DE3003534C2 - Direktbeheizte Kathode für Kathodenstrahlröhren - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

e) die Flächennormale der Breitseite des Heizbandes (28) verläuft senkrecht zur bestimmten Richtung (Z),

f) das freie Ende der Bandfeder (29) drückt mit seiner Breitseite senkrecht zur bestimmten Richtung (Z) federnd gegen eine Breitseite des Heizbands (28) und

g) die Bandfeder ist so ausgebildet, daß kein Heizstrom durch die Bandfeder (29) fließt (F i g. 2,3).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom freien Ende abgewandte andere Ende der Bandfeder (29) an einem die Grundplatte (21) durchsetzenden zweiten Tragstück (24) befestigt ist (F ig. 4).

3. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bandfedern (29a, 29b) vorgesehen sind, deren freie Enden an zwei in bezug auf das Zentrum des Überzugs symmetrischen Stellen am Heizband (28) anliegen, während ihre anderen Enden an die isolierende Grundplatte (21) durchsetzenden zweiten Tragstücken (24a, 2Ab) befestigt sind (Fig. 5).

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem das Heizband (28) berührenden freien Ende der Bandfeder (29) eine Isolierschicht vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Tragstücke (24a, 2Ab) durch die ersten Tragstücke (22,23) gebildet werden, und daß am freien Ende jeder der beiden Bandfedern (29a, 296,} jeweils eine Isolierschicht vorgesehen ist (F i g. 8).

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Die Erfindung bezieht sich auf eine direktbeheizte Kathode für Kathodenstrahlröhren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Kathode ist aus der DE-AS 16 39 463 bekannt.

Bei dieser bekannten Kathode werden zwei Blattfedern für die mechanische Spannung eines Heizbandes verwendet, wobei die Ebene der einen Blattfeder im ts wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Ebene von Stützleistenoberkanten und die Ebene der anderen Blattfeder im wesentlichen parallel zur gemeinsamen Ebene liegt Damit soll erreicht werden, daß das Heizband auch bei Stoßen und Erwärmung seine 1 age nicht verändert. Diese Halterung des Heizbandes durch die Blattfedern ist jedoch mit einem einschneidenden Nachteil behaftet: Der Heizstrom für das Heizband fließt nämlich durch die Blattfedern hindurch, so daß diese nicht nur durch die Strahlungswärme vom Heizband, sondern auch noch durch Widerstandsheizung aufgeheizt werden. Dadurch verschlechtert sich jedoch die Federeigenschaft der Blattfedern, und die mechanische Spannung, mit der das Heizband gehalten wird, ändert sich in Abhängigkeit von der Betriebslebensdauer der Kathode. Außerdem müssen ganz bestimmte Materialien für die Blattfedern verwendet werden, die nach Möglichkeit einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen, so daß ein Federmaterial, welches hochkonstante Federeigenschaften gewährleistet, jedoch einen großen elektrisches Widerstand hat, nicht in Frage kommt.

Eine andere, aus der DE-OS 28 39 504 bekannte Kathode ist im wesentlichen in der in F i g. 1 gezeigten Weise ausgebildet Diese dort dargestellte, sogenannte in-line-Kathode einer Farbbildröhre hat eine aus Keramik o. dgl. hergestellte, isolierende Grundplatte 1, die ersichtlicherweise mit drei durchgehenden Bohrungen 4 und drei Ausschnitten 5 versehen ist. In die Bohrungen 4 und die Ausschnitte 5 sind drei Paare erster bzw. zweiter leitfähiger Tragstücke 2 bzw. 3 eingesetzt. An den Randabschnitten der Bohrungen 4 und der Ausschnitte 5 sind nicht dargestellte Stufenabschnitte bzw. Ausnehmungen zur Aufnahme eines Verbindungsmittels vorgesehen, das zur Befestigung der Tragstücke 2, 3 an der Grundplatte 1 benutzt wird. In der einen Fläche der Grundplatte 1 sind Nuten 6,7 vorbestimmter Tiefe ausgebildet, wodurch drei voneinander getrennte Kathodenbereiche gebildet werden.

Das erste leitfähige Tragstück 2 halten das eine Ende eines Heizbandes 10, dessen anderes Ende durch das zweite Tragstück 3 gehaltert ist. Gemäß Fig. 1 ist ein Metallsubstrat 8, das mit einem Elektronen emittierenden Überzug 9 versehen ist, am Mittelteil des Heizbandes 10 angebracht. Ein Federelement 11 ist mit seinem unteren Ende am zweiten Tragstück 3 befestigt und so angeordnet, daß das über das Tragstück 3 hinausragende andere Ende des Heizbandes 10 durch das obere Ende des Federelements 11 gehaltert ist. Eine thermische Ausdehnung des Heizbandes 10 wird somit vom Federelement 11 aufgenommen. Das zweite Tragstück 3 besitzt die Form eines hohlen Stabs oder Bolzens mit rechteckigem Querschnitt, und es wirkt als Führung für einen verschiebbaren Justierstab 12, der zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Abstands zwischen dem Elektronen emittierenden Überzug 9 und einem nicht dargestellten ersten Gitter dient. Das obere Ende des Justierstabs 12 drückt zur Einstellung der Höhenlage des Überzugs 9 gegen das Heizband 10 an.

Das erste Tragstück 2 wird nach dem Einsetzen in die Bohrung 4 mit der Grundplatte 1 z. B. verklebt. Ebenso wird das zweite Tragstück 3 nach dem Einsetzen in den Ausschnitt 5 mit der Grundplatte z. B. verklebt. Das Federelement 11 nimmt nicht nur die thermisch bedingte Ausdehnung des Heizbandes 10 bei Erwärmung desselben auf, sondern erfüllt auch eine Pufferfunktion bei der Aufwärts- und Abwärtsverschiebung des Heizbandes 10.

Der Überzug 9 wird durch Beschichtung der Oberseite des aus einer Mg. Si, W usw. enthaltenden Legierung auf Ni-Basis bestehenden Metallsubstrats 8 mit einem

Carbonat von Ba, Sr oder Ca, gefolgt von einer Aktivierung des Carbonatüberzugs zur Umwandlung des Carbonats in ein Oxid, hergestellt Der so gebildete Oxidüberzug emittiert Thermo- bzw. Glühelektronen. Der verschiebbare Justierstab 12 wird an der Kathodenanordnung montiert, nachdem mehrere GiUer und die isolierende Grundplatte 1 auf z. B. einem Glaswulst aufgebaut und zu einem einstückigen Körper zusammengesetzt worden sind. Der Justierstab 12 wird dabei nach dem ZusammeiiDau in das zweite Tragstück 3 eingesetzt und in diesem zur Einstellung der Höhe, & h. der lotrechten Lage, des Überzugs 9 aufwärts oder abwärts verschoben. Schließlich wird der Justierstab 12 am zweiten Tragstück 3 befestigt, z. B. angeschweißt.

Bei der beschriebenen, bisherigen direktbeheizten Kathodenanordnung nach F i g. 1 sind drei Kathoden auf einer einzigen isolierenden Grundplatte montiert. Infolgedessen wird die Justierung des Abstands zwischen den Überzügen 9 und den Öffnungen eines ersten, über den Heizbändern 10 angeordneten Gitters bei der Herstellung der Kathodenanordnung umständlich. Wenn zudem eine der drei Kathoden schadhaft ist, muß die gesamte Kathodenanordnung verworfen werden, was entsprechend hohe Koster· bedingt. Außerdem muß ersichtlicherweise auch die Form der Grundplatte geändert werden, wenn Kathodenanordnungen mit unterschiedlichen Abständen zwischen den drei Strahldurchlaßöffnungen, in Anpassung an die jeweilige Art der Kathodenstrahlröhre, gefertigt werden sollen.

Eine weitere Schwierigkeit bei der bisherigen Kathodenanordnung nach F i g. t besteht darin, daß das Heizband 10 so angeordnet ist, daß seine Breitseite parallel zur Oberseite der Grundplatte 1 liegt. Mit anderen Worten: die Flachseite des Heizbandes 10 liegt parallel zur Oberseite der isolierenden Grundplatte 1. Infolgedessen ist der Mittelbereich des Heizbandes 20, wenn sich dieses durch thermische Ausdehnung verformt, in Axialrichtung der Kathodenanordnung verschoben, so daß sich der Abstand zwischen dem ersten Gitter und dem Überzug 9 verändert. Diese Lagenänderung führt zu einer Änderung der Gittereinsatzspannung, die wiederum z. B. zu einer fehlerhaften Weißabgleicheinstellung einer Farbbildröhre führt.

Die bisherige Kathodenanordnung nach F i g. 1 ist außerdem mit dem Nachteil behaftet, daß das Federelement 11 vom Heizbandstrom durchflossen wird. Hierdurch erwärmt sich das Federelement 11 unter Verringerung seiner Elastizität, so daß eine Änderung des Abstands zwischen dem Überzug 9 und dem ersten Gitter eingeführt wird. Im allgemeinen wird ein Werkstoff mit sehr hohem Widerstand wie Inconel X (Handelsbezeichnung), für das Federelement 11 benutzt. Die erwähnte Änderung des Abstands ist dann besonders stark, wenn das Federelement 11 aus einem solchen Werkstoff mit hohem Widerstand besteht. Zudem ist die Widerstandsänderung des Federelements 11 der Änderung des durch das Heizband 10 fließenden Stroms unmittelbar proportional. Infolgedessen muß das Federeleincnt 11 eine möglichst kleine Widerstandsänderung besitzen.

Schließlich ist es noch aus der JP-OS 52 35 952 bekannt, zumindest Teile eines Heizbandes so anzuordnen, daß die Flächennormale der Breitseite des Heizbandes senkrecht zu derjenigen Richtung liegt, in der die Elektronen ermittelt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Kathode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß der Abstand zwischen dem Elektronen emittierenden Überzug und einem beim Einbau der Kathode in eine Kathodenstrahlröhre üblicherweise vorhandenen ersten Gitter möglichst konstant bleibt

Diese Aufgabe wird bei einer direktbeheizten Kathode nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 5.

Bei der erfindungsgemäßen, direktbeheizten Kathode liegt die Bandfeder nicht im Stromkreis des Heizstromes. Lediglich an der Berührungsstelle zwischen Bandfeder und Heizband tritt eine Erwärmung durch den Heizstrom auf, wodurch aber die Federeigenschaften der Bandfeder nicht nachteilhaft beeinflußt werden. Es ist daher möglich, den Abstand zwischen dem Elektronen emittierenden Überzug und einem beim Einbau der Kathode in eine Kathodenstrahlröhre üblicherweise vorhandenen ersten Gitter praktisch konstant zu halten.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer bisherigen direktbeheizten Kathodenanordnung,

Fig.2 eine Aufsicht auf eine direkibeheizte Kathodenanordnung mit Merkmalen nach der Erfindung,

F i g. 3 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht der Anordnung nach F i g. 2, und

Fig.4 bis 10 Aufsichten auf direktbeheizten Kathodenanordnungen gemäß abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung.

F i g. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.
Bei der in den F i g. 2 und 3 dargestellten direktbeheizten Kathodenanordnung 20 sind zwei leitfähige Tragstücke 22 und 23 sowie ein Federtragstück 24 in lotrechter Stellung durch eine z. B. aus Keramik bestehende, isolierende Grundplatte 21 hindurchgeführt, die im Mittelbereich mit einer Bohrung 25a versehen ist, deren Zentrum auf der Achse Zder Kathodenstrahlröhre liegt. Gemäß F i g. 3 ist das zweite leitfähige Tragstück 23 durch eine Bohrung 256 hindurchgeführt, deren unteres Ende angesrnkt ist und somit eine Vertiefung 25c zur Aufnahme eines Verbindungsmittels 27a bildet, beispielsweise eines Glasbindemittels oder eines Lötmaterials, mit dessen Hilfe das zweite Tragstück 23 an der Grundplatte 21 befestigt ist. Die die Vertiefung 25c bildende Fläche ist beispielsweise metallisiert bzw. galvanisiert. Die Grundplatte 21 ist außerdem mit nicht dargestellten durchgehenden Bohrungen versehen,

so durch welche das erste Tragstück 22 und das Feder-Tragstück 24 hindurchgeführt sind und an deren unteren Enden wiederum Vertiefungen zur Aufnahme eines Verbindungsmittels zur Befestigung der Bauteile 22, 24 an der Grundplatte 21 vorgesehen sind. Die Grundplatte 21 selbst ist ebenfalls an der Unterkante mit einer Vertiefung 25c/zur Aufnahme eines Verbindungsmittels 27b versehen. Nach dem Einsetzen in einen Kathodenzylinder 26 wird die Grundplatte 21 mit Hilfe des in die Vertiefung 25c/ eingebrachten Verbindungsmittels 27b fest mit dem Zylinder 26 verbunden.

Zwischen den beiden leitfähigen Tragstücken 22 und 23 ist ein Heizband 28 gespannt, das speziell an den Tragstürken 22 und 23 mit Hilfe von Schweißpunkten 22b bzw. 23b an den Seitenabschnitten 22a bzw. 23a nahe der oberen Enden der Tragstücke 22 bzw. 23 befestigt ist. Das Heizband 28 besteht aus einer Legierung aus Ni (70Ge.v.-%) und W (30Gew.-%), und es besitzt im allgemeinen eine Breite von 0.2 bis 0,5 mm und eine

Dicke von 0,02 bis 0,04 mm, wobei es so montiert ist, daß die Flächennormale der Breitseite des Heizbandes 28 senkrecht zur Axialrichtung Zder Kathodenstrahlröhre liegt. Das eine Ende einer Bandfeder 29 ist mittels eines Schweißpunkts 246 an einem Seitenabschnitt 24a in der Nähe des oberen Endes des Tragstücks 24 an diesem befestigt. Die Bandfeder 29 drängt das Heizband 28 in eine Richtung senkrecht zu einer Ebene, weiche die Achse der Kathodenstrahlröhre einschließt. Im Mittelbereich des Heizbandes 28 ist eine Kathode 30 so montiert, daß ihre Flächen parallel zur Oberseite der isolierenden Grundplatte 21 liegen.

Gemäß Fig.3 ragt das Heizband 28 etwas über die beiden Tragstücke 22 und 23 hinaus. Dies ist deshalb der Fall, weil die Endabschnitte des Heizbandes 28 beim Schweißvorgang an den Außenseiten der Tragstücke 22 und 23 verspannt werden, um das Heizband unter eine gewisse Zugspannung zu setzen.

Gemäß F i g. 2 ist das Heizband 28 zwischen den Tragstücken 22 und 23 so gespannt, daß das Zentrum der Kathode 30 vom Zentrum der Bohrung 25a abweicht. Bei Erwärmung verschiebt sich jedoch die Kathode 30 zum Zentrum der Bohrung 25a. Wenn sich nämlich das Heizband 28 im Betrieb der Kathodenstrahlröhre thermisch ausdehnt, wird es durch die Bandfeder 29 in die strichpunktiert eingezeichnete Stellung verschoben. Infolgedessen wird die Kathode 30 zum Zentrum der Bohrung 25a verschoben, d. h. das Zentrum der Kathode 30 kommt auf der Achse Z der Kathodenstrahlröhre zu liegen.

Die vorstehend beschriebene direktbeheizte Kathodenanordnung ist der bisherigen Kathodenanordnung in verschiedenen Punkten überlegen. Zum einen ist nämlich das Heizband 28 so angeordnet, daß die Flächennormale der Breitseite des Heizbandes 28 senkrecht zur Axialrichtung Z der Kathodenstrahlröhre liegt. Weiterhin wirkt die Vorbelastungskraft der Bandfeder 29 auf das Heizband 28 in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung der Kathodenstrahlröhre. Wenn sich somit das Heizband 28 im Betrieb der Kathodenstrahlröhre thermisch ausdehnt, wird die Kathode senkrecht zur Axialrichtung der Kathodenstrahlröhre verschoben, so daß der axiale Abstand zwischen dem ersten Gitter und dem Überzug konstant bleibt. Beim wiederholten Ein- und Ausschalten der Kathodenstrahlröhre kann daher kaum ein Fehler in der Weißabgleicheinstellung einer Farbbildröhre auftreten.

Darüber hinaus wird die Bandfeder 29 nicht vom Heizbandstrom durchflossen. Infolgedessen erwärmt sich die Bandfeder 29 nicht, so daß ihre Vorbelastungskraft nicht herabgesetzt wird. Zudem werden dadurch Abweichungen des Heizbandstroms weitgehend ausgeschalte;.

Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, daß sich jede Kathodenanordnung, ähnlich wie eine Heizkathodenanordnung, bei der Herstellung einer Einheit aus drei Kathodenstrahlröhren für eine Farbbildröhre getrennt bzw. unabhängig handhaben läßt Genauer gesagt: die Kathodenanordnung selbst braucht auch dann nicht umkonstruiert zu werden, wenn sie für die Herstellung von Einheiten aus drei Elektronenrohren benutzt wird, die sich bezüglich des Abstands zwischen den Kathoden voneinander unterscheiden. Ferner braucht in einem Störungsfall nur eine einzige schadhafte Kathodenanordnung ausgebaut und verworfen zu werden.

Die Fig.4 bis 10 veranschaulichen verschiedene Abwandlungen der Lagenbeziehung zwischen dem Heizband 28 und der Bandfeder 29. Bei der Kathodenanordnung 110 gemäß F i g. 4 sind die beiden leitfähigen Tragsiücke 22 und 23 auf einer Diagonale an der isolierenden Grundplatte 21 vorgesehen. Damit kann die Größe der Kathodenanordnung verringert werden. Außerdem erfährt ein Federberührungspunkt 111 zwischen dem Heizband 28 und der Bandfeder 29 bei einer thermischen Ausdehnung des Hdübandes 28 eine große Verschiebung.

Bei der Kathodenanordnung 120 gemäß F i g. 5 ist das Heizband 28 in Längsrichtung der Grundplatte 21 gespannt. Die Kathode 30 liegt von Anfang an im Zentrum der Bohrung 25. Zwei Bandfedern 29a und 296, deren Endabschnitte an zwei Feder-Tragstücken 24a bzw. 246 befestigt sind, legen sich von gegenüberliegenden Seiten her an gegenüber dem Zentrum der Kathode 30 symmetrischen Stellen gegen das Heizband 28 an. Diese Anordnung ist insofern vorteilhaft, als die Kathode 30 stets im Zentrum der Bohrung 25 gehalten wird und somit außerordentlich genau ausgerichtet ist.

Die Kathodenanordnung 130 nach F i g. 6 entspricht derjenigen gemäß F i g. 5 mit dem Unterschied, daß die beiden Bandfedern 29a, 296 kürzer sind als bei der Anordnung nach F i g. 5.

Bei der Anordnung nach F i g. 6 kann somit Material für die Bandfedern eingespart werden.

Bei der Kathodenanordnung 140 nach Fig. 7 ist kein Feder-Tragstück vorgesehen, vielmehr ist der Endabschnitt der Bandfeder 29 am zweiten leitfähigen Tragstück 23 befestigt. Bei dieser Anordnung muß die Bandfeder 29 an ihrem gegen das Heizband andrückenden freien Endabschnitt mit einem Isolierelement, etwa einem Metalloxidfilm, versehen sein, um das Fließen von Strom durch die Bandfeder 29 zu verhindern. Die Anordnung nach F i g. 7 ermöglicht eine Vereinfachung des Fertigungsvorgangs und eine Einsparung an Materialkosten.

Die in Fig.8 dargestellte Kathodenanordnung 150 entspricht bezüglich Aufbau und Arbeitsweise im wesentlichen einer Kombination aus den Kathodenanordnungen 120 und 140 gemäß Fig.5 bzw. 7. Ebenso entspricht die Kathodenanordnung 160 nach F i g. 9 im wesentlichen einer Kombination aus den Anordnungen 130 und 140 nach F i g. 6 bzw. 7.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Kathodenanordnung 180 ist ein zweites leitfähiges Tragstück 181 an einem Fortsatzteil des Kathodenzylinders 26 oder unmittelbar an diesem montiert, um dadurch den elektrischen Widerstand weiter herabzusetzen. Dabei sollte das Tragstück 181 vergleichsweise dick und mit dem Kathodenzylinder verschweißt sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Direktbeheizte Kathode für Kathodenstrahlröhren, bestehend aus:

a) zwei auf einer isolierenden Grundplatte (21) einander gegenüberstehend angeordneten leitfähigen ersten Tragstücken (22,23),

b) einem zwischen den ersten Tragstücken (22,23) gespannten Heizband (28),

c) einem in der Mitte des Heizbandes (28) befestigen Metallsubstrat, das mit einem Überzug versehen ist, der Elektronen in eine senkrecht zur Oberfläche des Überzugs verlaufende be- is stimmie Richtung (Z) emittiert,

d) mindestens einer an einem Ende befestigten Bandfeder (29),