweise
aus der
WO 98/07174
A2 bekannt.
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Kathodenstrahlröhren werden im großen Umfang
für Fernsehgeräte und Displays
für Rechner
eingesetzt. Sie bestehen aus einem Glastrichter, der gemeinsam mit
dem Bildschirm den evakuierten Raum der Kathodenstrahlröhre bildet.
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Der Trichter selbst gliedert sich
in drei Bereiche: den Hals, der die Elektronenstrahlkanone enthält und zylindrisch
ausgebildet ist; dem Parabelbereich, um den herum die Ablenkspule
zur Führung
des Elektronenstrahls angeordnet ist und der eine runde, anwachsende
Querschnittsfläche
aufweist; dem Trichterkörper,
dessen Querschnittsfläche
stetig zunimmt und von einer runden in eine rechteckige Form übergeht,
bis die Querschnittsfläche
des Bildschirms erreicht ist. Unter einem Rechteck ist dabei eine
Fläche
zu verstehen, die im wesentlichen rechteckig ist, aber abgerundete
Ecken haben kann.
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Entsprechend der rechteckigen Form
des Bildschirmes ist auch die Fläche
des Bereiches, der vom Elektronenstrahl überstrichen wird, rechteckig.
Dies führt
dazu, daß in
dem Bereich des Trichters, in dem dessen Querschnitt rund ist, insbesondere
im Parabelbereich, ein großer
Anteil der Fläche
nicht genutzt wird. Da außerdem
die Ablenkspulen-Einheit zur Führung
des Elektronenstrahls außerhalb
des Trichters in seinem Parabelbereich angebracht ist, muß ein großer Teil
der Energie (etwa 25 % ), welcher der Ablenkspulen-Einheit zugeführt wird,
für die Überwindung
des Abstandes zum Elektronenstrahl durch das Magnetfeld verwendet werden.
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Aus der
EP 0 813 224 A2 ist bekannt,
einen Glastrichter für
Kathodenstrahlröhren
zu verwenden, dessen Querschnittsfläche nur noch im Trichterhals
rund ist, und die schon ab dem Parabelbereich rechteckig ist. Dadurch
wird erreicht, daß die
ungenutzte Fläche
reduziert wird und die Ablenkspule näher am Elektronenstrahl angebracht
werden kann. Dies führt
zu einer beträchtlichen
Energieeinsparung. Der Nachteil des dort vorgeschlagenen rechteckigen
Parabelbereichs besteht allerdings darin, daß die Kathodenstrahlröhre dadurch sehr
implosionsgefährdeter
wird. An die Geometrie des Glastrichters bzw. an die Art und Weise,
wie die Querschnittsfläche
zunimmt und auf welche Art und Weise sie am Anfang des Parabelbereiches
rechteckig wird, werden daher sehr enge Bedingungen geknüpft. Nur
so läßt sich
eine hinreichende Implosionssicherheit gewährleisten. Aus produktionstechnischer
Sicht besteht außerdem
ein Nachteil darin, daß bei
der Einführung dieser
neuen Form des Parabelbereichs der gesamte Herstellungsprozeß umgestellt
werden muß,
da die vorgeschlagene Glastrichterform stark von der Standardform
abweicht.
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Durch die
DE 199 22 225 C1 ist ein Trichter
für Kathodenstrahlröhren bekannt
geworden, der es ermöglicht,
Energie zu sparen und dabei mit herkömmlichem Trichterkörper jedoch
möglichst
implosionssicher ist. Dies geschieht durch einen Glastrichter für Kathodenstrahlröhren, der
einen Trichterhals, der zylindrisch ausgebildet ist, einen Trichterkörper, dessen
Querschnitt von einer runden Form in eine rechteckige Form übergeht,
wobei die Querschnittsfläche
kontinuierlich anwächst,
sowie der einen Parabelbereich aufweist, der zwischen dem Trichterhals
und dem Trichterkörper
angeordnet ist und dessen Anschlußquerschnitte sowohl zum Trichterkörper als
auch zum Trichterhals im wesentlichen kreisförmig sind, und der sich dadurch
auszeichnet, daß der
Parabelbereich in mindestens einem Teilabschnitt zwischen den Anschlußstellen
zum Trichterhals und zum Trichterkörper einen rechteckigen Querschnitt
aufweist.
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Durch den rechteckigen Querschnitt
im mittleren Bereich der Parabel wird die Glasaußenkontur des Trichters auf
der kleinen und großen
Achse näher
an die Trichtermittelachse gebracht. Die Länge des Bereiches mit rechteckigem
Querschnitt bewegt sich dabei im Zentimeterbereich. Da die Ablenkspulen-Einheit direkt auf
der Glasaußenkontur
des Trichters aufsitzt, wird somit auch die Ablenkspulen-Einheit
näher an
den Elektronenstrahl gebracht, der innerhalb des Trichters verläuft. Das
Magnetfeld, das durch die Ablenkspulen-Einheit zur Führung des
Elektronenstrahls aufgebaut wird, muß daher einen geringeren Abstand überwinden
und kann weniger stark sein. Dadurch wird elektrische Energie eingespart.
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Je größer der Abstand zu der Quelle
eines Magnetfeldes wird, desto größer wird auch der Abstand der Feldlinien.
Da nun das Magnetfeld der Ablenkspulen-Einheit näher am Elektronenstrahl liegt
und daher die Feldliniendichte gegenüber der Feldliniendichte in
Standardparabelbereichen erhöht
ist, kann zudem der Strahl präziser
geführt
werden.
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Der vorstehend bekannte Glastrichter
läßt sich
sowohl im 4:3 als auch im 16:9 Format, den heute gängigen Bildschirmformaten,
realisieren. Der Energiespareffekt kommt dabei um so mehr zum Tragen,
je größer der
Ablenkwinkel ist, was besonders auf Kathodenstrahlröhren im
16:9-Bildschirmformat
zutrifft. Ganz besonders groß ist
dieser Effekt bei Ablenkwinkeln von 120° und größer.
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Dadurch daß, gesehen auf den Gesamtglastrichter,
die Trichterform gegenüber
herkömmlichen Glastrichtern
nur in einem kleinen Bereich, dem mittleren Bereich des Parabelbereiches,
geändert
wird, wird die Implosionssicherheit nur geringfügig verschlechtert. Es hat
sich herausgestellt, daß sich
die Spannung, die im Glas auftritt, im Übergangsbereich zwischen Trichterhals
und Parabelbereich am meisten erhöht. Doch selbst da handelt
es sich nur um eine Änderung
im Prozentbereich. Es sind also keine zusätzlichen Vorkehrungen zur Erhöhung der
Implosionssicherheit vonnöten.
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Vorteilhafterweise entspricht bei
dem vorstehend bekannten Trichter das Seitenverhältnis des rechteckigen Querschnitts
des Parabelbereiches dem Seitenverhältnis des rechteckigen Querschnitts
des Trichterkörpers
an dessen dem Trichterhals entgegengesetzten Ende. An diesem Ende
weist der Trichterkörper
das Seitenverhältnis
des Bildschirms auf. Da der Elektronenstrahl auch eine Fläche mit
diesem Seitenverhältnis abdeckt,
kann die Ablenkspule so angebracht werden, daß sie von allen Seiten möglichst
nah am Elektronenstrahl angeordnet ist, wenn der Parabelbereich
in dem Teilabschnitt mit rechteckigem Querschnitt ebenfalls dieses
Seitenverhältnis
aufweist.
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Dabei wächst vorzugsweise die Querschnittsfläche des
Parabelbereiches kontinuierlich an. Vorzugsweise wird über den
gesamten Parabelbereich die Diagonale der Querschnittsfläche kontinuierlich
länger.
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Der rechteckige Parabelbereich des
vorstehend bekannten Trichters besitzt eine Innenkontur, die zur Trichtermittenachse
hin gewölbt
ist; die zugehörige
Außenkontur
verläuft
dagegen linear. Eine entsprechende Konfiguration des Parabelbereiches
des Trichters zeigen auch die
US 6,255,766 B1 sowie das japanische patent
abstract Nr.
111 209
39 A .
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Durch diese Konfiguration entsteht
eine relativ große
Wandstärke,
so daß die
Minimierung des Abstandes zwischen der Ablenkspulen-Einheit und
dem vom Elektronenstrahl überstrichenen
Bereich begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ausgehend von einem Trichter nach der vorgenannten
DE 199 22 225 C1 diesen
so auszubilden, daß ein
noch geringerer Abstand zwischen der Ablenkspulen-Einheit und dem
vom Elektronen-Strahl überstrichenen
Bereich erzielbar ist, d.h. eine noch geringere Ablenkenergie notwendig
ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt
bei einem Trichter für
Kathodenstrahlröhren
mit einem einen Trichterkörper
bildenden Trichterbereich, mit einem an dessen Spitze angeformten
Parabelbereich und mit einem Trichterhals, der am Parabelbereich
angebracht ist, wobei der Parabelbereich in mindestens einem Teilabschnitt
zwischen den Anschlußstellen
zum Trichterhals und zum Trichterkörper einen rechteckigen, im übrigen einen
im wesentlichen runden Querschnitt aufweist, und die Innenkontur
der Wandung des rechteckigen Parabel-Abschnittes nach innen gewölbt ist,
gemäß der Erfindung
dadurch, daß auch
die Außenkontur
der Wandung des rechteckigen Parabel-Abschnittes unter Bildung einer
doppelkonkaven Struktur der Wandung nach innen gewölbt ist.
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Durch die erfindungsgemäße doppelkonkave
Querschnitt-Konfiguration ergibt sich ein sehr geringer Abstand
zwischen Ablenkspulen-Einheit und Elektronenstrahl und damit eine
signifikant minimierte Ablenkenergie. Ferner bewirkt die vorstehende
Konfiguration, daß die
Wandstärken
sich nicht wesentlich ändern,
was Vorteile hinsichtlich der Spannungsverteilungen und der Fertigung
bedingt.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind
in Unteransprüchen
gekennzeichnet und werden auch in der Figurenbeschreibung dargestellt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird anhand der in der Patentzeichnung dargestellten Figuren erläutert.
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Hierbei zeigt:
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1 einen
Querschnitt durch den rechteckigen Bereich des Parabelbereiches
eines Trichters nach 2 mit
einer doppelkonkaven Konfiguration nach der Erfindung,
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2 einen
Längsschnitt
durch einen halben Glastrichter mit Bildschirm,
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3 einen
Querschnitt durch einen herkömmlichen
Parabelbereich mit rundem Querschnitt, und
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4 einen
Querschnitt durch einen Parabelbereich mit rechteckigem Querschnitt
nach dem Stand der Technik.
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In 2 ist
die obere Hälfte
eines Längsschnittes
durch einen Glas Trichter 1, der mit einem Bildschirm 5 durch
Löten verbunden
ist, gezeigt. Der Glas-Trichter 1 besteht
aus einem Trichterhals 2, einem Parabelbereich 3 sowie
einem Trichterkörper 4.
Im Trichterhals 2 ist eine nicht dargestellte Elektronenkanone
angeordnet. Um den Parabelbereich 3 ist in üblicher
Weise eine Ablenkspule 8 angeordnet. Der Trichterhals 2 ist durchgehend
zylindrisch ausgebildet und als separat hergestelltes Teil an einem
Ende des Parabelbereiches angeschmolzen. Der Parabelbereich 3 weist
im Übergang
zum Trichterhals 2 sowie im einstückigen Übergang zum Trichterkörper 4 eine
kreisförmige
Querschnittsfläche
auf und besitzt dazwischen eine rechteckige Querschnittsfläche, die
kontinuierlich anwächst
und deren Diagonale kontinuierlich länger wird. Der Trichterkörper 4 weist
im Übergang
zum Parabelbereich 3 eine kreisförmige Querschnittsfläche auf,
die aber zum Bildschirm hin rechteckig wird und kontinuierlich anwächst. Dabei
entspricht das Seitenverhältnis
des rechteckigen Querschnitts des Parabelbereichs dem Seitenverhältnis des
rechteckigen Querschnitts des Trichterkörpers an dessen dem Parabelbereich
entgegengesetzten Ende. Außerdem
ist in 2 der Bereich 6 dargestellt,
den der Elektronenstrahl bei maximaler Ablenkung um den Winkel α abdeckt,
sowie der Bereich 7, der dabei von dem Elektronenstrahl
nicht abgedeckt wird.
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Der Schnitt durch den Parabelbereich 3 entlang
der Linie I-I der 2 ist
in 4 dargestellt. Man sieht,
daß bei
einem Parabelbereich 3c mit rechteckigem Querschnitt der
Bereich 7, der vom Elektronenstrahl nicht abgedeckt wird,
bedeutend geringer ist. Die Umwandung des Parabelbereiches 3c mit
rechteckigem Querschnitt bildet quasi die Umrandung des Bereiches 6,
der vom Elektronenstrahl abgedeckt wird. Dies bedeutet, daß die Ablenkspule 8 in
nächster
Nähe zum
Elektronenstrahl angeordnet werden kann und der Elektronenstrahl
schon mit einem Magnetfeld geringerer Energie hinreichend abgelenkt
werden kann.
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In 3 ist
der zu 4 entsprechende
Querschnitt durch einen herkömmlichen
Parabelbereich mit durchgehend rundem Querschnitt 3b dargestellt.
Der vom Elektronenstrahl nicht abgedeckte Bereich 7 macht nun
einen großen
Teil der Gesamtquerschnittsfläche
aus. Nur in den Ecken des vom Elektronenstrahl abgedeckten Bereiches 6 ist
der Abstand zwischen Elektronenstrahl und Ablenkspule ideal klein.
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Die Erfindung baut auf dem bekannten
Bildschirm mit einem rechteckigen Parabelteil gemäß 4 auf. Hauptanliegen der
Erfindung ist es, die erforderliche Ablenkenergie zu minimieren,
um dadurch Kosten zu sparen und dem Umweltschutz gerecht zu werden.
Ausgangspunkt der Erfindung war die Erkenntnis, daß der Querschnitt
der vom Elektronenstrahl überstrichenen
Fläche 6 im
Bereich der Ablenk-Spule 8 nicht exakt rechteckig ist,
sondern konkav geformt ist.
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Erst wenn der Elektronenstrahl den
Einfluß der
Ablenkspule verläßt, ändert der
Elektronenstrahlquerschnitt seine Form, bis er schließlich, beim
Auftreffen auf dem Schirm, einen rechteckigen Querschnitt hat.
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Wie die 4 zeigt, ist es bekannt, daß die Innenkontur 3d des
rechteckigen Parabelabschnittes zum vom Elektronenstrahl überstrichenen
Bereich 6 hin gewölbt
ist, d.h. von außen
gesehen eine konkave Kontur besitzt. Die Außenkontur 3e der Parabel
verläuft
dagegen linear. Durch die dabei entstehende relativ große Wandstärke ist
die Minimierung des Abstandes zwischen der Ablenkspule 8 und
dem vom Elektronenstrahl 6 überstrichenen Bereich begrenzt.
Dieser Abstand kann noch weiter minimiert werden, wenn, wie in 1 dargestellt, auch die
Außenkontur 3e der
Parabel nach innen gewölbt
ist, d.h. von außen
gesehen ebenfalls eine konkave Kontur besitzt. Es entsteht dadurch
ein doppelkonkaver Querschnitt.
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Die konkav geformte Außenkontur 3e,
welche der Innenkontur 3d im wesentlichen folgt, hat den
Vorteil, einen nicht stark veränderten
Abstand von der Innenkontur zu haben, so daß die Wandstärken nicht
wesentlich variieren. Nahezu gleiche Wandstärken bedeuten mit Vorteil gleichmäßigere Abkühlung im
Parabelbereich und damit günstigere
Spannungsverteilungen im Glas. Ferner kann die Kühlraumauslegung der Werkzeuge
aufgrund der nahezu gleichbleibenden Wandstärke einfacher ausgelegt werden.
Komplizierte Konturen im Werkzeug, die immer dann benötigt werden,
wenn die Wanddicken stark unterschiedlich sind, entfallen hier. Darüber hinaus
ergibt sich der wesentliche Vorteil des noch geringeren Abstandes
zwischen Ablenkspule und Elektronenstrahl. Durch diesen geringen
Abstand kann die Energie, die zur Ablenkung des Elektronenstrahls benötigt wird,
noch mehr als im bekannten Fall nach 4 reduziert
werden.
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Die Erfindung umfaßt daher
letztlich einen Trichter für
eine Kathodenstrahlröhre,
dessen Parabel an den konkav geformten Elektronenstrahl optimal
angepaßt
ist.
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Der doppelkonkave Querschnitt kann
sich vollständig
vom Parabelansatz am Trichterkörper 4 bis
hin zum Parabelende am Ansatz des Trichterhalses 2 erstrecken.
Er kann aber auch nur teilweise doppekonkav ausgebildet sein, sollte
sich jedoch mindestens auf 50 % der Parabelhöhe erstrecken. Das Aussehen
des Querschnitts gemäß 1 ändert sich dabei über die
Parabelhöhe
nicht wesentlich.
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Untersuchungen bezüglich des
Festigkeitseinflusses der doppelkonkaven Parabel durch die Finite-Elemente-Analyse
zeigten, daß die
Festigkeit bei nicht zu starker 3-Radien-Kontur nicht nachhaltig
beeinträchtigt
wird. Die Diagonale stellt sich als eine Art Versteifungsrippe dar,
die auf die Stabilität
der Parabel großen
Einfluß hat.
Ist die 3-Radienkontur zu stark ausgeprägt, gibt es einen starken Spannungsbereich,
der aber durch eine weichere 3-Radien-Kontur ausgeglichen werden
kann.
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Die für die Ausbildung des Parabelabschnittes
3 maßgebenden
Größen sind
in der
1 eingetragen. Dabei
bedeuten:
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Für
die Wanddicken gilt dabei die Beziehung DK ≤ DD ≤ DG, d.h. die Diagonalenwandstärke soll
bei dem erfindungsgemäßen Parabelteil
größer/gleich
sein als bei der kleinen Achse und kleiner/gleich sein als bei der großen Achse.
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Die Einstichpunkte der Radien RA, RB, RC,
RD sollen sich außerhalb des Parabelquerschnittes
liegen. Damit ist eine konkave Außenform gewährleistet.
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Die Einstichpunkte der Radien RE und RF sollen innerhalb
des Parabelquerschnittes liegen. Damit ist eine konkave Innenkontur
gewährleistet.
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Bei einem Trichtertyp 76 FW mit einem
Diagonalmaß von
811,6 mm ergeben sich dabei nachstehende Parabelmaße:
| DK | 4,98 mm |
| DD | 5,20 mm |
| DG | 5,68 mm |
| RA | 70 mm |
| RB | 223 mm |
| Rc | 257 mm |
| RD | 140 mm |
| RE | 10 mm |
| RF | 8,5 mm |
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Das Außenmaß in der Diagonalen beträgt 43,3
mm.
