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Dreiteiliges Beschichtungssystem für Katodenstrahlröhren und Verfahren
zu dessen Auftragung.
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ns, Die Erfindung bezieht sich auf die Konstruktion Vrl : nstrahlröhren
und speziell auf die Innenbeschichtung in Form von einzelnen aneinandergrenzenden
Schic-hten unterschiedlichen Widerstandes, die zur Unterdrükkung schädlicher Lichtbogen
dienen sowie auf ein Verfahren zur Auftragung dieser Schichten.
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Die Entwicklung der Katodenstrahltechnologie ergab beachtliche Verbesserungen
sowohi der Röhrenkonstruktionen als auch ihrer betrieblichen Anwendungen, z.B. durch
die Verwendung höherer Schirmgitterspannungen und durch die Verkleinerung und kompakteren
Konstruktionen der Elektronenkanonen,
die im Halsteil mit geringerem
Durchmesser untergebracht sind. Infolgedessen sind die Abstände zwischen benachbarten
Elektrodenbauteilen im Kanonensystem der Röhre entsprechend den verbesserten Konstruktionen
verringert worden. Die Kleinheit dieser Elektrodenzwischenräume erhöht in Verbindung
mit den in der Röhre vorhandenen hohen Spannungsunterschieden sowie der Anwesenheit
eventueller Verunreinigungen die Wahrscheinlichkeit von dielektrischen Überschlägen
innerhalb der Röhre.
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Es ist bei Katodenstrahlröhren üblich, eine elektrisch leitende Schicht
auf die Innenfläche des Trichterteils der Röhre so aufzubringen, daß sie vom Leuchtschirm
bis zur vorderen Zone des Röhrenhalses reicht. Diese Schicht, der gewöhnlich eine
hohe positive elektrische Spannung über einen die Trichterwand durchdringenden Anschluß
zugeführt wird, dient als Verbindungsmedium, das sowohl dem Schirm als auch der
Endelektrode des im Röhrenhals angebrachten Kanonensystems eine hohe elektrische
Spannung von gleichem Wert zuführt. Daher sind die Bedingungen für eine mögliche
Funkenentladung zwischen der Endelektrode und der benachbarten Kanonenelektrode
mit niedrigerer Spannung begünstigt, speziell bei Anwesenheit schädlicher Elemente,
wie Ablagerungen durch Beschläge, Fremdkörper sowie winzige Vorsprünge, die in die
Elektrodenzwischenräume ragen. Während bei der Röhrenherstellung erhebliche Mühe
darauf verwendet wird, die zu dielektrischen Oberschlägen beitragenden Faktoren
so
gering wie möglich zu halten vergrößert die Verwendung von Anodenspannungen in der
Größenordnung von 30 kV und mehr die Wahrscheinlichkeit, daß es zu Überschlägen
kommt erheblich. Lichtbögen oder dielektrische Überschläge in Katodenstrahlröhren
sind immer eine unerwünschte Nebenerscheinung gewesen, deren Größe sich manchmal
auf eine zerstörerische Intensität von ?oo Ampere und mehr-belief. Bei zunehmender
Verwendung von volltransistorisierten Bauteilen in Fernsehgeräten und ähnlichen
Bildwidergabevorrichtungen können Lichtbögen in Katodenstrahlröhren- katastrophale
Auswirkungen auf die empfindlichen Bauteile in den äußeren Betriebsschaltungen haben.
Außerdem kann eine innerhalb der Röhre gezündete Bogenentladung auch ihre Innenstruktur
schwer beschädigen und durch schädliche Metallablagerungen auf diesbezügliche Flächen
im Bereich der Kanonen Nebenschlüsse hervorrufen.
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Reinlichkeit, Präzision, sowie besondere Sorgfalt bei der Röhrenherstellung
werden immer notwendig, um die Bedingungen für eine Lichtbogenbildung klein zu halten.
Dennoch können menschliche Faktoren, Beschläge bei der Herstellung, Fertigungstoleranzen,
und verfahrensmäßige Unregelmäßigkeiten zusammenkommen und eine unerwünschte, erschwerende
Situation schaffen. Die Anwendung von getrennten Schichten mit hohem Widerstand
auf abgegrenzten'Innenflächen des Trichterteils ist bereits vorgeschlagen worden.
Eine solche Methode ist z.B. im US-Patent 2 829 292 beschrieben worden, bei der
ein
Band einer widerstandsfähigen Schicht innen im Verbindungsbereich zwischen Trichter
und Hals aufgebracht wird, in welchem die Anschlagnasen auf der Endelektrode der
Elektronenkanone in Bezug auf eine hochohmige Lichtbogenbildung einen mehrfachen
punktförmigen Kontakt herstellt: um den Funkenentladungsstrom im Bereich der Elektronenkanone
einzuschränken. Man hat jedoch in Röhren mit hoher Anodenspannung festgestellt,
daß die hierzu notwendigen Anschlagnasen dazu neigen, mit der Widerstandsschicht
einen hochohmigen Punktkontakt zu bilden, ein Zustand, der dazu geeignet ist, beim
Betrieb der Röhre große Hitze zu erzeugen, wenn eine hohe Spannung von z.B. 40 kV
oder mehr der Anode zugeführt wird.
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Diese Erhitzung an einem bestimmten Ort kann eine schädliche Feldstrahlung
oder Ionisation verursachen und schließlich einen Bruch oder das Springen der Glaswand
des Halsteils hervorrufeh. Außerdem sind beim Erzielen hochohmiger elektrisch leitender
Schichten Schwierigkeiten dadurch entstanden, wenn die Schichten mit großer Gleichmäßigkeit
und mit den gewünschten elektrischen Merkmalen sowie der erforderlichen festen Bindung
an die Kolbenfläche hergestellt werden sollen.
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Seitdem jedoch bei den heutigen Farbkatodenstrahlröhren die Kleinhaltung
und die Vermeidung von Lichtbögen immer größere Bedeutung gewinnt, ist es bei der
Röhrenfertigung ein Hauptanliegen, ein brauchbares und beständiges Beschichtungsmittel
zu schaffen, das die wahrscheinliche Lichtbogenbildung innerhalb der Katodenstrahlröhre
an sich ausreichend einschränkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die zuvor genannten Nachteile,
die sich in der bisherigen Technik gezeigt haben, zu verringern und zu vermeiden.
Außerdem ist es Zweck der Erfindung, ein verbessertes Mittel zur Lichtbogenunterdrückung
in Katodenstrahlröhren vorzuschlagen, indem ein in mehreren Schichten aufgeteiltes
Widerstandssystem benachbarter Schichten verwendet wird, die mit Hilfe einer geeigneten
und wirtschaftlichen Methode bei der Röhrenfertigung auf die Kolbenwand aufgetragen
werden. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen
gelöst.
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Nachstehend soll an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Figur,
die eineQuerschnitt der erfindungsgemäßen n Anordnung darstellt,6 die Erfindung
näher erläutert werden.
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Während die Erfindung auf herkömmliche Katodenstrahlröhren anwendbar
ist, die in Schwarz-Weiß- und Farbfernsehgeräten und ähnlichen Bildwidergabesystemen
Verwendung finden, wird nachstehend eine Farbkatodenstrahlröhre mit einer mit vielen
Öffnungen versehenen Schattenmaske und einer Mehrstrahl-Elektronenkanone beschrieben.
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In der Figur ist eine Mehrstrahlkatodenstrahlröhre 11 gezeigt, die
einen Kolben 13 besitzt, der aus dem Hals 15, dem Trichter 17 und dem Bildschirm
19 besteht. Der letztere und der dazugehörige Trichter-Halsabschnitt werden bei
der Röhrenfabrikation entlang einer sich deckenden Verschlußlinie
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luftdicht miteinander verschmolzen.
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Ein nach einer Schablone angefertigter Katodenleuchtschirm 23 mit
verschiedene Farben ausstrahlenden Phosphorpunkten wird auf der Innenfläche des
Bildschirmes 23 in einer Reihe von abgegrenzten Streifen oder Pünktchen gemäß dem
bekannten Stand der Technik gebildet. Eine Anordnung 25 mit vielen Öffnungen, in
diesem Beispiel eine Schattenmaske mit entsprechend geformten, mit dem Muster des
Schirms übereinstimmenden Öffnungen, ist im Bildschirm durch mehrere Halter 27 zum
Rasterschirm in genauer Beziehung angebracht.
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Eine beispielhafte und teilweise detailliert gezeigte Elektronen erzeugende
Anordnung 29 mit mehreren Strahlensystemen befindet sich im Halsteil 15 des Röhrenkolbens
29 und ist so ausgerichtet, daß sie mehrere Elektronenstrahlen projiziert, die an
der Maske 25 konvergieren und auf das Schirmraster 23 auftreffen.
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Üblicherweise werden auf der Innen- und Außenfläche des Röhrentrichters
17 elektrisch leitende Schichten angebracht, die zusammen mit der dazwischen liegenden
Glaswand des Trichters eine kapazitive Filterwirkung besitzen, die im Betrieb mit
der dazugehörigen Fernseh-oder Bildvorrichtung ausgenutzt wird. Die Außenschicht
31 auf dem Trichter ist ein elektrisch leitendes Material, wie z.B. Aquadag, und
wird derart aufgebracht, daß sie sich vom Bereich der Schirm- Trichter-Verschlußlinie
21 bis'etwa zur Mitte des Trichters 17 erstreckt.
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Im gezeigten Beispiel besitzt die Innenfläche des Trichters 17 eine
3-teilige elektrisch untereinander verbundene Wiederstandsschicht, die getrennt
aufgebracht wird. Eine erste elektrische Leitschicht 33 mit geringem Widerstand,
z.B. eine Aquadag-Zusammensetzung, wird am ganzen Umfang im vorderen Trichter teil
in der Nähe der Verschlußlinie 21 aufgetragen.
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Eine elektrische Spannung für den Schirm 23 und die Endelektrode 35
der Elektronen erzeugenden Einheit 29 wird dieser kohlenstoffhaltigen Schicht über
einen im Trichter 17 befindlichen elektrischen Verbindungskontakt 37 zugeführt.
Angrenzend an den hinteren Bereich der ersten Schicht 33 von geringem Widerstand
befindet sich eine am ganzen Umfang angebrachte elektrisch leitende Schicht 39 mit
einem hohen Widerstandswert aus einem Glas-Metalloxyd-Gemisch, die gleichmäßig auf
die Innenfläche des hinteren Trichterteils aufgetragen wird und sich fest mit der
Trichterinnenwand verbindet. Diese hochohmige Schicht wird überlappend aufgetragen
und erstreckt sich bis zum Halsteil 15, wo sie ein schmales Band einer zweiten niederohmigen
Schicht 41 von unterschiedlicher Zusammensetzung berührt, die kratzfest und partikelfrei
ist und dicht am Glas anliegt. Diese zweite Schicht dient als Sammelelektrode und
ergibt eine Kontaktfläche für die vielfachen Kontaktelemente oder Anschlagnasen
43 zur Endelektrode der Elcktronenkanonon 29 gehören, welche innerhalb des Röhrenhalses
ausgerichtet sind.
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In einer typischen Elektronen erzeugenden Einheit kann die positive
hohe Betriebsspannung der Anode oder Endelektrode 35 ein Potential in der Größenordnung
von 30 kV oder mehr aufweisen. Sie wird durch den Verbindungskontakt 37, der durch
die Trichterwand geht, zugeführt, während die Spannung in der anliegenden Fokusierungselektrode
(Elektrostatische Linse) 45 in der Einheit 29 im Bereich zwischen 17 und 20 % der
Anodenspannung liegt. Daher ist es wünschenswert, im Röhrenkolben strombegrenzende
und lichtbogenverhindernde Schichten zu verwenden. Das dreiteilige miteinander verbundene
Widerstandssystem, das aus dem jeweiligen elektrisch zueinander in Beziehung stehenden
Schichten 33, 39 und 41 aus unterschiedlichem Material auf der Innenfläche des Röhrenkolbens
gebildet wird, erzeugt einen elektrisch leitenden Weg, in dem sich auch ein Gleichstromwiderstand
für niedrige Spannungen mit einem Wert im Meg-Ohm-Bereich befindet. Es wurde festgestellt,
daß Widerstandswerte dieser Größe eindeutig den Strom begrenzen und die Voraussetzung
für mögliche schädliche Lichtbögen in empfindlichen Zonen verhindern. In Röhren,
die diese dreiteilige Schichtkombination besitzen, werden die Spitzenströme der
Lichtbögen auf eine ungefährliche Größe reduziert.
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Im einzelnen ist die erste niederohmige Leitschicht 33 des dreiteiligen
elektrisch leitenden Systems vorn im Trichter 17 angebracht und kann eine übliche
l<ohlenstoffhaltige Zusammensetzung besitzen, wie z.B. Aquadag,
in
Verbindung mit kieselsaurem Kali auf Wasserbasis oder kieselsaurem Natron als Bindemittel.
Dieser Belag ist typisch für die gewöhnlich benutzte Art, die auf dem Trichterinneren
verteilt wird und kann auf dem gesamten Umfang bei der Trichterherstellung durch
in der Technik zumeist praktiziertes Aufsprühen oder Aufpinseln angebracht werden.
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Da diese spezielle Schicht eine nur begrenzte Kratzfestigkeit haben
kann, ist sie in diesem Beispiel auf einen Trichterbereich beschränkt, in welchem
das Abschürfrisiko nur gering ist.
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Die nach der Erfindung verbessert hochohmige Schicht 39 wird getrennt
auf einer Fläche des Trichters als Ablagerung auf dem Umfang anschließend an die
erste niederohmige Schicht 33 aufgetragen und reicht von dort bis zum Halsteil 15.
Diese hochohmige Schicht 39 ist ein amorpher Belag eines homogenen Gemisches aus
Glasfrittmaterial, dem mindestens ein Partikelmaterial beigemischt ist, welches
aus einer Gruppe von Cadmiumoxyd, Indiumoxyd und Kupferoxyd ausgewählt wurde. Diese
Glasmasse hat isolierende Eigenschaften, einen Erweichungspunkt von ca. 400 bis
5000C und einen Ausdehnungskoeffizienten, der mit dem der Glaszusammensetzung des
entsprechenden Kolbenteils identisch ist. Hierbei ist unter amorpher Glasmasse zu
verstehen, daß sie ihre Glasstruktur auch dann beibehält, wenn sie einer Wärmebehandlung
ausgesetzt ist und dabei weder ihre Glaseigenschaften
verliert,
noch auskristallisiert. Ein Beispiel eines geeigneten Fri ttmaterials dieser Art
ist eine Glaslötfritte, die mit Nr. 7570 bezeichnet wird und bei Corning-Glass WorkslCorning-NY
im Handel ist. Dieses Lötglasmaterial ist ein amorphes Glasgemisch mit niedriger
Schmelztemperatur und ist mit dem Glas des Röhrentrichters absolut verträglich.
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Das verbesserte strombegrenzende, hochohmige Gemisch wird dadurch
hergestellt, daß eines oder mehrere der zuvor beschriebenen Metalloxyde, wie z.B.
Cadmiumoxyd, das von Natur aus elektrisch leitend ist, mit einem pulverisierten,
isolierendem Glasfrittmaterial, wie z.B. Corning-Nr. 7570, gemischt wird. Es wurde
festgestellt, daß die Partikelgrößen der Materialien wichtig sind, wenn man ein
Gemisch erhalten möchte , in welchem die Partikel von Cadmiumoxyd nach und nach
homogen in dem Glas eingebettet und damit eingekapselt werden, um eine festanhaftende
Schicht zu erhalten, die eine dauerhafte Widerstandscharakteristik in der gesamten
Schicht aufweist. Die Durchmesser der im Gemisch verteilten Partikel des pulverisierten
Glassfrittmaterials betragen ca. 1,o bis 35,o u, während die der Cadmiumoxydpartikel
von 1,o bis 1o,o u reichen. Ein beispielhaftes homogenes Gemisch von Materialteilchen
wird dadurch hergestellt, daß das Glasfrittmaterial vorzugsweise im Bereich von
50 bis 65 G% liegt und das beigemischte Cadmiumoxyd vorzugsweise im Bereich von
25 bis 35 G% liegt. Der Widerstandswert des Gemisches kann dadurch verändert
werden,
daß die Gewichtsverhältnisse des Frittmaterials und des Cadmiumoxyds innerhalb der
oben genannten Bereiche aufeinander abgestimmt werden. Um die gewünschte Haftfähigkeit
zu erreichen, muß der Betrag des Frittmaterials mindestens 50 G% der Ablagerung
sein. Z.B. ergibt ein Gemisch 60-65 G% des Frittmaterials sowie 35-4c G% des Cadmiumoxyds
mit einer aufgetragenen Dicke von o,o762 bis o,127 mm eine ausgezeichnete Haftung
und einen entsprechenden Widerstand von ca. 2 MOhm.
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Die gewünschten Gewichtsverhältnisse dieser beiden pulverisierten
Materialien werden mit einem flüssigen Bindemittel gemischt, das mit der inneren
Umgebung der Katodenstrahiröhre verträglich ist, z.. mit einem organischen Bindemittel
wie z.B. Frittlack, in dem beispielsweise o,1 bis o,5 G% festeTeilchen enthalten
sind, wie z.B. eine Lösung aus 1 % Nitrozellulose, die in einem Ester, wie z.B.
Essigsäure-Amylester gelöst ist. Diese Frittmetalloxyd-Bindemittel-Kombination,
die zähflüssig ist, wird dann einem Mischverfahren unterworfen, um eine feine homogene
Verteilung der darin enthaltenen festen Partikel zu ermöglichen.
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Daraufhin wird eine bestimmte Menge Verdünnungsmittel beigemischt,
welches vorzugsweise einen höheren Siedepunkt als das Lacklösungsmittel besitzt,
wie z.B.
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Diäthyloxalat, welches mit dem Ester des organischen Bindemittels
verträglich ist. Auf diese Weise wird die erforderliche Zähflüssigkeit und der für
die Auftragung der Masse günstige Trocknungsgrad erreicht.
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Für einen Pinselauftrag ist z.B. eine Viskosität von
ca.
400 centipoise und für eine Sprühbeschichtung dagegen eine Viskosität von 150 centipoise
vorteilhaft.
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Der nächste Bestandteil des dreiteiligen Systems, nämlich die zweite
niederohmige, elektrisch leitende Schicht 41 wird als schmales, auf dem ganzen Umfang
im vorderen Bereich des Teiles 15 angebracht. Es berührt die hintere Grenze der
hochohmigen Schicht 39 und ist weniger breit als die hochohmige Schicht 39 und bildet
eine leitende Verbindung mit den Kontaktelementen 43, die sich am Ende der die Elektronenerzeugenden
Einheit 29 befinden, wodurch unerwünschte hochohmige Übergangswiderstände vermieden
werden und auf diese Weise bei der späteren Benutzung der Röhre unter hoher Spannung
Punkte mit schudlichet aDnorlnol-Hitze nicht entstehen können. Das Band-, das weniger
als ein Zoll breit ist, befindet sich im Halsteil, wo es in elektrischem Kontakt
mit und in räumlicher Zuordnung zu den Kontaktelementen der die Elektronen erzeugenden
Einheit steht. Die Zusammensetzung des leitfähigen Bandes ist derart, daß ein Widerstand
von 500-2000 Ohm pro Zoll entsteht, wobei die Schicht aus einem abgewandelten, kohlenstoffhaltigen
leitfähigem Material besteht, wie z.B. Graphit oder Aquadag, das mit einem verträglichen,
trägen Material wie Eisenoxyd, Chromoxyd, oder Aluminiumoxyd sowie mit einem geeigneten
Silikatbindemittel mit Wasser vermischt wird.
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Ein Gemisch, das für ein leitfähiges Band mit fester Haftfähigkeit
geeignet ist und eine harte, kratzfeste
und glatte Oberfläche besitzt,
und die gewünschten Leiteigenschaften beseitzt besteht beispielsweise aus: 50 G%
von mindestens einem der oben genannten Oxydbestandteile 30 GE von Aquadag auf Wasserbasis
(30 % Feststoffe) 20 G% von kieselsaurem Kali auf Wasserbasis (35 % Feststoffe).
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Ein solches Gemisch wird wie beschrieben und gezeigt, z.B. durch Aufpinseln,
auf den bestimmten Teil des Röhrenhalses aufgetragen.
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Das dreiteilige untereinander verbundene Widerstandssystem wird auf
folgende Weise angebracht: Die erste und die zweite niederohmige, elektrisch leitende
Schicht 33 und 41 wird auf den entsprechenden getrennten Flächen des Röhrenkolbens
wie beschrieben und gezeigt mit herkömmlichen Mitteln aufgetragen, woraufhin sie
getrocknet werden. Die hochohmige, elektrisch leitende Schicht 39 wird dann dazwischen
derart aufgetragen, daß sie längs ihres Umfangs mit den beiden zuvor genannten Schichten
33, 41 einen Kontakt bilden, deren Ränder sich überlappen. Wie bereits erwähnt,
werden für die erste und zweite leitende Schicht 33 und 41 Bindemittel auf Wasserbasis
verwendet, wogegen für die hochohmige Zwischenschicht 39 ein chemisch anders zusammengesetztes,
aber mit den beiden anderen Schichten verträgliches Grundlösungsmittel verwendet
wird, um eine schädliche Vermischung der Ränder der Schichten beim Auftragen zu
verhindern.
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Nach dem Trocknen dieser drei Schichten wird ein umlaufender Bördelrand
als Verschlußfritte 21 am Plattenverschlußrand des Trichters angebracht, worauf
eine dem Bildschirm enthaltene Frontplatte angebracht wird.
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Die Einheit aus Frontplatte und Trichter wird dann wie üblich eine
geeignete Zeitlang auf ca. 450° erhitzt, z.B. eine Stunde, damit die Verschlußfritte
verbacken wird und die Verschmelzung der Frontplatte mit dem Trichter zustande kommt
Die gesteuerte Hitze bei diesem Verschlußverfahren erzeugt zusätzlich eine amorphe
Umwandlung des homogenen Gemischs, welches die hochohmige Schicht 39 bildet, und
bewirkt gleichzeitig die Entgasung der ersten Leitschicht 33 und der zweiten Leitschicht
41, die zusammen das dreiteilige System bilden. In dieser Fertigungsphase wird eine
Elektronen erzeugende Einheit in das offene Halsteil eingesetzt und hermetisch darin
eingeschlossen, worauf die Röhre anschließend in herkömmlicher Weise weiterverarbeitet
wird.
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Auf diese Weise ist ein dreiteiliges untereinanderverbundenes Widerstandsschichtensystem
entstanden, welches sich durch eine verbesserte Unterdrückung innerer Lichtbogen
innerhalb der Katodenstrahlröhren auszeichnet.