DE2614270C2 - Kathodenaufbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Kathodenaufbau für eine indirekt geheizte Kathode einer Elektronenstrahlröhre, insbesondere einer Fernsehbildröhre, bei der die Kathode mit der Emissionsschicht elektrisch isoliert von dem Heizelement aufgehängt ist.

Bei den derzeit handelsüblichen Fernsehbildröhren — unabhängig davon ob es sich um Schwarz-Weiß- oder Farb-Fernsehbildröhren handelt — werden nahezu ausschließlich Elektronenstrahlerzeugungssysteme mit indirekt geheizten Kathoden verwendet.

In letzter Zeit steht beim Entwurf von indirekt geheizten Kathoden für obige Anwendungen das Problem der Verkürzung der Anheizzeit im Vordergrund der Überlegungen. Der Grund dafür ist die Umstellung der übrigen Funktionseinheiten eines Empfangsgerätes von Elektronenröhren auf Halbleiterbauelemente. Als Folge dieser Umstellung wird die Zeit, bis nach dem Einschalten ein Bild auf dem Bildschirm erscheint, nur von der weiterhin als Elektronenstrahlröhre ausgebildeten Fernsehbildröhre bestimmt

Entsprechende, schnell anheizende Kathoden — kurz Schnellheizkathoden — sind bekannt
Die für eine Schnellheizkathode wichtigen Konstruktionsmerkmale sind beispielsweise in der DE-OS 23 13 911 ausführlich dargestellt Die ausschlaggebenden Faktoren für das Zeitverhalten sind der Wärmeübergang vom Heizelement zur Kathode und die Wärmekapazität des Aufbaus der Kathode.

In einer evakuierten Röhre geschieht der Wärmeübergang ausschließlich durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung, wobei die Wärmestrahlung den Hauptanteil bildet

Alle bisher bekannten Schnellheizkathoden mit indirekter Heizung zeigen einen Aufbau, der die wesentlichen Konstruktionsmerkmale normaler Kathoden im Prinzip beibehält Dies zeigt sowohl die obengenannte DE-OS 2313911 als auch die Schnellheizkathode, die in der Firmenveröffentlichung »VAL-VO Entwicklungsmitteilungen«, 20 AX, Vom Konzept zum System, Februar 1974, Seite 12, Bild 33 dargestellt ist

Die angesprochenen Konstruktionsmerkmale seien hier noch einmal kurz genannt:

Die Kathode besteht aus einem zylindrischen Kathodenrohr, auf das eine Kappe aufgesetzt ist, die die Emissionsichicht trägt Das Kathodenrohr ist an mehreren Stellen mit Metallstegen an einem zweiten Zylinderrohr befestigt In das Kathodenrohr ist ein gewendelter und mit einer Isolierschicht versehener Heizdraht eingeschoben.

Die von der Stirnseite des Heizwendeis abgestrahlte Wärmeenergie gelangt direkt zur Kathodenkappe mit der Emissionsschicht Die von den Seitenflächen der Heizwendel abgestrahlte Wärmeenergie gelangt auf das Kathodenrohr, von wo ein erster Teil durch Wärmeleitung zur Kathodenkappe, ein zweiter Teil durch Wärmeleitung über die Metallstege zum zweiten Zylinderrohr und ein dritter Teil durch Wärmestrahlung ebenfalls zum zweiten Zylinderrohr abgegeben wird.

Der zweite und dritte Teil der von der Heizwendel abgestrahlten Wärmeenergie stellen also einen Verlust dar.

Ebenfalls als Verlust ist die Wärmeenergie zu werten, die von der Heizwendel zu der offenen Seite des Kathodenrohres abgestrahlt wird und die über die Heizwendelanschlüsse abgeleitet wird.

Der Wärmeübergang vom eigentlichen Heizdraht der Heizwende! zur Kathode wird außerdem maßgeblich von der notwendigen Isolierschicht bestimmt

Die stets vorhandene Masse und der Wärmewiderstand beeinflussen das Zeitverhalten beim Anheizen in negativer Weise.

Es hat sich für den Verlauf des Einschwingvorganges als entscheidend erwiesen, daß der Endzustand umso schneller und exakter erreichbar ist, je größer das Verhältnis Strahlung zu Leitung beim Wärmeübergang gemacht werden kann.

Für den Absolutbetrag der Zeit, der bei vorgegebener Heizleistung erreichbar ist, muß selbstverständlich beachtet werden, welcher Anteil der Leistung zur Kathode gerichtet ist bzw. welche Verluste auftreten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, einen Kathodenaufbau anzugeben, der sowohl die Forderung nach einem großen Verhältnis Wärmestrahlung zu -leitung als auch hinsichtlich einer geringen Verlustleistung erfüllt

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Heizelement als freitragender Heizstrahler ausgebildet ist und an den der Kathode abgewandten Seiten nahezu vollständig von einem Reflektor umgeben ist, der die vom Heizelement abgestrahlte Wärmeenergie auf die Kathode gerichtet reflektiert

Ein solcher Kathodenaufbau hat übivdies den Vorteil, mit weniger Bauelementen realisierbar zu sein, das bedeutet außer dem geringeren Kostenfaktor auch, daß die Zahl der Quellen für Toleranzfehler sinkt.

Eine we.iere Ausbildung der Erfindung, die darin besteht, daß eine elektrische isolierende Tragscheibe vorgesehen ist, an der sowohl das Heizelement als auch die Kathode befestigt sind, läßt sich zum Beispiel in einfacher Weise mithilfe eines Keramikkörpers verwirklichen. Diese Ausbildung ist dadurch so vorteilhaft, weil der Aufbau einfach ist und dazu noch die notwendigen Einmeßvorgänge in bezug auf andere Elektroden erleichtert

In diesem Zusammenhang besteht eine weitere, vorteilhafte Ausbildung der Erfindung darin, daß die Tragscheibe zusätzlich den Reflektor trägt.

Die Ausbildung des Reflektors kann nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung darin bestehen, daß die Tragscheibe in dem Bereich, der dem Heizelement benachbart und zugewandt ist, die Form des Reflektors besitzt und mit einer reflektierenden Oberfläche versehen ist.

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft für den Kathodenaufbau von mehrstrahligen Fernsehbildröhren, d. h. Farbfernsehbildröhren, einsetzen, wenn gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung dafür gesorgt ist, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem eine einzige Tragscheibe für alle Einzelkathoden und Heizelemente besitzt.

Geringe Wärmeausdehnungen der Kathode werden dadurch unschädlich, daß die Kathode eine im wesentlichen flache Scheibe ist, deren Aufhängeelemente tangential an ihr befestigt sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in die Tragscheibe die Form des Reflektors eingelassen und an deren Rand ein umlaufender oder unterbrochener Wulst vorgesehen ist und daß der Reflektor in die Tragscheibe eingedrückt und durch den Wulst festgehalten ist.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend noch erläutert.

F i g. 1 zeigt die Form einer bekannten Schnellheizkathode.

Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kathodenaufbaus, wobei auch die Wehneltelektrode zu sehen ist

Fig.3 zeigt eine schematische Darstellung in Draufsicht für die Befestigung der Kathode und des Heizelementes.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Kathodenaufbau einer Mehrstrahlröhre, ebenfalls als Querschnittsbild.

F i g. 5 zeigt einen Aufbau nach F i g. 4, bei dem die Reflektoren als separate Bauteile in die vorgeformte Tragscheibe eingedrückt sind.

Die Fig. 1 zeigt einen bekannten Kathodenaufbau einer Schnellheizkathode, die zum Beispiel in der DE-OS 23 13 911 eingehend beschrieben ist.

Das Kathodenrohr 1 trägt eine Kathodenkappe 2 mit der Emissionsschicht 3. In das Kathodenrohr ist vom offenen Ende her das Heizelement 4 eingeschoben. Zur elektrischen Isolation trägt das Heizelement 4 eine Isolationsschicht Ein zweites, im wesentlichen zylindrisches Rohr 5 ist koaxial um das Kathodenrohr 4 angeordnet und dient der Befestigung der Kathode an einer ringförmigen Tragscheibe 6.

Die konstruktionsbedingten Funktionsmerkmale wurden eingangs der Beschreibung bereits ausführlich erläutert Wie man beim bloßen Betrachten der Fig. 1 schon sieht, spielt bei diesem Kathodenaufbau, der im Prinzip bei vielen bekannten Kathoden verwirklicht ist, die Wärmeleitung eine große Rolle. Außerdem sieht man, daß eine Vielzahl von Bauteilen erwärmt werden muß, bis sich die Kathode im eingeschwungenen Betriebszustand befindet

F i g. 2 zeigt nun eine Ausführung des Kathodenaufbaues nach der Erfindung.

Die Kathode 11 selbst besteht aus einer Scheibe auf der die Emissionsschicht aufgebracht ist Unter der Kathode 11 befindet sich das Heizelement 12. Dieses Heizelement ist freitragend an den Vorsprüngen 16 aufgehängt und besteht beispielsweise aus einer Heizwendel. Die Vorsprünge 16 sind in dem Beispiel nach F i g. 2 Teil einer Tragscheibe 14, die insgesamt aus einem isolierenden Material besteht Bezüglich der gegenseitigen Lage der Kathode 11 und des Heizelementes ist dafür gesorgt, daß ein ausreichender Isolationsabstand besteht Dadurch ist es möglich, das Heizelement aus einem völlig unbeschichteten, die Wärme also ungehindert abstrahlenden Heizdraht herzustellen. Auf den der Kathode 11 abgewandten Seiten des Heizelementes 12 ist ein Reflektor 13 angebracht, der so ausgestaltet ist, daß die auf ihn auftreffenden Wärmestrahlen möglichst vollständig in Richtung der Kathode 11 reflektiert werden.

Im Vergleich zu der Anordnung nach F i g. 1 läßt sich leicht feststellen, daß im Fall des erfindungsgemäßen Kathodenaufbaus der Endzustand des Heizvorganges wesentlich schneller und eindeutiger erreicht wird, da für den Wärmeübergang in guter Annäherung ausschließlich die Wärmestrahlung, die ja nahezu tragheitslos geschieht, verantwortlich ist und die aufzuheizenden Teile, im wesentlichen der Heizer selbst und die Kathodenscheibe mit der Emissionsschicht, eine geringe Masse und damit eine geringe Wärmekapazität haben.

Die Befestigung der Kathode 11 an der Tragscheibe 14 ist dann vorteilhaft, wenn diese wie oben gesagx aus einem isolierenden Werkstoff besteht. Dazu sind z. B., wie in Fig. 3 gezeigt, weitere Vorsprünge 16 vorgesehen. Die Kathode 11 läuft hier in Anschlußstücken 19 aus, die radial gerichtet sind. Von den Vorsprüngen 16 her erstrecken sich Aufhängeelemente 191 so zu den Anschlußstücken 19, daß diese in bezug auf die Elektronenstrahlachse tangential befestigt sind. Falls also die Aufhängeelemente 191 durch Wärme eine Längenänderung erfahren, so kann die Kathode allenfalls um die Elektronenstrahlachse gedreht werden, was aber keine Lageänderung durch Verschiebung bedeutet. Andererseits geben die Aufhängeelemente 191 bei Längenänderungen der Kathode selbst, einschließlich der Anschlußstücke in radialer Richtung nach, demnach tritt auch in diesem Fall keine Verschiebung der Kathode, da die Aufhängepunkte jeweils auf dem gleichen Durchmesser liegen.

Wie aus Fi g. 2 erkennbar ist, handelt es sich dort bei der Tragscheibe 14 um eine durchgehende Scheibe.

Zwischen den Vorsprüngen 16 zur Befestigung des Heizelementes 12 und der Kathode 11 besitzt die Tragscheibe 14 die Form 15 des erforderlichen Reflektors 13. Man kann dann den reflektierenden

Belag in geeigneter Weise aufbringen. Denkbar wäre z. B. ein Aufdampfen. Möglich wäre aber auch eine Lösung, bei welcher der Reflektor als völlig selbständiges Konstruktionselement ausgebildet ist.

In Fig. 2 ist auch die Wehneltelektrode 17 gezeigt, die aber in Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung ohne Bedeutung ist.

Man sieht aber, daß der erfindungsgemäße Kathodenaufbau nach Fig. 2 in einfacher Weise das Einmessen der ganzen Kathode in den sogenannten Wehneltzylinder gestattet.

In Fig.4 und Fig.5 ist der Kathodenaufbau für dreistrahlige Farbfernsehröhren gezeigt. Hier ist z. B. der Aufbau für eine solche Kathode gezeigt, bei welcher die Elektronenstrahlen in einer Ebene erzeugt werden. Hier sind also drei Kathoden 31, wie für Fig.2 und 3 beschrieben, auf einer Tragscheibe angeordnet. Es sei darauf verwiesen, daß man hier das Heizelement 32 einstückig mit abgesetzter Wendelung ausbilden kann und so die Heizer elektrisch in Reihe schaltet. Das hat u. a. den Vorteil, daß der Heizdraht nur zwei Schweißpunkte aufweist; dies ist bei der Schwierigkeit Wolframdraht zu schweißen sehr günstig.

Während bei der Anordnung nach Fig.4 der Reflektor 33 als aufgedampfter Belag der exakt vorgeformten Tragscheibe ausgebildet ist, zeigt Fig. 5 eine Variante. Die Tragscheibe ist zwar auch hier etwa annähernd, d. h. etwas größer vorgeformt, aber die 5 Oberfläche der Tragscheibe ist im Reflektorbereich nicht besonders bearbeitet. Statt dessen werden in die vorgeformte Wölbung der Tragscheibe Reflektorbleche

35 eingedrückt. Damit diese in der Wölbung fixiert sind, kann z. B. jeweils ein Wulst 36 am oberen Rand des Reflektorbereiches angeformt sein. Das Reflektorblech gleitet beim Eindrücken dann federnd über diesen Wulst

36 hinweg und ist fixiert.

Diese Art von Reflektor bzw. seiner Befestigung ist natürlich auch bei einer Einzelkathode nach Fig.2 anwendbar.

Die verminderte Bauelementezahl gegenüber der Kathode in Fig. 1 und das eindeutigere Kennlinienverhalten des erfindungsgemäßen Kathodenaufbaus ist bei Farbfernsehröhren mit mehreren Elektronenstrahlen deshalb wichtig und vorteilhaft, weil das gleichzeitige Anheizen und das gleichartige Anheizverhalten dazu beitragen, daß nach dem Einschalten des Fernsehgerätes keine Farbverfälschungen im Anheizzeitraum auftreten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kathodenaufbau für eine indirekt geheizte Kathode einer Elektronenstrahlröhre, insbesondere einer Fernsehbildröhre, bei der die Kathode mit der Emissionsschicht elektrisch isoliert von dem Heizelement aufgehangen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement als freitragender Heizstrahler (12) ausgebildet ist und an den der Kathode (11) abgewandten Seiten nahezu vollständig von einem Reflektor (13) umgeben ist, der die vom Heizelement abgestrahlte Wärmeenergie auf die Kathode gerichtet reflektiert

2. Kathodenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische isolierende Tragscheibe (14) vorgesehen ist, an der sowohl das Heizelement (12) als auch die Kathode {11) befestigt sind.

3. Kathodenaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe (14) zusätzlich den Reflektor (13) trägt.

4. Kathodenaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe (14) in dem Bereich, der dem Heizelement benachbart und zugewandt ist, die Form des Reflektors besitzt und mit einer reflektierenden Oberfläche versehen ist

5. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 —4 für eine zwei- oder mehrstrahlige Farbfernsehbildröhre, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem eine einzige Tragscheibe für alle Einzelkathoden (31) und Heizelemente (32) besitzt.

6. Kathodenaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode eine

' im wesentlichen flache Scheibe ist, deren Aufhängeelemente (191) tangential an ihr befestigt sind.

7. Kathodenaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Tragscheibe (14) die Form des Reflektors eingelassen und an deren Rand ein umlaufender oder unterbrochener Wulst (36) vorgesehen ist und daß der Reflektor (35) in die Tragscheibe eingedrückt und durch den Wulst festgehalten ist.

8. Kathodenaufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (32) aller Einzelkathoden (31) in Reihe geschaltet sind.