DE3115652C2 - Kathode eines Elektronenstrahlerzeugungssystems und deren Verwendung - Google Patents

Abstract

Zwecks besserer Wärmeausnutzung ist in einem Elektronenstrahlerzeugungssystem in der Kathodeneinheit der zylindrische Kathodenschaft mit der emittierenden Stirnfläche von einem zylindrischen metallenen Wärmereflexionsschirm umgeben, in dem der Kathodenschaft freitragend mit Hilfe von Metallstreifen oder -drähten aufgehängt ist, die an dem Kathodenschaft in der Nähe der emittierenden Oberfläche und an einem Kathodenträger befestigt sind. Dadurch wird eine größere Ausbeute als bisher und eine kürzere Aufheizzeit erreicht.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Metallstreifen oder -drähte (36, 60, 105) nicht am Wärmereflexionsschirm (37,104) befestigt ist, so daß über die Metallstreifen oder -drähte (36, 60,106) keine direkte Wärmeleitung vom Kathodenschaft (30, 100) zum Wärmereflexionsschirm (37, 100) erfolgt.

2. Kathode nach Anspruch 1, bei der der Kathodenträger eine mit einer mittleren öffnung versehene Tragscheibe (41) aus elektrisch isolierendem Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser öffnung ein Tragzylitider (40) befestigt ist, an dem der Kathodenschaft (30, 100) und der Wärmereflexionsschirm (37,104) aufgehängt sind.

3. Verwendung der Kathode nach einvim der Ansprüche 1 oder 2 in einem Elektronenstrahlerzeugungssystem einer Kathodenstrahlröhre.

Die Erfindung betrifft eine Kathode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Kathode.

Kathoden der eingangs genannten Art sind aus der Funkschau 1974, Heft 9, S. 303-304, der DE-AS 28 797 und der DE-OS 17 64 047 bekannt.

Bei der aus der Funkschau a. a. O. bekannten Schnellheizkathode ist der Kathodenschaft mit Hilfe von dünnen Metallstreifen im Wärmereflexionsschirm aufgehängt. Die dünnen Metallstreifen bewirken, daß die Wärmeableitung gering bleibt.

Aus der DE-AS 23 28 797 ist eine Kathode für ein Elektronenstrahlerzeugungssystem bekannt, bei der ein Kaihodenträger in einer kappenlörniigen Steuerelektrode mit Austriltsöffnung mittels dreier dünner Stützstreifen befestigt ist, die an einem Flansch eines Tragzylinders l'estgesehweißl sind.

Die in der DIi-OS 17 64 047 beschriebene Kathodenanordnung enthält einen Kathodenschaft, der in der Nähe seines offenen Endes durch Punktschweißen an einem Wärmereflexionsschirm befestigt ist. Der Wärmereflexionsschirm umgibt den Kathodenschaft koaxial und überlappt das offene Ende desselben. Der Wärmereflexionsschirm ist seinerseits mit Hilfe von Metallstreifen in einem Kathodenträger befestigt Dadurch, daß von dem Kathodenschaft herrührende Wärme mit Hilfe eines auf der Innenseite vorzugsweise spiegelnden Wärmereflexionsschirms wieder zum Kalhodcnschafi reflektiert wird, wird die Ausbeule der Kathode vergrößert.

ίο Eine derartige Kathodenanordnung weist aber auch einige Nachteile auf. Da der Kathodenschaft in der Nähe des offenen Endes des Wärmereflexionsschirmcs befestigt ist, verschiebt sich beim Aufheizen des Kathodenschafts wegen der sich daraus ergebenden Wärmeausdehnung die emittierende Oberfläche in axialer Richtung, was, wie nachstehend noch näher erläutert wird, nicht erwünscht is'_ Außerdem fließt über die Punktschweißstellen Wärme vom Kathodenschaft zum Wärmereflexionsschirm, wodurch dieser Schirm aufgeheizt wird. Die Wärme, die der Wärmereflexionsschirm auf seiner Außenseite abstrahlt, verkleinert die Ausbeute des Systems. Wegen der großen Wärmekapazität des Systems hat die Kathode eine lange Aufheizzeit.

Die Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Kathode nach dein Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß eine größere Ausbeute als bisher und eine kürzere Aufheizzeit erreicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Nach der Erfindung ist der Kathodenschaft im Wärmereflexionsschirm frei tragend aufgehängt, z. B. dadurch, daß die Metallstreifen oder -drähte am Kathodenschaft in der Nähe der emittierenden Oberfläche und am Kathodenträger befestigt sind. Da der Kathodenschaft im Wärmereflexionsschirm frei tragend, also ohne Stützpunkt oder Kontaktpunkt am Wärmercflexionsschirm, aufgehängt ist, findet kein Wärmetransport durch Leitung zum Wärmercflexionsschirm statt, worn durch die Ausbeute der Kathode vergrößert wird. Die Ausdehnung des Kathodenschafts beeinflußt die Lage der emittierenden Oberfläche kaum. Der Kathodenschaft wird sich nur weiter in den Wärmereflcxionsschirm hinein erstrecken. Die Ausdehnung der Streifen oder Drähte ist vernachlässigbar. Die Form des Kathodenträgers ist nicht wesentlich.

Vorzugsweise enthält der Kathodenträger eine mit einer mittleren öffnung versehene Scheibe aus elektrisch isolierendem Material, wobei in dieser öffnung ein Tragzylinder befestigt ist, an dem der Kathodenschaft und der Wärmereflexionsschirm aufgehängt sind. Es ist aber auch möglich, den Wärmereflexionsschirm mit Hilfe von Stäben oder Streifen in dem Tragzylinder zu befestigen.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Kathode erfolgt vorzugsweise in einem Elektronenstrahlerzeugungssystem einer Kathodenstrahlröhre. Derartige Elektronenstrahlerzeugungssysteme werden in Schwarz-Weiß- und Farbbildfernsehröhren und in Röhren zur Datenwiedergabe, in Kameraröhren und anderen Röhren verwendet, in denen ein Elektronenstrahl erzeugt wird.

F.inige Ausführungsbeispielc der F.rfindunp sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden miller

b^r> beschrieben. Hs zeigt

Fig. I eine Kathodenstrahlröhre mit einem Elekironenstrahlerzeugungssystcm im Schnitt.

Fig. 2 ein Elektronenstrahlcrzeugungssystcm im

Schnitt.

I·' i g. 3 ein Detail der F i g. 2,

l⁷ig. 4 und 5 andere Ausführungsbeispiele von Kathoden für Elektronenstrahlerzeugungssysteme im Schnitt,

F i g. 6 ein Detail der F i g. 3,

Fig. 7 noch eine andere Ausführung!.form einer Kathode für Elektronenstrahlerzeugungssysteme im Schnitt und

F i g. 8 eine Draufsicht auf F i g. 7.

F i g. 1 zeigi eine Kathodenstrahlröhre im Schnitt, in diesem Fall eine Farbbildröhre vom »In-line«-Typ. In einem Glaskolben 1, der sich aus einem Frontglas 2, einem trichterförmigen Teil 3 und einem Hals 4 zusammensetzt, sind in dem Hals 4 drei Elektronenstrahlerzcugungssystcme 5,6 und 7 angeordnet, die die Elektroncnstrahlcn 8,9 und 10 erzeugen. Die Achsen der Elekironcnslrahlerzcugungssysteme liegen in einer Ebene, der Zeichnungsebene. Die Achse des mittleren Elektronenslrahlerzeugungssystems 6 fällt nahezu mit der Röhrenachse 11 zusammen. Die drei Elektronenstrahlerzeugungssysteme münden in die Hülse 16, die koaxial im Hals 4 angeordnet ist Das Frontglas 2 weist auf der Innenseite eine Vielzahl von Trios von Leuchtstoffstreifen auf. jedes Trio c-nihäu einen aus einem Grün aufleuchtenden Leuchtstoff besiehenden Streifen, einen aus einem Blau aufleuchtenden Leuchtstoff bestehenden Streifen und einen aus einem Rot aufleuchtenden Leuchtstoff bestehenden Streifen. Alle Trios zusammen bilden einen Bildschirm 12. Die Leuchtstoffstreifen stehen senkrecht auf der Zeichnungsebene. Vor dem Bildschirm 12 ist eine Maske 13 angeordnet, in der eine Vielzahl langgestreckter öffnungen 14 angebracht sind, durch die die Elektronenstrahl 8, 9 und 10 hindurchirctcn. Die Elektronenstrahlen werden in waagerechter Richtung (in der Zeichnungsebene) und in senkrechter Richtung (senkrecht zu der Zeichnungsebene) von einem Ablenkspulensystem 15 abgelenkt. Die drei Elektroncnstrahlerzeugungssysteme sind derart montiert, daß ihre Achsen einen kleinen Winkel miteinander einschließen. Die Elektronenstrahlen fallen dadurch unter diesem Winkel, dem sogenannten Farbauswahlwinkel, durch die öffnungen 14 und treffen je nur Leuchtstoffslrcifcn der zugeordneten Farbe.

In F i g. 2 ist eines der Elektronenstrahlerzeugungssystcmc im Längsschnitt dargestellt. In einem Gitter 21 befindet sich eine Kathodeneinheit 22. Die emittie:ende Oberfläche 23 der Kathode besteht aus einer dünnen Elektronen emittierenden Oberflächenschicht auf einem imprägnierten Wolfram-Emiiterkörper 24. Der erzeugte Elektronenstrahl tritt durch eine öffnung 25 in das erste Gitter 21 ein und wird dann mit Hilfe der Gitter b/.w. Elektroden 26, 27 und 28 beschleunigt und fokussiert. In einer Farbbildröhre beträgt das Kathodenpoteniial z. B. +30 V; das erste Gitter 21 weist z. B. ein Potential von 0 V und das zweite Gitter 26 ein Potential von 1 kV auf, während das dritte Gitter 27 ein Potential von 6 kV und das vierte Gitter 28 ein Potential von 27 kV aufweist. Die Wirkung der ersten Gitterelektrode 21 ist vom Abstand der emittierenden Oberfläche 23 von dieser Elektrode 21 abhängig. Daher darf die Ausdehnung des Kathodenschafts den Abstand zwischen der Kathode und diesem Gitter 21 nicht beeinflussen. Eine derartige Kathodeneinheit kann auch in einem Diodenelektronenstrahlerzeugungssystem, z. B. in Fernsehkameraröhren, verwendet werden. In einem Diodenclektronenstrahlerzeugungssystem folgt der Kathode nun eine an einer positiven Spannung liegende Anode.

Auch in einem derartigen Diodeneieklroncnslrahlerzeugungssystem muli der Abstand zwischen der Kathode und der Anode konstant bleiben.

In F i g. 3 ist die Kathodeneinheit, wie sie im Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Fig.2 verwendet wird, dargestellt Diese enthält einen mit geschwärztem Aluminiumoxid überzogenen Heizdraht 31. der mit den Anschlußstreifen 32 verbunden ist. Die Stirnfläche des Kathodenschafts 30 ist mit einem imprägnierten WoIframkörper 33 in einem Halter 34 und mit einer Elektronen emittierenden Oberfläche 35 versehen. Der Kathodenschaft 30 ist im Wärmereflexionsschirm 37 mit Hilfe von Metalldrähten 36 frei tragend aufgehängt Zwischen dem Kathodenschaft 30 und dem Wärmereflexionsschirm 37 bestehen keine direkten Kontaktpunkte, die zur Wärmeleitung und damit zur Herabsetzung der Ausbeute der Kathodeneinheit führen würden. Die Metalldrähte 36 bestehen aus Wolfram-Rhenium und weisen einen Durchmesser von 0,05 mm auf. In dieser Konstruktion beträgt die Länge der Drähte etwa 2,5 mm. Der Temperaturgradient in den Drähten ist in der Nähe des Kathodenschafts am größten.

Daraus folgt daß die Drähte verhältnismäßig schlecht wärmeleitend sind und somit nur ein geringer Wärmeverlust über diese Drähte auftreten wird- Der Wärmereflexionsschirm 37 ist mit Hilfe einer Metallplatte 38 mit einem vertieften Mittelteil 39 an einem Kathodentragzylinder 40 befestigt. Die Befestigung des Wärmereflexionsschirmes 37 in der Platte 38 erfolgt vorzugsweise mit Hilfe nur weniger Punktschweißungen, die mit z. B. einem Laser hergestellt werden, um einen möglichst schlechten Wärmekontakt zu erhalten. Dieser Kathodentragzylinder 40 wird von einem elektrisch isolierenden keramischen Körper 41 in einem Montagezylinder 42 umschlossen. Im keramischen Körper sind zwei Stifte 43 angeordnet, an denen die Anschlußstreifen 32 für den Heizdraht 31 durch Punktschweißen befestigt sind. Außerdem befindet sich noch ein Kathodenanschlußstreifen 44 an der Kathodeneinheit.

In F i g. 4 ist eine andere Ausführungsforrn einer Kathodeneinheit für ein Elektronenstrahlerzeugungssystem im Schnitt dargestellt. Der Unterschied zu der Ausführungsform nach F i g. 3 besteht darin, daß die Befestigungsplatte 50 zur Befestigung des Wärmereflexionsschirmes keinen vertieften Mittelteil aufweist. Der Kathodentragzylinder 40 kann in diesem Fall kürzer sein. Die Kathodeneinheit weist außerdem eine Abdeckplatte 51 mit einer mittleren Öffnung 52 auf, durch die der Kathodenschaft mit dem Wolframkörper 33 hcrausragt. Die Abdeckplatte 51 sorgt dafür, daß noch weniger Wärme verlorengeht. Die hier nicht bezeichneten Einzelteile sind bei der Beschreibung der F i g. 3 bereits erwähnt worden.
Die in Fig.5 gezeigte Ausführungsform weicht von der nach F i g. 3 nur in der Befestigung des Kathodenschafts 30 mit Hilfe der Drähte 60 unmittelbar am Kathodentragzylinder 40 ab. Die übrigen dargestellten Einzelteile sind bereits bei der Beschreibung der F i g. 3 erwähnt worden.

bo In F i g. 6 ist ein Detail der F i g. 3 dargestellt. Dadurch, daß der Wärmereflexionsschirm 37 an dem fluchtend zu dem offenen Ende 70 des Kathodenschafts 30 liegenden Ende wenigstens teilweise verschlossen wird, z. B. mit einem nach innen gebogenen Rand 71, wird die Wärme, die von dem offenen Ende des Kathodenschafts abgestrahlt wird, auch reflektiert, wodurch diese Wärme nicht verlorengeht. Auch dadurch wird die Ausbeute der Kathodeneinheit vergrößert. Dieses Ende des War-

mereflexionsschirmes kann auch mit einer Platte mit einer einzigen mittleren öffnung oder mit zwei öffnungen verschlossen werden, durch die die Enden des Heizdrahtes herausragen.

In F i g. 7 ist noch eine Ausführungsform einer Kathodeneinheit für ein Elektronenstrahlerzeugungssystem in einem Schnitt dargestellt. Die Stirnfläche des Kathodenschafts 100 ist mit einem imprägnierten Wolframkörper 101 in einem Halter 102 und mit einer Elektronen emittierenden Oberfläche 103 versehen. Der Heizdraht ist in to dieser Ausführungsform nicht dargestellt. Der Kathodenschaft 100 ist mit Hilfe von Drähten 105 frei tragend in dem zylinderförmigen Wärmereflexionsschirm 104 aufgehängt. Zwischen dem Kathodenschaft 100 und dem Wärmereflexionsschirm 104 sind keine direkten Kontaktpunkte vorhanden, die eine Wärmeleitung zu dem Wärmereflexionsschirm zur Folge haben könnten. In einer mittleren öffnung 106 in der Metallplatte 107 ist der Wärmereflexionsschirm 104 fixiert.

Die öffnung 106 weisi, wie aus F i g. 8 ersichtlich ist, eine derartige Form auf, daß der Rand der öffnung nur an zwei Stellen 108 und 109 den Wärmereflexionsschirm berührt. An diesen zwei Stellen ist der Wärmereflexionsschirm an der Platte 107 mit Hilfe zweier Punktschweißstellen befestigt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

40

45

50

55

b0

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kathode eines Elektronenstrahlerzcugungssystems mit

a) einem zylindrischen Kaihodenschaft (30, 100). dessen Stirnfläche die Elektronen emittierende Oberfläche (23,35.103) bildet,

b) einem zylinderförmigen metallenen Wärmereflexionsschirm (37,104), der

bl) den Kathodenschaft (30, 100) koaxial umgibt und der

b2) das der emittierenden Oberfläche (23, 35, 103) abgewandte offene Ende des Kathodenschafts (30,100) überlappt,

c) einem Kathodenträger, in dem der Kathv>denschaft (30,100) und der Wärmereflexionsschirm (37,104) befestigt sind, und

d) Metallstreifen oder -drähten (36, 60, 105), die mit ihrem einen Ende am Kathodenschaft (30, 100) befestigt sind und eine Aufhängung des Kathodenschafts (30,100) im Inneren des Wär- mercflexionsschirmes(37,100) ermöglichen,