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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Farbbildröhren und
insbesondere auf Spannmaskeneinrichtungen für Kathodenstrahlröhren, wobei
die Spannmaskeneinrichtungen in der Lage sind, Spannung abzubauen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Eine
Farb-Kathodenstrahlröhre
oder CRT umfasst eine Elektronenkanone, mit der drei Elektronenstrahlen
gebildet und auf einen Schirm der Röhre gerichtet werden. Der Schirm
ist auf der Innenseite einer Stirnflächenplatte der Röhre angeordnet
und besteht aus einem Feld von drei verschiedenen leuchtenden Phosphorelementen.
Eine Schattenmaske, bei der es sich entweder um eine geformte Maske
oder um eine Spannmaske handeln kann, ist zwischen der Elektronenkanone
und dem Schirm angeordnet. Die von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahlen
durchqueren Öffnungen
in der Schattenmaske und treffen auf dem Schirm auf, wodurch sie
die Phosphorelemente zum Leuchten anregen, so dass ein Bild auf
der Betrachtungsfläche
der Stirnflächenplatte
angezeigt wird.
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Eine
Spannmaske umfasst eine Reihe von Bändern, die auf einen Maskenrahmen
aufgespannt sind, um deren Tendenz, bei großen Amplituden unter Anregung
von außen
zu schwingen, abzuschwächen.
Derartige Schwingungen würden
eine grobe Fehlausrichtung der Elektronenstrahlen auf dem Schirm
verursachen und zu unerwünschten
Bildanomalien für
den Betrachter der Kathodenstrahlröhre führen.
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Die
Internationale Druckschrift Nr. WO 00/60636 offenbart eine Farbbildröhre mit
einer an einem Rahmen mit hoher Ausdehnung angebrachten Spannmaske
mit niedriger Ausdehnung, welche einen Spannungsabbau bei Wärmeausdehnung
berücksichtigt.
Mit den nachgiebigen Abschnitten sind Zwischenglieder an einer einzigen
zentralen Stelle verschweißt.
Der Rahmen umfasst zwei lange Seiten mit jeweils einem starren Abschnitt
und einem von dem starren Abschnitt vorkragenden nachgiebigen Abschnitt
sowie zwei kurze Seiten mit jeweils einem oberen Abschnitt mit L-förmigem Querschnitt, der parallel
zu einem flachen stabförmigen
unteren Abschnitt verläuft
und von diesem getrennt ist. Die beiden L-förmigen oberen Abschnitte bestehen
aus Stahl, während
die beiden stabförmigen
unteren Abschnitte aus Edelstahl mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten
bestehen. Bei Erhitzen des Rahmens dehnen sich die unteren Abschnitte weiter
aus als die oberen Abschnitte, so dass durch die unterschiedliche
Ausdehnung der unteren Abschnitte und oberen Abschnitte die mechanische Spannung
in den nachgiebigen Abschnitten und den Zwischengliedern abgebaut
wird, während
gleichzeitig die Spannung in der Maske während der Hochtemperaturbearbeitung
verringert wird. Da sich bei Erhitzen die unteren Abschnitte weiter
ausdehnen als die oberen Abschnitte, bewirkt dies bei der Erhitzung ein
Krümmen
der kurzen Seiten in der Y-Z-Ebene.
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Die
zum Erzielen einer akzeptablen Schwingleistung erforderliche mechanische
Spannung der Maske liegt unter den hohen Temperaturen der Röhrenbearbeitung,
die Materialeigenschaften der Maske verändern sich, und der elastische
Grenzwert des Maskenmaterials ist signifikant niedriger. Unter solchen
Bedingungen übersteigt
die mechanische Spannung der Maske den elastischen Grenzwert des
Maskenmaterials und das Material wird unelastisch überdehnt.
Beim Abkühlen
der Röhre
nach der Bearbeitung sind die Bänder
länger
als vor der Bearbeitung und der Maskenrahmen ist nicht in der Lage,
die Maskenbänder
auf den gleichen Spannungsgrad zu spannen wie vor der Bearbeitung.
Ein weiteres übliches
Problem tritt auf, wenn das Material der Maskenbänder einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
als das Material des Maskenrahmens besitzt. In diesem Fall erhöht sich
die auf das Maskenband einwirkende Spannung während der Wärmebehandlung, was eine weitere
unelastische Belastung bewirkt.
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Es
ist daher wünschenswert,
eine Masken-Rahmen-Vorrichtung zu entwickeln, die in dem Wärmezyklus,
der bei der Herstellung einer Kathodenstrahlröhre zum Verringern der Maskendehnung eingesetzt
wird, einen gleichmäßigen Spannungsabbau
bei Spannmasken erlaubt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenstrahlröhre mit
einer Vorrichtung zum Abbau der Spannung des Maskenrahmens, wie
in Anspruch 1 festgelegt. Die Erfindung bewirkt, dass der Maskenrahmen
beim Erhitzen während
des Herstellprozesses der Kathodenstrahlröhre nach innen auf sich selbst
zusammengedrückt
und so Spannung aus der Spannmaske genommen wird.
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Insbesondere
umfasst die Maskenrahmen-Entspannungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung ein zweifaches Nachgiebigkeitssystem,
in dem gegenüberliegende Ränder einer
Spannmaske an zwei parallelen Maskenhalteleisten befestigt sind. Die
Halteleisten sind mittig an zwei gegenüberliegenden Seiten eines Hilfsrahmens
angebracht. Der Hilfsrahmen ist aus zwei oder mehr Materialien mit
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
gebaut, so dass ein Anstieg der Temperatur ein Durchbiegen des Hilfsrahmens
bewirkt und dies wiederum dazu führt,
dass sich die Halteleisten aufeinander zu bewegen. Die Bewegung
der Halteleisten erfolgt im Wesentlichen planar (X-Y-Ebene), so
dass sich die Halteleisten ohne Verzerrung der Kontur des Maskenrahmens
bewegen können.
Wenn sich die Halteleisten aufeinander zu bewegen, wird die Belastung der
Spannmaske vermindert und die mechanische Spannung abgebaut. Somit
wird durch den Gegenstand der Erfindung bei hohen Temperaturen die Spannung
von der Spannmaske genommen, ohne dass sich die Kontur der Spannmaske
verformt.
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Dies
wiederum verringert die unelastische mechanische Spannung, die die
Maske während
der Wärmebehandlung
erfährt,
und hält
nach der Wärmebehandlung
eine größere Spannung
in den Bändern
zurück.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Farbbildröhre
einschließlich einer
Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer Seitenansicht, teilweise im Axialschnitt.
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2A und 2B zeigen
eine bekannte Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung in Teilseitenansicht.
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3A, 3B und 3C zeigen
eine Masken-Rahmen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
in verschiedenen Ansichten. 3A zeigt
eine Masken-Rahmen-Vorrichtung in Draufsicht, bei der die Spannmaske
aus Übersichtlichkeitsgründen entfernt
worden ist. 3B zeigt eine Ansicht der Masken-Rahmen-Vorrichtung
entlang Linie 3B-3B, einschließlich
der Spannmaske. 3C zeigt eine Ansicht der Masken-Rahmen-Vorrichtung entlang
Linie 3C-3C.
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4A und 4B zeigen
eine Masken-Rahmen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
in Draufsicht, bei der die Spannmaske und die Maskenhalteleisten
aus Übersichtlichkeitsgründen entfernt
worden sind. 4A zeigt den Hilfsrahmen bei
Raumtemperatur. 4B zeigt den Hilfsrahmen bei
einer höheren
Temperatur, wie sie beispielsweise für die Röhrenbehandlung erforderlich
ist.
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5 zeigt
den Hilfsrahmen entlang Linie 5A-5A von 4A in
einer Querschnittsansicht.
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6 zeigt
den Hilfsrahmen entlang Linie 6A-6A von 4A in
einer Querschnittsansicht.
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7 zeigt
eine Ansicht entlang Linie 3B-3B von 3A, die
die Bewegung der Maskenhalteleiste verdeutlicht, während die
Masken-Rahmen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erhitzt wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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1 zeigt
eine Kathodenstrahlröhre 10 mit einem
Glaskolben 12, der eine rechteckige Stirnflächenplatte 14 und
einen röhrenförmigen Hals 16 umfasst,
die durch einen Trichter 18 verbunden sind. Der Trichter 18 ist
innen mit einer leitfähigen
Beschichtung (ohne Abbildung) versehen, die sich von einem Anodenknopf 20 bis
zu dem Hals 16 erstreckt. Die Platte 14 umfasst
eine Betrachtungsfläche 22 und
einen umlaufenden Flansch beziehungsweise eine umlaufende Seitenwand 24,
die über
eine gesinterte Glasvorrichtung 26 mit dem Trichter 18 verschweißt ist.
Ein Schirm 28 mit drei Phosphorfarben wird durch die Innenfläche der
Platte 14 gehalten. Der Schirm 28 ist ein Zeilenschirm,
bei dem die Phosphorzeilen in Dreiergruppen angeordnet sind, die
jeweils eine Phosphorzeile jeder der drei Primärfarben umfassen. Eine Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung 30 ist
auf lösbare
Weise an dem Schirm 28 und in einem vorgegebenen Verhältnis von
diesem beabstandet befestigt. Bei der Maske kann es sich entweder
um eine Spannmaske oder eine Spannfokusmaske handeln. Eine Elektronenkanone 32 (durch
die gestrichelten Linien schematisch in 1 dargestellt)
ist zentral in dem Hals 16 befestigt, um drei in Reihe
angeordnete Elektronenstrahlen, nämlich einen mittleren Strahl und
zwei Seitenstrahlen, zu erzeugen, die auf konvergierenden Wegen
durch die Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung 30 bis zu dem
Schirm 28 verlaufen.
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Die
Röhre 10 ist
für die
Verwendung mit einem äußeren magnetischen
Ablenkjoch ausgelegt, wie beispielsweise dem in der Nähe der Verbindung zwischen
Trichter und Hals abgebildeten Joch 34, das Magnetfelder
erzeugt, welche bewirken, dass die Elektronenstrahlen in horizontaler
und vertikaler Richtung ein rechteckiges Raster über dem Schirm 28 abtasten.
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Die
in 3A–3C in
größeren Einzelheiten
abgebildete Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung 30 umfasst zwei
die langen Seiten stützende Elemente 36 und 38 sowie
zwei die kurzen Seiten stützende
Elemente 40 und 42. Die beiden Elemente 36 und 38 auf
den langen Seiten der Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung 30 verlaufen parallel
zu einer mittleren Hauptachse x der Röhre 10 und die beiden
Elemente 40 und 42 auf den kurzen Seiten verlaufen
parallel zu der mittleren Nebenachse y der Röhre 10. Die Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung 30 umfasst
Bänder 44,
die parallel sowohl zu der mittleren Nebenachse y als auch zueinander
verlaufen.
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2A und 2B zeigen
eine bekannte Masken-Rahmen-Vorrichtung 300 in
einer Teilseitenansicht. Die bekannte Masken-Rahmen-Vorrichtung 300 besteht
aus einer Rahmenkomponente 314 und einer Spannmaske 306.
Die Rahmenkomponente 314 umfasst ein Paar kurze Stahlrahmensegmente 310 mit
einer an der Rückseite
des Stahlrahmensegments 310 befestigten Edelstahlleiste 308.
Eine Reihe von Stahlauskragungen 302 sind senkrecht zu den
Stahlrahmensegmenten 310 und der Edelstahlleiste 308 angebracht.
Die Edelstahlleiste 308 ist starr an dem Stahlrahmensegment 310 befestigt,
typischerweise durch Nahtschweißen,
Punktschweißen
oder Heftschweißen.
Die Auskragungen 302 sind ebenfalls durch Nahtschweißen, Punktschweißen oder
Heftschweißen
an der Edelstahlleiste 308 und dem Stahlrahmensegment 310 befestigt.
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Bei
der Erhitzung der Kathodenstrahlröhre im Herstellprozess dehnt
sich die Masken-Rahmen-Vorrichtung 300 wie in 2B gezeigt
aus. Die Edelstahlleiste 308 dehnt sich schneller aus als
das Stahlrahmensegment 310, an dem sie befestigt ist. Da
sich die Edelstahlleiste 308 schneller ausdehnt als das
Stahlrahmensegment 310, wird eine beträchtliche Kraftmenge zwischen
den Elementen erzeugt, was bewirkt, dass diese sich krümmen, wobei der
Krümmungsmittelpunkt
in Richtung der Maske 306 liegt. Diese Krümmung bewirkt,
dass sich die Stahlauskragungen 302 einwärts zum
Mittelpunkt der Masken-Rahmen-Vorrichtung 300 in der Y-Z-Ebene drehen.
Während
sich die Auskragungen 302 einwärts aufeinander zu drehen,
verliert die Spannmaske 306 ihre Spannung, wie in 2B gezeigt.
Da die Auskragungen 302 einen signifikanten Elastizitätsgrad aufweisen,
der in Richtung zum Mittelpunkt der Auskragungen 302 zunimmt,
nimmt die Spannungsabbauwirkung mit wachsender Entfernung von dem Stahlrahmensegment 310 ab.
Somit verliert die Spannmaske 306 ihre Spannung zuerst
am Rand und dann zur Mitte hin auf eine höchst gleichmäßige Weise.
Ein derartiger Maskenspannungsabbau führt in der Mitte der Spannmaske 306 zu
einer unelastischeren Dehnung der Maske als an ihren Rändern. Ein
derartiges Muster der unelastischen Maskendehnung kann zu einer
Faltenbildung der Maske 306 und dazu führen, dass in der Mitte der
Rahmenkomponente 314 nach dem Abkühlen der Masken-Rahmen-Vorrichtung 300 keine
hohe Maskenspannung mehr aufrechterhalten kann. 3A zeigt
eine Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung 30 einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Draufsicht, die aus
einer Rahmenvorrichtung 401 und einer Spannmaske (aus Übersichtlichkeitsgründen ohne
Abbildung) besteht. Die Rahmenvorrichtung 401 ist eine Vorrichtung
mit zweifacher Nachgiebigkeit und besteht aus zwei hauptsächlichen
Unterbaugruppen, dem Hilfsrahmen 402 und den beiden Maskenhalteleisten 420. 3B zeigt
die Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung 30 in einer Ansicht
entlang Linie 3B-3B und verdeutlicht die räumlichen Verhältnisse zwischen
den Bändern 44 der
Spannmaske und den Maskenhalteleisten 420 sowie zwischen
den Maskenhalteleisten 420 und dem Hilfsrahmen 402. 3C zeigt
die Spannmasken-Rahmen-Vorrichtung 30 in einer Ansicht
entlang Linie 3C-3C und veranschaulicht den gekrümmten Rand 405A, an
dem die Bänder 44 der
Spannmaske angebracht sind.
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4A zeigt
den Hilfsrahmen 402 bei Raumtemperatur T1, wobei die Maskenhalteleisten 420 aus Übersichtlichkeitsgründen entfernt
worden sind. Der Hilfsrahmen 402 ist aus zwei verschiedenen
Materialien mit zwei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
gebaut. In dieser Ausgestaltung wird Stahl als das Material mit
der niedrigeren Wärmeausdehnung
und Edelstahl als das Material mit der höheren Wärmeausdehnung verwendet. Der
Hilfsrahmen 402 besteht aus zwei die langen Seiten stützenden
Elementen 36 und 38, die sich annähernd parallel
zu der X-Achse der Röhre
erstrecken und durch zwei quer dazu verlaufende, die kurzen Seiten
stützende
Elemente 40 und 42 getrennt werden, die sich annähernd parallel
zu der Y-Achse der Röhre
erstrecken.
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Der
Betrieb der vorliegenden Erfindung ist am besten unter gleichzeitiger
Bezugnahme auf 4A bis 7 verständlich.
Die die langen Seiten stützenden
Elemente 36 und 38 bestehen aus einem Edelstahlabschnitt 403A (mit
höherer
Wärmeausdehnung)
und einem Stahlabschnitt 403B (mit niedrigerer Wärmeausdehnung),
wobei der Edelstahlabschnitt 403A auf dem Innenbereich
des in 5 gezeigten Hilfsrahmens 402 liegt. Die
die kurzen Seiten stützenden
Elemente 40 und 42 bestehen aus einem Edelstahlabschnitt 404A (mit
höherer
Wärmeausdehnung)
und einem Stahlabschnitt 404B (mit niedrigerer Wärmeausdehnung),
wobei der Edelstahlabschnitt 404A auf dem Außenbereich
des in 6 gezeigten Hilfsrahmens 402 liegt. Der
Abstand zwischen den Leistenbefestigungspunkten 412 ist
durch die Abmessung D = A1 in 4A und
die Abmessung D = A2 in 4B angegeben.
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Bei
der Erhitzung des Hilfsrahmens 402 bewirkt der höhere Wärmeausdehnungskoeffizient
des Edelstahlabschnittes, dass sich der Edelstahlabschnitt stärker in
der Länge
ausdehnt als der Stahlabschnitt. Da die Abschnitte des Hilfsrahmens 402 aneinander
gefügt
werden, krümmen
sich die die langen Seiten stützenden
Elemente 36 und 38 und die die kurzen Seiten stützenden
Elemente 40 und 42 in der X-Y-Ebene, wobei der
Krümmungsmittelpunkt
auf der Stahlseite der Elemente 36, 38, 40 und 42 liegt. Daher
verändert
sich die Beabstandung zwischen den Befestigungspunkten 412 um einen
Nettobetrag. 4B zeigt den Hilfsrahmen 402 bei
einer hohen Temperatur T2 (> T1),
wie sie die Röhre
bei der Wärmebehandlung
erfährt,
was zu einem Trennungsabstand A2 führt, der geringer ist als A1,
was wiederum dazu führt,
dass sich die Beabstandung zwischen den Befestigungspunkten 412 verringert.
Da die Maskenhalteleisten 420 an den Punkten 412 befestigt
sind, bewegen sich auch die Maskenhalteleisten 420 aufeinander
zu und bauen somit die auf die zwischen ihnen gedehnte Maske einwirkende
Spannung ab.
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7 zeigt
die Masken-Rahmen-Vorrichtung 30 in einer Ansicht entlang
Linie 3B-3B von 3A bei den Temperaturen T1 und
T2 und verdeutlicht, wie sich die Maskenhalteleisten 420 bei
hohen Temperaturen aufeinander zu bewegen. Die gestrichelten Linien
stellen die Masken-Rahmen-Vorrichtung 30 bei
der Temperatur T1 dar, während
die durchgezogenen Linien die Masken-Rahmen-Vorrichtung 30 bei
der Temperatur T2 darstellen. Die Bewegung der Masken-Rahmen-Vorrichtung 30 erfolgt im
Wesentlichen planar und findet in der X-Y-Ebene statt. Das bedeutet,
dass die Vorrichtung zum Spannungsabbau in der Maske nicht zu einer
Veränderung der
Kontur führt.
Sind die Maskenhalteleisten 420 relativ steif, resultiert
diese planare Bewegung in einem gleichmäßigen Abbau der Spannung der
Spannmaske. Sind die Maskenhalteleisten 420 elastisch,
bewirkt die Bewegung, dass die Maske sich zuerst in der Mitte entspannt.
Infolgedessen entspannen sich die äußeren Ränder weniger als die Mitte.
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Es
sollte beachtet werden, dass Kathodenstrahlröhren unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher
Bauart möglicherweise
eine unterschiedlich starke Wärmekorrektur
benötigen.
Aus diesem Grund können
zur Erfüllung
dieser unterschiedlichen Anforderungen verschiedene Kombinationen
und Modifizierungen der oben beschriebenen Ausgestaltung erforderlich
sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass zur Bildung der spezifischen
Abschnitte des Hilfsrahmens 402 separate aneinander befestigte
Wärmeverformungselemente
Verwendung finden. In diesem Fall werden die den Hilfsrahmen 402 festlegenden
Stützelemente 36, 38, 40 und 42 aus zwei
Metallstücken
gebildet, die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
haben, nebeneinander liegend und aneinander anstoßend angeordnet
sind und entlang ihrer Stoßflächen mechanisch aneinander
befestigt sind. Der Aufbau der die Halteleisten 420 haltenden
Stützelemente
erfolgt, indem die Stücke
mit einem relativ niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten entlang des äußeren Bereiches des
Hilfsrahmens 402 angebracht werden, während die die quer dazu verlaufenden
Stützelemente
bildenden Stücke
mit den Stücken
im inneren Bereich des Hilfsrahmens 402 aufgebaut werden,
welche einen relativ niedrigen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
Während
die Röhre 10 bei
der Herstellung erhitzt wird, rücken
infolgedessen die Halteleisten 420 näher zusammen, da die Metallstücke auf
den Temperaturanstieg reagieren. Es ist überdies denkbar, dass nur ein
Paar Stützelemente
aus Materialien mit zwei verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten
hergestellt werden, wodurch die Halteleisten 420 auf der
Grundlage der Durchbiegung eines derartigen zweifachen Nachgiebigkeitssystems
näher zusammenrücken.
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Darüber hinaus
ist es denkbar, dass die Halteleisten 420 an mehreren Stellen
an ihren jeweiligen Stützelementen
angebracht werden, die ähnliche Durchbiegungsabstände während der
Temperaturänderungen
haben, so dass die Halteleisten 420 auf eine im Allgemeinen
parallele Weise im Wesentlichen nur in der X-Y-Ebene der Kathodenstrahlröhre näher zusammen
gebracht werden. Andere Veränderungen
und Modifizierungen können
durchgeführt werden,
ohne dass der Umfang der Erfindung in ihren weiter gefassten Eigenschaften
verlassen wird, und daher zielen die im Anhang aufgeführten Ansprüche darauf
ab, alle derartigen Veränderungen
und Modifizierungen abzudecken, die unter den Umfang der Erfindung
fallen, wie er in dem im Anhang aufgeführten Anspruch festgelegt ist.