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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kathodenstrahlröhre,
deren Abschlußscheibe aus parallelen Glasfasern besteht.
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Eine derartige Kathodenstrahlröhre ist durch die französische Patentschrift
1296 049 bekannt.
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Die Erfindung bezweckt ein einfaches und wirtschaftlich durchführbares
Verfahren zur Herstellung einer eine derartige Abschlußscheibe besitzenden Kathodenstrahlröhre.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Kathodenstrahlröhre, deren Abschlußscheibe
aus parallelen Glasfasern besteht, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch,
daß die schwach konisch ausgebildete Randfläche einer Glasfaserscheibe mit einem
Glasring von entsprechendem Innenkonuswinkel in horizontaler Lage verschmolzen wird
und daß während des Schmelzvorganges die Glasfaserscheibe auf einer feuerfesten
Grundplatte liegt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung richtet sich auf die
Herstellung einer Kathodenstrahlröhre, bei der die Glasfaserscheibe eine gewölbte
Form hat, und kennzeichnet sich dadurch, daß die tragende feuerfeste Grundplatte
in entsprechender Weise gewölbt ist.
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Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren der Zeichnung. Von den Figuren zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer nach der Erfindung hergestellten Kathodenstrahlröhre,
F i g. 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 eine
im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangende Glasfaserscheibe, F i g. 4 einen
ringförmigen Aufnahmekörper, in dem die Glasfaserscheibe nach F i g. 3 eingesetzt
wird, F i g. 5 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Vorrichtung,
F i g. 6 und 7 weitere Ausführungsformen für die in F i g. 5 dargestellte Vorrichtung,
F i g. 8 einen Schnitt durch eine andere im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangende
Glasfaserscheibe, F i g. 9 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Die in F i g. 1 dargestellte Kathodenstrahlröhre 12 weist als Schirmträger
10 eine Glasfaserscheibe 13 auf, die an den Glaskolben 11 angeschmolzen ist.
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Die Glasfaserscheibe besteht aus mehreren einzelnen, lichtisolierten
und lichtleitenden Glasfasern 14, die gebündelt nebeneinander angeordnet und hermetisch
dicht miteinander verbunden sind, so daß sie ein einstückiges, starres Gefüge bilden,
das vakuumdicht und für unter Druck stehende Luft oder Gase undurchlässig ist und
eine solche Dicke hat, daß es den Drücken gewachsen ist, die infolge des Evakuierens
oder Unterdrucksetzens des Innern des Röhrenkolbens 11 auf den Schirmträger wirken.
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Die Fasern 14 können im Querschnitt jede gewünschte Größe haben,
ihr Durchmesser ist jedoch vorzugsweise nicht kleiner als 0,0025 mm. Jede Faser
besitzt einen Kern aus einem Glas mit einem relativ hohen Brechungsexponenten und
einen dünnen Mantel aus einem Glas mit einem relativ niedrigen Brechungsexponenten.
Die Gläser für den Kern und den Mantel der Fasern sind hinsichtlich ihres Brechungsexponenten
so vorgewählt, daß die Fasern einen gewünschten Lichtaufnahmewinkel haben. Das innerhalb
dieses Winkels einfallende Licht wird nach dem bekannten Prinzip der Innenreflexion
durch die Faser geleitet. Ein Maß des größten Lichtaufnahmewinkels einer glasummantelten
Glasfaser ist durch die Formel
gegeben, in der u die Hälfte des Lichtaufnahmewinkels, n1 der Brechungsexponent
des Kernglases und n2 der Brechungsexponent des Mantelglases ist. Beispielsweise
kann man eine geeignete Faser mit einem Lichtaufnahmewinkel von etwa 60° erhalten,
wenn in an sich bekannter Weise der Kern aus einem optischen Flintglas mit einem
Brechungsexponenten von etwa 1,75 und der Mantel aus einem Kron- oder Natronkalkglas
od. dgl. mit einem Brechungsexponenten von etwa 1,52 besteht.
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Der Schirmträger 10 besitzt außer der Glasfaserscheibe 13 als
mittleren Teil noch einen äußeren Glasring 15, in welchem die Glasfaserscheibe eingesetzt
ist und mit der er an seinem Umfangsrand 13a durch Schmelzung verbunden ist. Diese
Maßnahme wird nachstehend genauer beschrieben. Der Glasring 15 ist mit einem Randflansch
16 versehen, dessen Randstärke annähernd der Dicke des Glaskolbens 11 einer Röhre
12 entspricht, an welcher der Schirmträger 10 angebracht werden soll. Der
Randflansch 16 hat ferner vorzugsweise im wesentlichen dieselbe Profilform und -größe
wie das benachbarte Ende des Röhrenkolbens 11 (F i g. 1 und 2), so daß beim Anbringen
des Schirmträgers 10 an dem Röhrenkolben 15 die Berührungsflächen 17 und 18 der
Teile 15 und 11 einander angepaßt sind.
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Das Anbringen des Schirmträgers 10 an dem Röhrenkolben 11 erfolgt
durch eine Verschmelzung der Flächen 17 und 18 der einander berührenden Teile, vorzugsweise
unter der Einwirkung von Flammenhitze mit Hilfe eines geeigneten Gasbrenners 19.
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Für den Glasring 15 und den Röhrenkolben 11 werden Gläser ausgewählt,
die etwa denselben Schmelzpunkt und dieselbe Wärmedehnzahl haben, damit zwischen
ihnen eine im wesentlichen spannungs- und verformungsfreie Verbindung hergestellt
werden kann. Da die Schmelzverbindung zwischen dem Umfangsrand 13 a der Glasfaserscheibe
13 und dem Glasring 15 durch Wärmeeinwirkung erfolgt, bestehen die Faseranordnung
und der Glasring 15 vorzugsweise aus Gläsern, die hinsichtlich ihrer Wärmedehnzahl
miteinander verträglich sind. Beispielsweise kann in einer bevorzugten Ausführungsform
eines Schirmträgers der Teil 13 aus Fasern 14 mit einem Kern aus einem optischen
Flintglas und einem Mantel aus Natronkalkglas oder Kalinatronbleiglas bestehen,
während der Glasring 15 und der Röhrenkolben 11 vorzugsweise aus einem Kalinatronbleiglas
bestehen.
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Zur Herstellung des Schirmträgers 10 wird in an sich bekannter Weise
der aus Fasern bestehende Teil 13 aus einem langgestreckten Bündel aus miteinander
verschmolzenen Fasern gebildet. Dieses Bündel hat im Querschnitt etwa dieselbe oder
eine etwas größere Größe und Form, wie sie für den fertigen Teil 13 erwünscht
sind. Zur Herstellung des Faserbündels werden Fasern in vorgewählter Anzahl in Gruppen
parallel nebeneinander angeordnet und auf eine solche Temperatur erhitzt, daß die
einander
berührenden Seitenflächen der Fasern miteinander verschmelzen.
Bei der Herstellung von vakuumdichten Faserbündeln der hier erforderlichen Art wird
bei dem Verschmelzungsvorgang gewöhnlich ein seitlicher Druck auf das Faserbündel
ausgeübt, damit die Fasern effektiv zusammengedrückt werden, so daß in dem fertigen,
verschmolzenen Bündel keine Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern vorhanden
sind. Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, während des Verschmelzens des
Bündels auf die Zwischenräume zwischen den Fasern ein Vakuum anzulegen, um einen
Einschluß von Luft oder Gasen zu verhindern, so daß in dem fertigen Gebilde keine
Luft- oder Gasblasen vorhanden sind und daher das Bündel in seiner ganzen Länge
Luft- und gasundurchlässig ist. Das Faserbündel kann nach verschiedenen, bekannten
Verfahren hergestellt werden.
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Der Umfangsrandteil 22 der Glasfaserscheibe 13 erhält durch Schleifen
eine konische Schrägfläche (s. F i g. 3), die unter einem Winkel von etwa 3 bis
5° einwärts geneigt ist.
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Vor dem Zusammensetzen der Glasfaserscheibe 13 mit dem Glasring 15
wird dieser an seinem Innenumfang mit einem Schrägrand 23 versehen, der dem Randteil
22 der Glasfaserscheibe angepaßt ist. Beim Zusammensetzen steht die Glasfaserscheibe
13 etwas nach außen über den Glasring 15 vor, bevor auf die zusammengesetzten
Teile 13 und 15 Wärme zur Einwirkung gebracht wird.
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F i g. 5 zeigt ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung
einer zuverlässigen, spannungsfreien Schmelzverbindung zwischen der Glasfaserscheibe
13 und dem Glasring 15, ohne daß die Fasern 14 beträchtlich verformt werden. Bei
der Herstellung der Schmelzverbindung zwischen der Glasfaserscheibe und dem Glasring
werden diese Teile zusammengefügt und auf einen feuerfesten Block 24 gesetzt, der
in einem Ofen oder einer geeigneten Heizkammer 25 angeordnet ist. Die Flächen 17
des Flansches 16 des Glasringes werden auf eine abgesetzte Randfläche 26 auf der
Oberseite des Blockes 24 aufgesetzt. Diese Randfläche 26 ist so weit abgesetzt,
daß der ebene obere Flächenteil 27
des Blockes nur in einem kleinen Abstand
von beispielsweise 0,05 oder 0,08 mm von der benachbarten Unterseite des Ringes
15 angeordnet ist, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist. Dann wird mit Hilfe
von üblichen Heizelementen 28 Wärme auf die Anordnung zur Einwirkung gebracht, so
daß die einander berührenden Teile 13 und 15 schmelzen. Unter der Schwer-. kraftwirkung
senkt sich dabei die Glasfaserscheibe gegenüber dem Glasring, bis die Glasfaserscheibe
13 die Fläche 27 des feuerfesten Blocks berührt. Dadurch wird zwischen den einander
berührenden Schrägrändern der Teile 13 und 15 eine vakuum- und luftdichte Verbindung
hergestellt.
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Da sich die Glasfaserscheibe 13 während der ganzen Verschmelzungszeit
nahe bei dem Oberflächenteil 27 des Blockes 24 befindet (s. F i g. 5), wird jedes
Abwärts- und Auswärtsfließen der Kerngläser der Fasern 14 aus ihren Mänteln durch
die Stauwirkung der Oberfläche 27 des Blockes 24 verhindert. Obwohl der Schmelzpunkt
der Kerngläser der Fasern 14 unter der Temperatur liegt, die zum Anschmelzen der
Fasermäntel an dem Glasring 15 erforderlich ist, wie vorstehend erwähnt wurde, kann
man daher in der soeben beschriebenen Weise die Teile 13 und 15 im wesentlichen
ohne Verformung miteinander verbinden.
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Wenn die Glasfaserscheibe 13 und der Glasring 15 aus den vorstehend
beispielsweise angegebenen Gläsern bestehen, erzielt man eine einwandfreie Verschmelzung
der Teile durch Einwirkung einer Temperatur von etwa 616°C während einer Dauer von
einer halben Stunde bis eineinhalb Stunden.
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Nach dem Verschmelzen und langsamen Abkühlen der Teile der Glasanordnung
wird die Glasfaserscheibe 13 auf einer oder auf beiden Seiten nach Verfahren, die
in der Glasbearbeitung üblich sind, optisch geschliffen und poliert, damit die Stirnflächen
der Fasern 14 eine genügende Lichtaufnahme- und -abgabefähigkeit haben.
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Der fertige Schirmträger 10 kann' durch Verschmelzen in der vorstehend
beschriebenen Weise an einem Aufnahmekörper, beispielsweise dem Röhrenkolben 11,
angebracht werden, ohne daß die Fasern 14 des Schirmträgers beträchtlich erhitzt
werden, weil das Glasvolumen zwischen den Fasern 14 und der den Kolben 11 berührenden
Fläche 17 des Glasringes 15 so groß ist, daß es den größten Teil der zum Schmelzen
der Flächen 17 und 18 (F i g. 2) aufgewendeten Wärme aufnehmen kann und eine überhitzung
der Kerngläser verhindert wird.
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Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer geschmolzenen,
aus Glas bestehenden Anordnung der vorstehend angegebenen Art, mit einer Glasfaserscheibe
30 und einem Glasring 31, ist in F i g. 6 gezeigt. Hier sind die Teile 30 und 31
im Gegensatz zu den Teilen 13 und 15 nach F i g. 5 umgekehrt angeordnet.
Auf einen feuerfesten Block 32 wird die Glasfaserscheibe 30 so gelegt,
daß ihre flächengrößere Seite auf der ebenen Fläche 33 des Blockes 32 liegt. Dann
wird der Glasringkörper 31, der innen eine konische Öffnung 34 hat, auf den dazu
komplementären, konischen Rand 35 der Glasfaserscheibe 30 aufgesetzt. Nach
Herstellung der in F i g. 6 gezeigten Anordnung wird auf diese eine Wärmemenge zur
Einwirkung gebracht, die zum Schmelzen der einander berührenden Gläser der Teile
30 und 31 genügt. Infolge des Erweichens der einander berührenden Gläser erhält
man zwischen diesen eine vakuumdichte Verbindung, wenn sich der Glasring 31 unter
der Wirkung der Schwerkraft gegenüber der Glasfaserscheibe 30 abwärts bewegt.
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Da die Stirnflächen der Fasern 30a an der Fläche 33 des Blockes 32
anliegen, wird eine Verformung der Glasfaserscheibe 30 und ein Herausfließen der
niedrigschmelzenden Kerngläser der Fasern 30 a aus den Mänteln beim Verschmelzen
der Teile 30 und 31 verhindert, so daß die optischen und/oder sonstigen physikalischen
Eigenschaften der Fasern 30a nicht beeinträchtigt werden.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, daß infolge der konischen Grenzfläche
zwischen den Teilen der in F i g. 5 und 6 gezeigten Schirmträger der Glasring und
der aus Fasern bestehende Teil des Schirmträgers während ihres Verschmelzens ständig
in direkter, satter Randberührung miteinander bleiben.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 7 gezeigt.
Hier wird zur Herstellung der Schmelzverbindung zwischen der Glasfaserscheibe 37
und dem Glasring 38 ein niedrigschmelzendes Glas 36 verwendet. Als niedrigschmelzendes
Glas kann vorzugsweise ein Glas verwendet werden, das zu
einer gesteuerten
Entglasung befähigt ist und einen Schmelzpunkt von etwa 480°C hat, beispielsweise
das im Handel unter der Bezeichnung Pyroceram Cement erhältliche Produkt, das von
der Firma Corning Glass Works in CorninB, N. Y., erzeugt und vertrieben wird.
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In einem bevorzugten Verfahren zum Zusammensetzen der Teile 37 und
38 nach F i g. 7 verwendet man ein niedrigschmelzendes Glas, das zunächst in Pulverform
vorliegt, 'und mischt dieses mit einem geeigneten Dispersionsmittel, beispielsweise
einem Nitrocellulose-Bindemittel, so daß eine pastenartige Masse erhalten wird.
Diese Paste wird dann auf dem Umfangsrand der konischen Öffnung 39 des Glasringes
38 und/oder den Randteil 40 der Glasfaserscheibe 37 beispielsweise durch Aufstreichen
aufgebracht. Danach werden diese Teile nach F i g. 7 zusammepgesetzt. Auf die Anordnung
wird dann eine Wärmemenge zur Einwirkung gebracht, die zum Schmelzen und Entglasen
des niedrigschmelzenden Glases und zur Bildung der gewünschten Schmelzverbindung
zwischen den Teilen 37 und 38 genügt.
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Man erkennt, daß der feuerfeste Tragblock 41 eine flache Vertiefung
42 hat, damit sich die Glasfaserscheibe 37 unter Schwerkraftwirkung um einen gesteuerten
Betrag in den Glasringkörper 38 hineinsenken kann, wenn das niedrigschmelzende Glas
36 für das Verschmelzen mit den Teilen 37 und 38 genügend geschmolzen ist. Auf diese
Weise erhält man eine feste, hermetisch dichte Verbindung zwischen den Teilen 37
und 38. Die Vertiefung 42 in dem Block 41 ist jedoch so gering, daß ein beträchtliches
Absenken der Glasfaserscheibe 37 vermieden wird.
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F i g. 8 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hier wird
eine Glasfaserscheibe 43 aus den miteinander verschmolzenen, konischen Fasern 44
in einen Glasring 45 eingeschmolzen. Das Zusammensetzen der Glasfaserscheibe und
des Glasringes erfolgt vorzugsweise nach dem an Hand der F i g. 6 für die Teile
30 und 31 beschriebenen Verfahren. Die größere, vordere Stirnfläche 46 der Glasfaserscheibe
43 wird auf die Fläche 33 des feuerfesten Blockes 32 aufgesetzt. Dann wird der Glasring
45 über die konischen Seitenwände der Glasfaserscheibe 43 geschoben, so daß
er sich unter der Wirkung der Schwerkraft gegenüber der Glasfaserscheibe senken
kann, wenn diese Teile auf eine geeignete Schmelztemperatur erhitzt worden sind.
Die Glasfaserscheibe kann jede gewünschte Dicke haben, die angesichts der Konizität
der Fasern 44 so gewählt wird, daß die übertragenen Lichtbilder od. dgl. eine gewünschte
Vergrößerung oder Verkleinerung erfahren.
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Alle in den F i g. 1 bis 8 gezeigten und an Hand dieser Figuren
beschriebenen Schirmträger besitzen Bündel aus miteinander verschmolzenen Fasern,
und diese Faserbündel haben ebene Stirnflächen. Diese Stirnflächen können aber durch
optisches Schleifen und Polieren jede gewünschte sphärische oder andere Form erhalten,
nachdem die Teile des Schirmträgers durch Verschmelzen miteinander vereinigt worden
sind. Wenn es erwünscht ist, den Stirnflächen des aus Fasern bestehenden Teils des
Schirmträgers eine bestimmte Krümmung zu grteilen, ehe der Schirmträger zusammengesetzt
wird, verwendet man feuerfeste Blöcke 24, 32 und 41 mit Faserabstützflächen 27,
33 und 42, deren Form der gewünschten Krümmung des aus Fasern bestehenden Teils
des Schirmträgers entspricht. F i g. 9 zeigt beispielsweise einen Schirmträger 47
mit einer vorgeformten Glasfaserscheibe 48, die auf einer gekrümmten Fläche 49 eines
feuerfesten Blocks 50 ruht.
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Man erkennt somit, daß infolge der Verwendung der Glasringe in den
erfindungsgemäßen Schirmträgern jeder dieser Schirmträger am Rand mit einem Aufnahmegegenstand
verschmolzen werden kann, ohne daß die Glasfaserscheibe beträchtlich erhitzt oder
verformt oder beschädigt wird, weil das Glasvolumen des Glasringes einen beträchtlichen
Teil der zum Schmelzen erforderlichen Wärme aufnimmt, ehe die Wärme den aus Fasern
bestehenden 'feil des Schirmträgers erreicht.