DE2449980A1

DE2449980A1 - Kathodenanordnung fuer kathodenstrahlroehre und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2449980A1
Application number: DE19742449980
Authority: DE
Inventors: William E Buescher; Donald R Kerstetter
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1973-10-24
Filing date: 1974-10-22
Publication date: 1975-04-30
Also published as: US3881124A; CA1023788A

Description

PATENTANWÄLTE

. ing. Klaus Westphal

Dr.rer.nat. OttO Büchner

Unser Zeichen: 88.270

VILLINGEN-SCHWENNINGEN Stadtbezirk Villingen

KariatfmiftätoiMtf S*b.-Kn«lpp-Stt*a*l< Telefon: 07721-55343 Telegr.: Westfauch Villingen

MÖNCHEN 60 (Pasing) Floßmannstraße 30 a . ^

Telegr.: Westbuch München

GTE SYLVANIA INCORPORATED 1OO West 10th Street WILMINGTON, Delaware / USA

Kathodenanordnung für Kathodenstrahlröhre und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenanordnung für Kathodenstrahlröhren sowie auf ein Verfahren zu deren Herstellung.

Die Kathoden derartiger Anordnungen geben Elektronen ab und sollen sich bei ihrer Verwendung in Kathodenstrahlröhren schnell erwärmen. Insbesondere werden solche Kathodenanordnungen in Farbbildröhren mit Mehrfach-Elektronenstrahlerzeuger,

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Postscheckkonto: Karlsruhe 76979 Bankkonto: Deutsche Bank AG Villingen 146332

einem sogenannten Mehrfachkanonensystem, verwendet. Die herkömmlichen Farbbildröhren sind mit mehreren Elektronenkanonen ausgestattet, die jeweils eine Elektronen ausstrahlende Kathode besitzen. Es handelt sich gewöhnlich um indirekt geheizte Kathoden, d.h., sie enthalten einen röhrenförmigen Kathodensatz mit darin befindlichen isolierten Heizfäden zur Lieferung der Wärme, die erforderlich ist, um Strahlungsmaterial Elektronen aussenden zu lassen. Die in Farbkathodenstrahlröhren zumeist verwendeten Kathoden haben normalerweise eine Anheizzeit von 12 bis 15 Sekunden, das bedeutet, sie benötigen diese lange Zeit, damit genügend Elektronen aus der Kathode vorhanden sind, die zur Anode gezogen werden und auf der Frontplatte der Bildröhre einen Bildraster hervorrufen. Diese Anheizzeiten wurden insofern als nachteilig für den Zuschauer angesehen, als er zwischen Einschalten und Empfang eines annehmbaren Bildes lange warten mußte. In der Vergangenheit wurde dieser Nachteil dadurch behoben, daß von einigen Herstellern von Fernsehgeräten eine Schnelleinschalteinrichtung ("Instant-on"-Vorrichtung) vorgesehen wurde. Hierbei erhält man einen Raster oder ein Bild auf dem Röhrenschirm fast gleichzeitig mit dem Einschalten des Gerätes. Dies ist aber in der Vergangenheit nicht durch eine Schnellanheizkathode erreicht worden, sondern durch einen Vorbelastungsstrom, der annähernd die normale Betriebstemperatur des Kathodenheizers konstant erhält. Auf diese Weise ist die Kathodenstrahlröhre eigentlich nie vollständig abgeschaltet. Wenn der Fernsehempfänger entweder vollständig aus vielen Röhren besteht oder aber eine gemischte Version aus Röhren und Transistoren darstellt, wird der Vorbelastungsstrom der Schnelleinschalteinrichtung auch den Heizfäden der anderen Empfangsröhren im Gerät zugeführt. Es wird angenommen, daß dieser Zustand in den Empfängern feuergefährlich werden kann, außerdem verschwendet er auch elektrische Energie, da das Gerät, wie schon gesagt, nie vollständig ausgeschaltet ist und ständig Strom abzieht. Es wäre entschieden ein Vorteil für die Technik, wenn ein

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wirtschaftlicheres System der Schnellerwärmung geschaffen werden könnte. Es sind bereits Versuche gemacht worden, Kathoden mit Schnellerwärmung zu bauen, jedoch viele der vorgeschlagenen Typen waren entweder äußerst schwierig zu bauen oder sehr teuer oder sie machten erhebliche Konstruktionsänderungen der herkömmlichen Elektronenkanonenstrukturen erforderlich.

Durch die- Erfindung soll eine Kathodenanordnung der eingangs genannten Art so verbessert werden, daß sie die genannten Nachteile nicht aufweist und in praktischer und wirtschaftlicher Weise eine Schnellerwärmung der Kathode in Farbkathodenstrahlröhren ergibt, wobei keine weiteren Veränderungen des Aufbaus der Elektronenkanonen einer herkömmlicher Farbbildröhre aujßer dem Einbau einer neuen Kathode erforderlich sein sollen. Ferner soll ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung einer solcher^ Kathodenanordnung geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Kathode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß ·. durch eine rohrförmige Halterung von geringer Wärmeleitfähigkeit für die Kappe, wobei die Enden der Halterung beide offen sind und eines derselben im wesentlichen den gleichen Durchmesser besitzt wie die Kappe, eine Verbindungseinrichtung zwischen Kappe und Halterung mit geringer Wärmeleitfähigkeit sowie einen isolierten Heizfaden zwischen der Kappe und der Halterung, wobei der Heizfaden teils in der Kappe eine Spule bildet und teils in die Halterung reicht und aus ihr herausragt, gelöst.

Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit der Verbindungen zwischen Kathodenkappe und Halterung geht wenig Wärme aus der Kathodenkappe verloren. Die Heizfadenanordnung gemäß der Erfindung hält den Wärmeverlüst durch Leitung zwischen Kappe und Halterung ebenfalls niedrig. Diese Kathodenanordnung liefert ausgezeichnete Anheizeigenschaften, d.h. eine Ausstrahlzeit von 5 bis 6 Sek.

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bis zur Bildlieferung. Der Wärmeverlust aus der Kappe zur Kathodenhaiterung ist wegen des begrenzten Flächenkontaktes zwischen diesen Teilen geringfügig. Außerdem hat die Kathode praktisch den gleichen Aufbau wie eine üblicherweise verwendete Kathode und kann innerhalb des Elektronenkanonenaufbaus ohne Änderung an den Kanonen ausgetauscht werden.

Anhand der Figuren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer herkömmlichen Farbkathodenstrahlröhre;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schnellanheizkathode;

Fig. 3 eine ähnliche perspektivische Ansicht, bei der die Kathodenanordnung um 90 gedreht wurde;

Fig. 4 eine Schnittzeichnung einer Kathodenanordnung längs der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Formung eines Teils einer Kathodenanordnung;

Fig. 6 einen Grundriß einer anderen Methode zur Formung eines Teils der Kathodenanordnung;

Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 6 mit einer anderen Anordnung;

Fig. 8 eine ähnliche perspektivische Ansicht wie Fig. 1 und 2 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 8 nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig.10 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Kathode, die mehr oder weniger herkömmlich in einer Kathodenhaiterung montiert ist, welche sich zur Benutzung in einer üblichen Elektronenkanone eignet.

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In Fig. 1 ist eine Kathodenstrahlröhre 20 gezeigt, die einen kolbenartigen Teil 22 mit einem von einer durchsichtigen Frontplatte.24 geschlossenen Ende besitzt. Die Frontplatte weist auf der Innenfläche einen Phosphorschirm 26 auf. Das andere Ende des kolbenartigen Teils 22 wird von einem Röhrenhals 28 geschlossen, in dessen Innerem sich eine Elektronenquelle 30 befindet. Die Elektronenquelle 30 enthält im allgemeinen, wenn es sich um eine Farbkathodenstrahalrohre handelt, drei Elektronenkanonen 31, 32 und 33. Alle drei enthalten jeweils eine Reihe von Gittern oder Elektronenlinsen und eine' Kathode zur Lieferung der Elektronen.

Eine für die Erfindung charakteristische Schnellanheizkathode wird in Fig. 2 gezeigt. Hier wird eire Kathodenanordnung 34 gezeigt, mit einer Kappe 36, die allgemein röhrenförmig ist und ein geschlossenes Ende 38 besitzt, das mit einem nicht gezeigten Elektronen aussendenden Material versehen ist. Die Kathodenkappe besitzt eine Mantelwand 40. Die Kappe 36 wird in einer Kathodenhalterung 42 mit im wesentlichen gleichem Durchmesser gehalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kathodenhaiterung 42 rohrförmig und an beiden Enden offen. An einem-Ende sind Kontakteinrichtungen 44 von begrenzter Flächenausdehnung für die Kathodenkappe vorgesehen. Diese Einrichtungen sind bei diesem Beispiel an der Kathodenhalterung 42 als Zungen ausgebildet, in diesem Fall vier Stück. Drei Zungen wurden ebenfalls ausprobiert und als zufriedenstellend befunden. Sie sind an die Kathodenkappe angeschweißt und können durch Herausnahme von Teilen der Seitenwand 46 der rohrförmigen Halterung 42 gebildet werden. In Fig. 2 werden zwei dreieckige Ausschnitte 48 gezeigt. Der untere Teil der Halterung 42 - das ist der Teil,

der von der-Kathodenkappe abgenommen wird - kann mit einem """" ~

Teil 50 mit größerem Durchmesser zur Befestigung an einer Kathodenanschlußeinrichtung, wie z.B. einer Öse, versehen sein.

Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht einer Kathodenanordnung .34,

der gegenüber der Fig. 2 um 90° gedreht ist. Der Hauptunterschied

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in dieser Ansicht veranschaulicht lediglich, daß die tiefen V-Ausschnitte 48 nicht überall um die Kathode herum notwendig sind, sondern auch flachere, U-förmige Ausschnitte den gleichen Zweck erreichen. Die ausgeschnittenen Flächen dienen der Bildung von Zungen 44 und auch dazu, überschüssiges Material von der Kathodenhaiterung 42 zu entfernen, damit die Kathodenkappe mechanisch gut befestigt ist und zugleich nur geringfügige Wärmeleitung von der Kappe abgeht.

Die Schnittzeichnung der Fig. 4 veranschaulicht die Heizfädenanordnung, die beim Kathodenaufbau 34 verwendet wird. Hier ist ein Heizer 54 mit einem Spulenteil 56 vorgesehen, der die Form einer umgekehrt gewickelten Spule hat. Die Windungen der Spule sind im wesentlichen alle in der Kathodenkappe 36 enthalten. Die Schenkel 58 des Heizers laufen an der Längsseite der Kathodenhaiterung 42 entlang und ragen unten heraus, so daß elektrische und mechanische Verbindung hergestellt werden kann.

Die Kathodenkappe wird im allgemeinen durch ein Ziehwerkzeug geformt. Die Kathodenhalterung 42 kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, von denen eine in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Hier ist die Kathodenhalterung 42 aus gezogenem, nahtlosem Rohr gebildet. Die Zungen 44, die gestrichelt gezeichnet sind, entstehen durch das Entfernen von Ausschnitten, wie 48 oder 52. Als Schneideeinrichtung 60 werden hier Scherenklingen gezeigt, doch das ist nur ein Beispiel.

Eine weitere Methode zur Bildung der Kathodenkappe 42 wird in Fig. 6 gezeigt. Hier wird diese aus wölbungsfreiem Material geformt und die Ausschnitte 48 und 52 werden aus diesem nur herausgestanzt, so daß die erforderlichen Verbindungszungen 44 zurückbleiben. Das flache Material wird dann zu einer Röhre zusammengerollt und die Kanten 62, 64 stumpf zusammengeschweißt, so daß eine Naht 66 gebildet wird, wie in Fig. 2 ersichtlich.

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Der Teil mit vergrößertem Durchmesser kann in diesem Beispiel dann, wenn es gewünscht wird, durch einen Prägungsvorgang gebildet werden.

Eine andere Art des Ausschneidens wird in Fig. 7 gezeigt, wobei die Zungen 44 von mehreren ähnlich geformten Ausschnitten gebildet werden, die bei diesem Beispiel den Ausschnitten 52 des zuvor genannten Aufbaus 42 vergleichbar sind.

Der Grundgedanke.einer Kathodenkappe von geringer Masse und mit wenig Wärmeleitung zur dazugehörigen Halterung kann auch auf andere Weise realisiert werden. Eine davon wird in Fig. 8 gezeigt, bei der die Kathodenkappe 36 mittels mehrerer Streifen 70 von geringer Leitfähigkeit mit einem kürzeren Rohr 68 verbunden ist. Diese Streifen werden an die Kappe 36 und die Halterung 68 angeschweißt oder auf andere Weise dauerhaft befestigt. Es kann auch so montiert werden, wie es in Fig. 9 gezeigt wird, wobei die verbindenden Zungen 72 Teil der Kathodenkappe 36 sind und an eine kürzere Kathodenhaiterung 68 angeschweißt oder auf andere Weise dauerhaft befestigt werden.

In Fig. 10 ist die· erfindungsgemäße Kathodenanordnung 34 in; einer mehr oder weniger herkömmlichen Kathodenfassung montiert dargestellt, die im Dreikanonensystem von Farbbildröhren verwendet wird. Diese Fassung hat eine ebene Fläche 74 mit einer Öffnung, die um einen Kathodenschirm 76 herumliegt..Dieser besitzt einen nach unten abstehenden Teil 78, an dem der untere Teil der Kathodenfassung befestigt ist. Die Kathodenfassung ist ferner mit zwei herausragenden Ansätzen 80 versehen, die in Randwulsten aus Glas befestigt sind, welche dem Elektronenkanonenaufbau Zusammenhalt geben. Dies ist in der Kathodenstrahlröhrentechnik üblich und wird im einzelnen nicht weiter gezeigt. Der Fig. 10 kann entnommen werden, daß die Erfindungsaufgabe zweckmäßig gelöst wird, indem die hier beschriebene Schnellanheizkathode in einem üblichen Aufbau für Eielctronenkanonen

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schnell ausgetauscht werden kann. Dies vereinfacht und reduziert natürlich erheblich den für den Betrieb dieser neuen Schnellanheizkathode erforderlichen Aufwand.

Um die besten Ergebnisse zu erzielen, d.h. eine Anheizzeit zwischen 5 und 6 Sekunden, ist vorzugsweise ein Heizer mit 6,3 V zu verwenden. Auch ist ein niedriges Überzugsgewicht des Isoliermaterials am Heizer, d.h. ca 5,5 Milligramm, vorzuziehen. Versuche haben gezeigt, daß bei größerem Überzugsgewicht die für eine rasterbildende Ausstrahlung erforderliche Anheizzeit ebenfalls ansteigt. Das Material für die Kathodenkappe ist vorzugsweise eine K30-Legierung von 0,08. mm (3/1000 inch) Dicke. K30 ist ein bekanntes Material für Kathoden, das man bei der GTE Sylvania Inc., Towanda, Pennsylvania, erhalten kann. Das Material für die Kathodenhaiterung oder -fassung kann Tophet A sein. Dies ist ein Material aus Chromnickel von 0,05mm bis 0,08mm (2 bis 3 Tausendstel inch) Dicke und kann von der Fa. W.B. Driver Co. oder Driver Harris bezogen werden. Kathoden aus dem obigen Material mit dem beschriebenen, bevorzugten Heizer haben wiederholt Anheizzeiten in Kathodenstrahlröhren gezeigt, die zwischen 5 und 6 Sek. lagen. Wie erwähnt, Anheizzeiten und Ausstrahlungszeiten, wie sie hier diskutiert wurden, beziehen sich auf den Zeitraum vom Einschalten bis zum Erscheinen eines Rasters oder eines erleuchteten Schirms auf der Vorderseite einer Kathodenstrahlröhre.

Was die Temperaturen betrifft, so wurde festgestellt, daß diese Heizkathodenanordnung einen Raster liefert, wenn die Kathodenkappe eine Temperatur von 550⁰C erreicht. Die Heizerspannung ist auf die Spannung begrenzt,, die eine endgültige Kathodentemperatur von 850⁰C ergibt. Diese Betriebstemperatur ist geeignet, einen guten Ausstrahlungspegel aus einer Nickellegierung-Kathode mit dem üblichen Barium-, Strontium-, Kalziumoxyd-Strahlungsmaterial beizubehalten und ergibt auch eine gute Lebenserwartung.

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Der obigen Beschreibung kann entnommen werden, daß die Benutzung dieser kathode für alle praktischen Zwecke die Notwendigkeit der Schnelleinschalteinrichtung in Fernsehempfängern, wie sie bisher üblich war, unnötig gemacht werden kann. Die Abschaffung dieser Einrichtung bringt große Energieeinsparungen und niedeigere Betriebskosten für den Einzelverbraucher mit sich. Die Kathodeneinheit ist bemerkenswert stabil und mechanisch stark und anpassungsfähig ohne größere Veränderungen an den bestehenden Elektronenkanonen.

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Claims

Patentansprüche

!./'Kathodenanordnung für Kathodenstrahlröhren, gekennzeichnet durch eine rohrförmige Kappe (36) mit einem geschlossenen Ende (38), eine rohrförmige Halterung (42) von geringer Wärmeleitfähigkeit für die Kappe (36), wobei die Enden der Halterung beide offen sind und eines derselben im wesentlichen den gleichen Durchmesser besitzt wie die Kappe (36), eine Verbindungseinrichtung (44) zwischen Kappe (36) und Halterung (42) mit geringer Wärmeleitfähigkeit sowie einen isolierten Heizfaden (54 ) zwischen der Kappe (36) und der Halterung (42), wobei der Heizfaden (54) teils in der Kappe (36) eine Spule (56) bildet und teils in die Halterung (42) reicht und aus ihr herausragt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung zwischen Kappe (36) aus mehreren relativ dünnen Streifen (44) mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t , daß die Streifen (44) sowohl an die Kappe (36) als auch an die Halterung (42) angeschweißt sind.·
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (44) mit der Halterung (42) einstückig sind und an die Kappe (36) angeschweißt sind.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (44) mit der Kappe (36) einstückig sind und an die Halterung (42) angeschweißt sind.

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6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (44) an der Halterung (42) ausgebildet sind, indem an deren einem Ende ein Paar sich gegenüberstehender Ausschnitte (52), die U-förmig sind und nicht sehr tief gehen, sowie ein Paar sich gegenüberstehender, relativ tiefer, V-förmiger Ausschnitte (48) vorgesehen sind und daß beide Aussparungspaare (48, 52) in einer Hauptachse der Halterung (42) liegen. '
7. Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen Halterung für eine Kathodenkappe nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die rohrförmige Halterung (42) hergestellt wird und daß Flächen in bestimmten ' Abständen an einem Ende der Halterung derart entfernt werden, daß mehrere Verbindungen (44) mit begrenzter Fläche gebildet werden, die voneinander Abstand haben.
8. Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen Halterung für eine Kathodenkappe nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein im wesentlichen wölbungsfreies Halterungsmaterialstuck ausgebildet wird, daß mehrere versetzte Ausschnitte (48,52) an einem Rand des Hai--

terungsmaterialstücks gebildet werden, daß das Halterungsmaterialstuck zu einem rohrförmigen Gebilde zusammengerollt wird und daß die von den beiden Rändern des Halterungsmaterialr· stücks gebildete Naht (66) verschweißt wird..

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