DE2516464A1 - Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

pun 731ι

Ya/JRJ

k.h.75 GÜNTHEP M. DAVID

*- 7511
Anmeldung νυπιι 14, April 1975

"Kathodenstrahlröhre",

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenstrahlröhre mit Mitteln zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, Mitteln zum Fokussieren des genannten Elektronenstrahls zu einem Auftrefffleck auf einer sich in der Röhre nahezu senkrecht zu deren Längsachse erstreckenden Auftreffplatte und Mitteln zum Abstützen einer zu den genannten Fokussiermitteln gehörigen Fokussiei-elektrode, die auf der der Auftreff plat te zugekehrten Seite in Vereinigung mit einem auf der Innenseite der Umhüllung der Röhre angebrachten elektrisch leitenden Überzug eine

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elektrostatische Linse bildet.

Eine Kathodenstrahlröhre, in der ein Elektronenstrahl mittels eines elektrostatischen Linsensystems auf dem Bildschirm fokussiert wird, ist z.B. aus der USA-Patentschrift 2.I85.378 bekannt. Darin ist angegeben, dass die Linsenwirkung mittels einer zylindrischen Elektrode in Vereinigung mit einem leitenden Überzug auf der Umhüllung der Röhre erhalten werden kanji.

Die für Kathodenstrahlröhren üblichen Linsensysteme beschränken sich auf Linsensysteme vom Unipotentiältyp und vom Bipotentialtyp. Beim ersteren Typ besteht die Linse gewöhnlich aus drei längs einer Achse zentrierten in einem bestimmten axialen gegenseitigen Abstand angeordneten zylindrischen Elektroden, von denen die erste und die letzte Elektrode eine gleiche Spannung führen, während die zwischenliegende Elektrode, die auch als Fokussierelektrode bezeichnet wird, eine ergeblich niedrigere Spannung als die genannte erste und die genannte letzte Elektrode führt.

Eine Linse vom Bipotentialtyp besteht im allgemeinen aus einer ersten und einer zweiten Elektrode, wobei die zweite Elektrode gewöhnlich eine erheblich höhere Spannung als die erste Elektrode führt. Daher werden die Elektronen diese Linse mit 5 0 9 8 4 4/0-777

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einer Geschwindigkeit verlassen, die ihre Eintrittsgeschwindigkeit in die Linse übersteigt. Aus diesem Grunde'wird eine Linse dieses Typs auch als eine beschleunigende Linse bezeichnet; dies im Gegensatz zu der obenbeschriebenen Unipotentiallinse, bei der die Elektronen zwar innerhalb der Linse Geschwindigkeit sänderungen erfahren, aber bei der die Geschwindigkeiten, mit denen ein Elektron in die
Linse eintritt und die Linse verlässt, einander
gleich sind.

Bei Linsen vom Unipotential typ sowie bei Linsen vom Bipotentialtyp ist es üblich, dass die letzte Elektrode mittels Kontaktfedern elektrisch mit einem auf der Innenseite der Röhrenwand angebrachten leitenden überzug verbunden wird. Weiter ist es üblich, die Elektroden in bezug aufeinander mit Hilfe daran befestigter Stützglieder zu positionieren und zu fixieren, wobei die freien Enden dieser Stützglieder in gläserne Montagestäbe eingeschmolzen sind. Der Anwendung derartiger Montagestäbe haften jedoch verschiedene Nachteile an. So können diese Isolierstäbe durch statische Aufladung einen störenden Einfluss auf die Bahn des Elektronenstrahls ausüben, namentlich an der Stelle, an der ein gewisser axialer Raum zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden des Elektronenstrahl erz eugungs syst eins

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vorhanden ist. Weiter nehmen diese Stäbe in der Röhre einen gewissen Raum in Anspruch, der nicht effektiv benutzt wird, und sie bilden, wenigstens für ein einfaches Elektronenstrahlerzeugungssystem, einen beschränkenden Faktor in bezug auf den Höchstinnendurchmesser des Röhrenhalses. Mit Rücksicht auf die Tatsache, dass zwischen in geringer Entfernung voneinander angeordneten Elektroden Spannungsunterschiede von 20 IcV oder grosser sehr gebräuchlich sind, müssen an die Isolierfähigkeit der Glasstäbe selir hohe Anforderungen gestellt werden.

Die Erfindung bezweckt, ein Elektronenstrahlerzeugungssystem-einer besonders einfachen Bauart zu schaffen, in dem die Anwendung derartiger isolierender Montagestäbe vermieden ist und dessen Abmessungen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung auf ein Mindestmass beschränkt sind.

Nach der Erfindung ist eine Kathodenstrahlröhre mit einer Fokussierelektrode, die auf der der Auftreffplatte zugekehrten Seite in Vereinigung mit einem auf der* Innenseite der Umhüllung angebrachten leitenden Überzug eine elektrostatische Linse bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abstützen dor genannten Fokussierelektrode aus einer Anzahl im wesentlichen axial verlaufender elektrisch leitender Stützglieder bestehen, die von dem ge-

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nannten leitenden überzug umgeben werden.

Diese Stützglieder dienen nicht nur zum Abstützen und Befestigen der Fokussierelektrode, sondern einfüllen auch eine elektronenoptische Funktion, und bilden nach der Erfindung vorzugsweise in Vereinigung mit dem genannten leitenden Überzug eine elektrostatische Mehrpollinse.

Die Mittel zum Abstützen der Fokussierelektrode bestehen nach, der Erfindung vorzugsweise aus vier in gleichen Abständen voneinander angeordneten und parallel zu der Längsachse des Elektronenstrahlerzeugungssystems verlaufenden Metallstiften, die mit dem genannten leitenden Überzug einen elektrostatischen Achtpol bilden. Die Fokussierwirkung eines solchen Achtpols ist derartig, dass bei passender Wahl der Potentiale statt eines kreisförmigen Auftreffflecks ein nahezu rechteckiger Auftreffleck auf der Auftreffplatte gebildet werden kann. Dies ergibt den Vorteil, dass die vom Elektronenstrahl auf die Auftreffplatte geschriebenen Linien besser gefüllt werden, d.h., dass eine bessere Intensitätsverteilung als im Falle eines kreisförmigen Auftreffflecks erhalten wird.

Der leitende überzug der obengenannten Art schliesst sich dem leitenden überzug an, der sich in 509844/0777

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den bekannten Kathodenstrahlröhren üblicherweise zwischen dom Elektronens tralilerzeugungssys tem und der Auftreffplatte erstreckt und mit dem Hochspan— nungskontakt verbunden ist. Wie bereits bemerkt wurde, wird bei den!bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystemgebilden die Hochspannung über Kontaktfedern auf eine oder mehrere Elektroden übertragen, die gegen die übrigen Elektroden des Elektronenstralilerzeugungssys terns mittels gläserner Montage— stäbe elektrisch isoliert sind. Die Möglichkeit, dass zwischen einer dex'artigen Hochspaimungselektrode und einer anderen in geringer Entfernung von dieser Elektrode liegenden Elektrode ein elektrischer Durchschlag auftritt,- ist sehr gross. Bei einem Elektronenstrahlerzeugungssystem nach der Erfindung ist diese Durchschlagmöglichkeit erheblich verringert, weil eine deutliche Trennung zwischen den eine hohe Spannung führenden Elektroden und den eine verhältnismässig niedrige Spannung führenden Elektroden vorhanden ist.

-Die Elektroden, die eine in bezug auf* die Hochspannung verhältnismässig niedrige Spannung führen, sind, ausser der Fokussierelektrode selber, die Kathode, die Steuerelektrode und die Anode. Die drei letzteren Elektroden bilden zusammen den Trioden teil des Elektronens trahleirzeu-

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gungssystems, wie er in nahezu jedem Elektronenstrahlerzeugungssystem Anwandlung findet. Vorzugsweise ist nach der Erfindung dieser Triodenteil auf ähnliche Weise aufgebaut wie in der USA-Patentschrift 2.975.315» insbesondere in Fig. 1 dieser Patentschrift, beschrieben ist. Darin ist die Steuerelektrode von einer Anode umgeben und an dieser Anode mechanisch mittels eines sich zwischen den Zylinderflächen dieser Elektroden befindenden Ringes aus Isoliermaterial befestigt. Bei einem ähnlichen Aufbau sind nach der Erfindung die Stützglieder der Fokussierelektrode in'dem sich zwischen der Anode und der Steuerelektrode befindenden Isoliermaterial befestigt. Zu diesem Zweck befinden sich nach der Erfindung eine Anzahl von Offnungen in der Endfläche der Anode, di-irch die die genannten Stützglieder geführt sind. Diese Stützglieder bestimmen den Abstand zwischen der Anode und der ihr zugekehrten Begrenzung der Fokussierelektrode. Bei einem geringen Abstand zwischen der Anode und der Fokussierelektrode wird die Potentialverteilung entlang der Längsachse des Elektrodensystems annähernd gleich der einer beschleunigenden Linse sein, während bei einer Vergrösserung dieses Abstandes die Linse eher den Charakter einer Unipotentiallinse aufweisen wird. Auf diese Weise können verschiedene Übergangsformen von einer beschleu-

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nigenden Linse zu einer Unipotentiallinse erhalten werden.

Nach der Erfindung dient wenigstens eines der Stützglieder zugleich als Zuführungsleiter für das elektrische Potential für die Fokussierelektrode und die mit dieser verbundenen übrigen Stützglieder.

Um einen elektrischen Durchschlag zwischen dem ein hohes Potential führenden Wandüberzug und den an der Fokussierelektrode befestigten Enden der Stützglieder zu vermeiden, ist nach der Erfindung die Fokussierelektrode mit einem Kragen versehen, unter dem die genannten Enden an der Elektrode festgeschweisst oder -gelötet sind. Die Fokussiorelektrode kann aus einer im wesentlichen zylindrischen Buchse bestehen, aber ist keineswegs auf diese Form beschränkt. Die Fokussierelektrode kann nach der Erfindung auch aus einem durch einen um die Stützglieder herum gewickeltem Draht gebildeten Gitter bestehen.

Weiter beschränkt sich die Erfindung

nicht auf einen einzigen leitenden Überzug auf der Umhüllung der Röhre. Es ist nach der Erfindung auch möglich, voneinander getrennte Wandüberzüge, wie einen ersten leitenden Überzug, der in Zusammenarbeit mit der Fokussierelektrode eine beschleu-

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nigonde Linse bildet, und einen zweiten leitenden Überzug, der in Zusammenarbeit mit den Stützgliedern der Fokussierelektrode eine Mehrpollinse bildet, zu verwenden. Die" genannte Überzüge brauchen nicht das gleiche Potential zu führen. Die Spannung für den ersten Überzug kann über den Hochaparmungskontakt zugeführt werden, während der zweite Überzug über eine Kontaktfeder elektrisch mit einem in den Röhrensockel eingeschmolzenen Durchführungsstift verbunden sein kann und auf diese Weise auf ein gewünschtes Potential gebracht werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Elektronenstrahlerzeugungssystems nach der Erfindung in einem teilweise aufgebrochenen Hals einer Kathodens trahlr-öhre,

Fig. 2 das Elektronenstrahlerzeugungssystein nach Fig. 1 in axialem Schnitt, und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Elektronenstrahlerzeugungssystems nach Fig. 1 in perspektivischer Ansicht.

In den Figuren 1 und 2 ist nur der Halsteil einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung dargestellt. Der gläserne Hals 1 weist einen Innen-509844/0777

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durchmesser von Zh mm auf und ist an einem Ende mit einer gläsernen Verschlussplatte 2 verschlossen, die mit einer Anzahl eingesclinOlzener Durchführungsstifte

3 versehen ist. Auf diesen Durchführungsstiften ist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem montiert, das, längs einer Achse zentriert, eine Kathode 4,. eine Steuerelektrode 5> eine Anode 6 und eine Fokussierelektrode 7 enthält. Die Kathode besteht aus einem Hohlzylinder, der an einem Ende mit einer Kappe 8 verschlossen ist, die mit einem elektronenemittierenden Material 9 überzogen ist. Veiter ist die Kathode mittels dreier metallener Stützstreifen 10 an einer ersten metallenen Traghülse 11 befestigt. Eine zweite metallene Traghülse 12 ist an der ersten Traghülse mittels eines keramischen Ringes 13 befestigt, in den zwei Stützpole 19 für den innerhalb der Kathode

4 liegenden Glühdraht 14 eingeschmolzen sind. Die beiden Enden des Glühdrahtes"sind mit einem Befestigungsbügel 15 verbunden, dessen Querverbindung nach dem Montieren des Glühdrahtes unterbrochen ist. Über einen Stromzuführungsleiter 17» der mit der Traghülse 11 verbunden ist, kann die Kathode auf das gewünschte Potential in bezug auf die Steuerelektrode 5 gebracht werden. Diese Steuerelektrode, die mit einer mittleren Öffnung 20 versehen ist, passt mit geringem Spiel über die Trag— 50 9 844/0777

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hülse 12 und wird mit dieser Hülse vei'schweisst, nachdem ein Abstand von etwa 6$ ,um zwischen der Kathode und dieser Steuerelektrode eingestellt worden ist. Die Anode 6, die mit einer mittleren öffnung 21 versehen ist, ist in einem axialen Abstand von etwa 200 /um von der Steuerelektrode 5 mittels eines zweiten keramischen Ringes 18 fixiert. Der axiale Abstand zwischen der Anode 6 und der Fokussierelektrode beträgt etwa 7»2 mm und ist durch vier Metallstifte 22 bestimmt, die einerseits in den keramischen Ring 18 eingeschmolzen und andererseits mit der Fokussierelektrode 7 verlötet sind, und zwar unter einem zu einem Kragen 23 umgefalzten Rand dieser Elektz'ode. Von den vier Stiften, die durch eine gleiche Anzahl von Öffnungen 2h in der Anode 6 geführt sind, ist ein Stift mit einem Durchführungsstift 3 verbunden, um an die Fokussierelektrode das gewünschte Potential anlegen zu können. Die Stifte weisen eine Dicke von 0,65 mm auf und bestehen aus einem Material, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient dem des keramischen Ringes 18 angepasst ist. Die Fokussierelektrode 7» die einen Innendurchmesser von 8 mm und eine Länge von 3 n™ aufweist, besteht aus einem nichtmagnetischen Material, wie rostfreiem Stahl oder einer Kupfer-Nickel-Legierung. Die Fokussierelektrode bildet 509844/0.7 77

-IZ-

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auf der von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem abgekehrten Seite in Vereinigung mit einem auf der Innenseite des Halses 1 angebrachten leitenden Überzug 25 eine beschleunigende Linse. Dieser leitende überzug, der z.B. aus Graphit besteht, erstreckt sich einerseits im Hals bis jenseits der Anode 6 und schliesst sich andererseits dem für diese Röhren üblichen leitenden Überzug zwischen der in der Zeichnung nicht dargestellten Auftreffplatte und dem Elektronenstralilerzeugungssys tem an. Der leitende überzug kann sowohl aus einer niederohmigen Schicht als auch aus einer hochohmigen Schicht bestehen, wobei unter "hochohmig" eine Schicht mit einem Widerstand von mehr als 500 Olim pro. Quadrat zu verstehen ist. Derartige hochohmige Schichten werden z.B. zürn Schutz der Bestandteile der Schaltung verwendet, in der die Kathodenstrahlröhre aufgenommen ist, für den Fall, dass in der Röhre ein etwaiger elektrischer Durchschlag auftritt. Die vier Stützglieder 22 bilden in Vereinigung mit dem leitenden überzug 25 eine elektrostatische Achtpollinse. Die vier positiven Pole liegen zwischen den Stützgliedern an regelmässig über den Umfang des Halses verteilten Stellen, während die vier Pole mit einem verhältnismässig niedrigeren Potential durch die Stützglieder selber gebildet werden. Die Fokus-

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sicrwirkung dieser Achtpollinse ist derart, dass der Elektronens trahl einen rechteckigen Querschnitt erhält. Gegebenenfalls kann eine Vorkorrektur des Elektronenstrahls dadurch erzielt werden, dass die Steuerelektrode 5 und die Anode 6 mit einer¹ x-echteckigen mittleren Öffnung statt mit der üblichen kreisförmigen Öffnung versehen Airerden. Die Orientation des auf diese Weise erhaltenen rechteckigen Auftreffflecks auf der Auftreffplatte ist derart, dass zwei einander gegenüber liegende ,Seiten parallel zu der Richtung verlaufen, in der die Linien nacheinander auf die Auftreffplatte durch Ablenkung des Elektronenstrahls in zwei zueinander senkrechten Richtungen geschrieben werden. Diese Ablenkung wird mittels eines in der Zeichnung schematisch gezeigten Systems 26 koaxial um die Röhrenachse angeordneter Ablenkspulen erzielt.

Das obenbeschriebene Elektronenstrahl— erzeugungssystem kann mit den nachstehenden Spannungen betrieben werden:

Kathode zwischen 0 und 60 V Steuerelektrode 0 V

Anode 130 V

Fokussierelektrode 0 - 130 V leitender Überzug 18 - 20 kV.

Die veränderliche Spannung an der· Kathode 50 9 844/0777

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dient zur Steuening des Elektronenstrahls.

Die Spannung, bei der die Fokussierelektrode betrieben werden soll, ist im wesentlichen von dem Abstand dieser Elektrode von der Anode abhängig, während auch die Länge der Elektrode eine wichtige Rolle spielt. So wurde gefunden, dass bei einer Vergrösserung des Abstandes zwischen der Anode und der Fokussierelektrode von 1,2 mm auf 10,5 mm die Spannung an der Fokussierelektrode auf 1000 V erhöht werden musste, um ein mit dem ersten FaJ-Ie vergleichbares Ergebnis zu erzielen. Nachdem die Länge der Fokussierelektrode auf 2,5 mm herabgesetzt wurde, waren die vorgenannten niedrigeren Spannringen an der Fokussierelektrode wieder ausreichend.

Obgleich im Ausführungsbeispiel von einem einzigen leitenden Überzug die Rede ist, ist es auch möglich, diesen Überzug auf der Höhe der Fokussierelektrode an einer mit 27 bezeichneten Stelle zu unterbrechen. Auf -diese Weise werden zwei leitende Schichten 28 und 29 erhalten, die verschiedene Potentiale fülrren können. So kann die Schicht 28 nach wie vor mit dem in der Zeichnung nicht dargestellten Hochspaiimmgskontakt verbunden sein, während die Schicht 29 ihre Spannung über eine Kontaktfeder empfängt, die z.B. elektrisch mit einem Durchführungsstift 3 verbunden ist. Dabei 5098 AA/0777

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kann man erwünschtenfalls über mehr Freiheitsgrade

des Systems verfügen.

Das in Fig. 3 dargestellte Elektronenstrahlerzeugungssysteni unterscheidet sich in bezug auf den Triodenteil 30 nicht von dem System nach Fig. 1. Auch hier erstreckt sich der leitende Überzug 32 in dem Hals 31 der Röhre bis jenseits der Anode. Die Fokussierelektrode besteht in diesem Falle aber nicht aus einer zylindrischen Buchse, sondern wird durch einen schraubenlinienförmig mit einer Ganghöhe von 1 mm um die Stützglieder gewickelten Draht 3^ mit einem Durchmesser von 130/um gebildet. Das auf diese Weise gebildete Gitter weist eine Länge von 10 mm auf und wird bei einem Abstand von der Anode von 2 mm bei einer Spannung von 0 V betrieben*

Viele Abänderungen in der Ganghöhe und in dem Durchmesser des Drahtes sind auch hier wieder möglich. Vas"die grundsätzliche Wirkung anbelangt, unterscheidet sich diese Ausführungsform nicht oder nahezu nicht von der an Hand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform.

Aus den hier beschriebenen Ausführungsformen geht hervor, dass im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen in bezug auf die Form und die Abmessungen der Elektroden, ihre gegenseitigen Abstände und die Spannungen, bei denen sie betrieben werden können, möglich sind.

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Claims (2)

1. PHN"7511 ^.75

   Pa teη tan sprüchc :

   1 .j Kathodenstrahlx^ohre mit Mitteln zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, · Mitteln zum Fokussieren des genannton Elektronenstrahls zu einem Auftrefffleck auf einer sich in der Röhre nahezu senkrecht zu der Längsachse derselben erschreckenden Auftreff— platte und Mitteln zum Abstützen einer zu den genannten Fokussiermitteln gehörigen Fokussierelek-trode, die auf der der Auftreffplatte zugekehrten Seite in Vereinigung mit einem auf der Innenseite der Umhüllung der Röhre angebrachten elektrisch leitenden Überzug eine elektrostatische Linse bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abstützen der Fokussierelektrode aus einer Anzahl im wesentlichen axial verlaufender elektrisch leitender Stützglieder bestehen, die von dem genannten leitenden Überzug umgeben werden.
2. 2. Kathodenstrahlröhre nach'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Stützglieder in Vereinigung mit dem leitenden Überzug eine elektrostatische Mehrpollinse bilden. 3· Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützglieder der Fokussierelektrode aus vier in gleichen Abständen voneinander angeordneten im wesentlichen axial verlaufenden Metallstiften bestehen, die mit.dem

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   genannten leitenden Überzug einen elektrostatischen Achtpol bilden.

   h. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Auf Lreffplat-· te erzeugte Auftrefffleck eine nahezu rechteckige Form aufweist.

   5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, 2, 3 oder h, in der die Mittel zum Erzeiigen eines Elektronenstrahls einen Triodenteil enthalten, der mit einer Kathode, einer Steuerelektrode und einer Anode vorsehen ist, die längs einer gemeinsamen Achse zentriert angeordnet sind, wobei wenigstens die Anode und die Steuerelektrode mechanisch miteinander durch ein elektrisch isolierendes Material verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützglieder der Fokussierelektrode im genannten Isoliermaterial befestigt sind_o

   6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Anode mit einer Anzahl von öffnungen versehen ist, durch die die Stützglieder der Fokussierelektrode geführt sind. 7« Kathodenstrahlröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der genannten Stützglieder zugleich als Zuführungsleiter des elektrischen Potentials für die Fokussierelektrode dient.

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   it.k.75

   8. Kathodenstrahlröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierelektrode mit einem Kragen versehen ist, unter dem die an dieser Elektrode befestigten Enden der Stützglieder festgeschweisst oder -gelötet sind.

   9· Kathodenstrahlröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierelektrode aus einem Gitter besteht,
   das durch mindestens einen schraubenlinienförmig
   um die Stützglieder gewickelten Draht gebildet
   wird.

   10« Kathodenstrahlröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte leitende Überzug auf der Höhe der
   Fokussierelektrode unterbrochen ist, und Mittel
   vorgesehen sind, mit deren Hilfe geeignete Potentiale an die auf diese Weise erhaltenen, voneinander getrennten überzüge angelegt werden können.

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