Entgasungswagen ohne Wasserkühlung für Fernsehröhren
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Eine Fernsehröhre ist eine Kathodenstrahlröhre, die zum
Erzeugen von Bildern in Fernsehgeräten durch Umwandlung eines
elektrischen Signals in ein leuchtendes Bild verwendet
wird. Ein Vakuum muß innerhalb derselben gebildet und über
die Zeit aufrechterhalten werden, weil ansonsten die
Elektronen in ihrem Weg auf Gasmoleküle auftreffen und von
ihrer Flugbahn abgelenkt werden würden und einen Teil ihrer
kinetischen Energie verlieren würden, und die Bildung
positiver Ionen zu der Zerstörung der Elektronenstrahlkanone
führen würde. Evakuierung wird im letzten Teil des
Herstellungsvorgangs für Fernsehröhren in der sogenannten
Entgasungsanlage durchgeführt, die umfaßt: a) eine Reihe von
Wagen, typischerweise zwischen 150 und 200, bekannt als
Entgasungswagen; b) ein mechanisches Zugsystem, das die Wagen
mit intermittierender oder kontinuierlicher Bewegung durch
eine entsprechende Anzahl von Stationen bewegt; c) einen
als Entgasungsofen bezeichneten Tunnelofen, in dessen
Innenraum die Temperatur von der Umgebungstemperatur in der
Nähe des Einlasses auf einen Höchstwert von 320, 350ºC
ansteigt, bevor sie nach und nach auf Umgebungstemperatur am
Auslaß absinkt. Während eines großen Teils des
Evakuierungskreislaufs bewegt sich der obere Teil des Wagens, an
dem die Fernsehröhre angebracht ist, entlang des
Ofeninnenraums. Der Zweck der Erhitzung ist, die Freisetzung der
Gasmoleküle zu fördern, die an den Innenwänden der
Fernsehröhre anhaften, so daß sie durch das Vakuumpumpsystem
abgepumpt werden können. Nachdem das Vakuum innerhalb der
Fernsehröhre gebildet worden ist, wird entlang des Ofenweges
der sogenannte röhrenförmige Schaft der Fernsehröhre
geschweißt.
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Aus US-A-4071058 ist eine Pumpeinheit für Fernsehröhren
bekannt.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Anlage für die
Entgasung von Fernsehröhren zu verbessern, und insbesondere
die Entgasungswagen zu vereinfachen durch Verzicht auf das
konventionelle System der Kühlung der Komponenten, bei dem
die Fernsehröhre durch um sie herum zirkulierendes Wasser
ergriffen wird, was zu den in der folgenden Beschreibung
gezeigten Problemen führt.
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Die Erfindung ist in den nachfolgenden Patentansprüchen
definiert.
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Die Zeichnungen stellen den Stand der Technik und Beispiele
von Ausführungsformen der Erfindung dar.
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Fig. 1 ist eine Abbildung eines konventionellen
Entgasungswagens;
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Fig. 2, 3 und 4 zeigen eine Anzahl aktueller Versionen des
zum Befestigen des Schafts der Fernsehröhre an der
Vakuumleitung des Wagens verwendeten Systems;
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Fig. 5 skizziert das Prinzip der Erfindung;
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Fig. 6 zeigt eine weitere Entwicklung von Fig. 5;
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Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform für Erklärungszwecke;
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Fig. 8 und 9 zeigen zwei mögliche Varianten einer weiteren
Entwicklung der Erfindung;
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Fig. 10 zeigt noch eine andere mögliche Ausführungsform der
Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein praktisches Beispiel des konventionellen
Entgasungswagens C. Am oberen Teil des Wagens hält ein
spezieller Träger die Fernsehröhre 1, die auf diese Weise
innerhalb des Ofens 2 entlanglaufen kann; eine als Greifer
bekannte Einrichtung 3 verbindet die Fernsehröhre 1 über
den Hals 1A und den röhrenförmigen Schaft 1B dieser
Fernsehröhre 1 mit der Vakuumleitung 6. Die Fig. 2, 3 und 4
zeigen schematisch den Greifer in drei gewöhnlichen
Konstruktionsformen, mit denen es möglich es, den Greifer zu
kühlen. Wie zu sehen ist, wird Vakuumleckagedichtung durch
eine O-Ringdichtung 11 normalerweise aus Silicongummi oder
einem anderen vergleichbaren Material bereitgestellt, die
das röhrenförmige Schaftende 1B der Fernsehröhre
umschließt. Wenn die Ringdichtung 11 durch irgendein
geeignetes System zusammengedrückt wird, wird sie um den Schaft 1B
herum festgezogen und dichtet das Vakuum ab. Normalerweise
bildet das Innere des Greifers 3 einen Sitz 13, der als ein
Gehäuse für die O-Ringdichtung 11 dient. Eine Andruckbrille
14 übt eine Kompressionskraft auf die Ringdichtung 11 aus.
Manchmal ist zur Vereinfachung der Auswechselung der O-
Ringdichtung 11 die Andruckbrille 14 in zwei Teile
unterteilt, die durch ein Schraubengewinde aneinander befestigt
werden; siehe Fig. 10. Die Ziffer 16 bezeichnet die
Umgebungen, in denen das Vakuum erzeugt wird, während 18 die
Hohlräume bezeichnet, durch die das Kühlwasser zirkuliert
wird.
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Der untere Teil des Wagens C enthält alle Komponenten der
Vakuumleitung, die Komponenten des Wasserkühlkreislaufs und
andere Zusatz- und Servicekomponenten. Das Vakuumpumpsystem
umfaßt zwei Pumpen in Reihe, eine Hochvakuumpumpe 20 und
eine Grobvakuumpumpe 22. Die Vakuumpumpen sind mit der
Fernsehröhre 1 über die Vakuumleitung 6 und die Aushöhlung
16 des Greifers 3 verbunden.
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Einen wichtigen Teil des Wagens im Sinne sowohl der
Betriebskosten als auch der häufigen erforderlichen Wartung,
stellt der Kühlkreislauf dar. Ein Wagen benötigt einen
Vorrat von gekühltem Wasser zum Kühlen von drei Komponenten:
der Hochfrequenzspule, wenn vorhanden, der Hochvakuumpumpe
20 und des Greifers 3. Das benötigte Wasser wird durch ein
aus dem Wagen vorstehendes Füllrohr 27 aufgenommen, dessen
Ende sich in einem von zwei angrenzenden Kanälen 28
befindet, die am Boden befestigt sind und über die volle Länge
des Zugsystems parallel zu der Bewegungsrichtung der Wagen
verlaufen. Ein zweites Rohr 29 führt das Wasser zu dem
anderen Kanal 28 zurück. Eine Pumpe 30 an Bord des Wagens,
deren Einlaßstelle mit dem Füllrohr 27 verbunden ist,
zirkuliert das Wasser durch alle Komponenten, die gekühlt
werden müssen. Eine zentralisierte Anlage zum Kühlen und
Verteilen des Wassers hält den Kanal zu allen Zeiten gefüllt,
so daß der Wagen immer ausreichend Wasser bei einer relativ
kühlen Temperatur zur Verfügung hat. Eines der bei dem
Kanal 28 auftretenden Probleme besteht darin, daß sich in
ihm, weil er offen ist, leicht nicht nur Bruchstücke von
Glas, das durch unbeabsichtigtes Zerbrechen, das heißt
Implosionen, von Fernsehröhren erzeugt wird, sondern auch
Staub aus der Umgebung ansammelt, was auf lange Sicht zu
der Entwicklung von Schimmel und Algen führt. Der Schmutz
wird in die Wasserpumpe gesaugt und macht häufige Wartung
sowohl der Pumpe als auch anderer Komponententeile des
Kühlkreislaufes erforderlich. Die Anwesenheit giftiger
Substanzen, wie der sogenannten Phosphore (die tatsächlich
Seltenerden sind) in dem Glas der Fernsehröhre, macht die
Wartung potentiell gefährlich für die Gesundheit der
betreffenden Arbeiter, und dies macht es erforderlich, eine
Reihe von Sicherheitsmaßnahmen anzuwenden, die die Arbeit
komplizieren und sie teuer machen. Das gekühlte Wasser ist
weiter eine Quelle von Produktivitätseinbußen, weil jedes
Mal, wenn der Vorrat leer ist, eine Ausschußfernsehröhre
erzeugt wird. Diese Tatsachen, und auch die wesentlichen
Kosten der Installierung und des Betriebs der zentralen
Kühlungs- und Verteilungsanlage für Wasser bedeuten, daß
das Problem, wie der Kühlkreislauf von dem Wagen
weggelassen werden kann, sehr ernst genommen wird. Daß dies bisher
noch nicht möglich gewesen ist, liegt lediglich in der
Tatsache begründet, daß keine Alternative zu dem
Wasserkühlverfahren des Greifers gefunden worden ist; denn obwohl die
Hochvakuumpumpe und die Hochfrequenzspule bequem
luftgekühlt werden können, gibt es momentan keine arbeitsfähigen
Verfahren - außer mit Wasser - zum Kühlen des Greifers.
Wenn der Greifer 3 jedoch nicht gekühlt wird, werden die
mechanischen Eigenschaften der O-Ringdichtung 11 rapide
verschlechtert und er verliert seine Fähigkeit, das Vakuum
abzudichten, weil, wie Tests gezeigt haben, die Temperatur
der Ringdichtung in der Abwesenheit von Kühlwasser sehr
hohe Werte erreicht.
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Das Problem besteht daher darin, wie man ein effizientes,
verläßliches Kühlverfahren finden kann, das kein Wasser
verwendet, und das die Wärme des Ofeninneren abführt, die
den Greifer angreift. Das System muß ferner Kühlung selbst
unter den ungünstigsten Bedingungen garantieren, welche
dann auftreten, wenn ein Wagen in der Station mit maximaler
Temperatur stillsteht, wenn das Zugsystem für eine
unbestimmte Zeitdauer aufgrund einer Betriebsstörung angehalten
wird.
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Die Erfindung löst das Problem, wie Wasserkühlung des
Greifers durch ein anderes Kühlsystem ersetzt werden kann,
dessen Wirksamkeit ausreicht, um den Schutz der Ringdichtung
sicherzustellen. Hilfsanordnungen können diesem Kühlsystem
hinzugefügt werden, um den Wärmefluß zu dem Greifer 3 so
niedrig wie möglich zu halten.
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Der erfindungsgemäße Wagen ist identisch mit einem normalen
Entgasungswagen mit Ausnahme der vollständigen Abwesenheit
eines jeglichen Wasserkühlkreislaufs an Bord.
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Dies wird durch eine spezielle Ausführung des Greifers
erreicht, durch die der Hauptteil des Wärmeflusses zu Teilen
mit niedrigerem Wärmedämmwert gelangt, weg von der
O-Ringdichtung.
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Das hauptsächliche Mittel zum Entfernen von Wärme von dem
Greifer und Herausführen der Wärme aus dem Ofen ist ein
Block aus Material - allgemein Metall - mit guter
Wärmeleitfähigkeit, der Wärme aus dem Greifer heraussaugt.
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Zur Vereinfachung zeigt Fig. 5 den wärmeleitenden Block
angewendet bei dem in Fig. 3 gezeigten Greifertyp. In Fig. 5
ersetzt Block 31 die Komponente, die den in Fig. 3 für die
Zirkulation des Kühlwassers verwendeten Hohlraum 18 bildet.
Der Block 31 und die Andruckbrille 14 sind so verbunden,
daß ein guter Wärmekontakt hergestellt wird; die
Andruckbrille kann auch aus dem gleichen wärmeleitenden Material
hergestellt sein und kann sogar einstückig mit dem Block
sein. Der Block 31 ist lang genug, daß sein unteres Ende
sich außerhalb des Ofens 2 befindet; auf diese Weise wird
die Wärme, die auf die Greiferbaugruppe und insbesondere
auf die Andruckbrille auftrifft, durch Wärmeleitung in den
Block 31 und aus dem Ofen 2 herausgeführt, wo sie einfach
auf verschiedene Arten zerstreut wird, wie z. B. durch
natürliche oder erzwungene Konvektion unter Verwendung eines
rippenartigen Teils 31A, welcher Wärme spontan zerstreut
oder sie an einen geblasenen Luftstrom abgibt. Die in Figur
S dargestellte Anordnung ist nicht einschränkend und es ist
genauso einfach möglich, daß der Wärmeleitungsblock an dem
Sitz 13, wie bei 131 in Fig. 7 gezeigt, oder an der
Andruckbrille 14, wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben
und wie bei 231 in Fig. 9 gezeigt, oder an beiden
(Andruckbrille 14 und Sitz 13) angebracht wird, wie bei 331 und 431
in Fig. 8 gezeigt.
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Für verläßliches Arbeiten des beschriebenen Mittels -
angesichts der etwas schlechteren Wärmeleitfähigkeit der Blöcke
31 oder 131 oder 231 oder 331, 431 verglichen mit der von
dem zirkulierenden Wassersystem gebotenen Leitfähigkeit -
ist es vorteilhaft, daß der Wärmefluß zu dem Greifer hin
bestimmte Werte nicht überschreitet, und es ist weiter
nützlich, geeignete Einrichtungen zur Hinderung der
Übertragung von Wärme zu der Ringdichtung 11 hin anzunehmen.
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Fig. 6 zeigt eine Teilansicht der Andruckbrille 14 und des
Sitzes 13 für die Ringdichtung 11. Im Kontaktbereich
zwischen der O-Ringdichtung 11 und der Andruckbrille 14 wird
eine geeignete Komponente 33 aus einem Material mit
niedriger Wärmeleitfähigkeit eingesetzt. Diese Komponente 33
erfüllt die Funktion einer thermischen Unterbrechung kraft
ihrer niedrigen Leitfähigkeit und veranlaßt die Wärme
folglich dazu, zu den Regionen hin zu fließen, in denen sie auf
niedrige Wärmedämmung trifft, das heißt zu dem Block 31
hin. Die O-Ringdichtung 11 empfängt daher weniger Wärme und
ihre Temperatur steigt folglich weniger an. Die Komponente
33 mit großer Dicke kann aus Keramik, Glas, Asbestzement
oder dergleichen hergestellt sein.
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Um den Wärmefluß zu verringern, der den Greifer 3 erreicht,
kann ein Hilfsmittel kombiniert mit dem Leitungssystem über
den Block 31 oder 131 oder 231 oder 331 und 431 verwendet
werden. Dieses Hilfsmittel beinhaltet die Verwendung einer
Schutzabschirmung um den Greifer herum.
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Bei der konventionellen Konfiguration tauscht der Greifer
Wärme mit dem Ofen im wesentlichen durch Konvektion und
Strahlung aus, und zirkulierendes Wasser (oder eine andere
Flüssigkeit) wird verwendet, um die Wärme durch Konvektion
durch die Bewegung einer Flüssigkeit weg zu transportieren,
wofür ein Kreislauf, eine Pumpe und anderes Zubehör
benötigt werden, welche ausfallen können und so offensichtliche
und schwerwiegende Schäden verursachen können.
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Die Erfindung verwendet ein System von Wärmezerstreuung
durch Leiten der Wärme durch den Block 31 oder 131 oder 231
oder 331 oder 431 oder eine andere äquivalente Komponente.
Als ein Zubehörteil hierzu (Fig. 7 bis 9) wird
vorteilhafterweise auch eine Abschirmung 45 verwendet. Diese wird
durch den Greifer 3 gehalten und insbesondere durch die
Andruckbrille 14 durch Stützen 46, die auch als Distanzstücke
im Verhältnis zum Greifer dienen. Die Abschirmung 45 ist
konzentrisch mit dem Greifer 3 und befindet sich außerhalb
desselben; die Abschirmung empfängt Wärme von dem Ofen und
kann einen Teil davon reflektieren, und tauscht ihrerseits
einen Teil der Wärme mit dem Greifer. Allgemein ist die
Abschirmung mit der Andruckbrille 14 verbunden, die den Sitz
der O-Ringdichtung 11 umschließt. Der Wärmeaustausch
zwischen der Abschirmung und dem Greifer erfolgt durch
Strahlung allein, wenn ein Vakuum in dem Zwischenraum 47
zwischen den beiden Komponenten gebildet wird, oder ansonsten
durch Strahlung und Leitung (und auch Konvektion), wenn
Luft im dem Zwischenraum 47 zwischen den beiden Komponenten
vorliegt. Die Abschirmung schützt daher den Greifer gegen
direkte Hitze. Beide Austauschvorgänge können durch
zweckdienliche Ausführung und Konstruktion verringert werden.
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Zur Verringerung des Austauschs durch Strahlung können
sowohl die innere und die äußere Oberfläche der Abschirmung
45 als auch die äußere Oberfläche der Komponenten des
Greifers 3 einen niedrigen Emissionskoeffizienten aufweisen;
dies kann durch geeignetes Polieren der betreffenden
Oberflächen oder ebensogut durch Hinzufügen eines
reflektierenden Materials sichergestellt werden. Lediglich zur
Aufführung eines Beispiels kann Aluminium als ein polierbares
Material und Vernickeln als eine Materialzugabebehandlung
angegeben werden. Zum Verringern des Wärmeaustauschs durch
die Luftschicht in dem Zwischenraum 47 zwischen der
Abschirmung 45 und der Andruckbrille 14 müssen die beiden
Komponenten korrekte Abmessungen aufweisen, so daß die
Luftschicht ausreichend dick ist, da Luft bekanntlich ein
hervorragender Wärmeisolator ist. Eine solche Anordnung ist
in Fig. 10 dargestellt, wo der Zwischenraum 147 (das
Äquivalent zum Zwischenraum 47) größer als der Zwischenraum 47
ist, wobei es möglich ist, daß die Abschirmung 45 durch
eine einzige Distanzstütze 146 gehalten wird. Ein noch
bes
seres Ergebnis kann durch Evakuieren dieses Zwischenraums
erhalten werden, da bekannt ist, daß Wärmeleitung durch
Luft vom Druck abhängt; genauer ausgedrückt, ist die
Wärmeleitfähigkeit von Atmosphärendruck bei hinab zu etwa 100
mbar konstant. Unterhalb dieses Drucks nimmt die
Leitfähigkeit linear mit dem Druck ab, bis sie bei 10-3 mbar um das
10 000- bis 1000fache niedriger als die Leitfähigkeit bei
Atmosphärendruck ist; dies bedeutet, daß praktisch kein
Wärmeaustausch durch Leitung erfolgt.
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Es sollte betont werden, daß die beiden Vakuumpumpen, wie
20 und 22, die weiterhin auf dem Wagen vorhanden sind, gut
in der Lage sind, den Druck auf einen so niedrigen Wert wie
10&supmin;&sup6; mbar abzusenken.
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Fig. 10 zeigt Anordnungen, die Evakuierung als ein Mittel
zum thermischen Isolieren des Greifers 3 verwenden. In
dieser Form ist der Sitz 13 für die O-Ringdichtung 11 mit
einem wärmeleitenden Block 431A ähnlich dem Block 431 von
Fig. 8 versehen. Die Andruckbrille 14 besteht aus zwei
zusammengeschraubten Teilen 14A und 14B, was ein Ersetzen der
Ringdichtung 11 vereinfacht; ferner ist die Andruckbrille
14A, 14B mit einem wärmeleitenden Block 331A ähnlich dem
Block 331 von Fig. 8 versehen. Der Zwischenraum 147 kann
offen zur Atmosphäre oder mindestens teilweise evakuiert
sein, während der Grundteil der Abschirmung 45 mit einem
Ring 45A versehen ist, welcher, mit einer geeigneten
Ringdichtung 45B (die auf den Block 331A einwirkt),
Leckagedichtung gegenüber dem Äußeren schafft. Ein Rohr 150
verbindet den Zwischenraum mit einer Vakuumquelle, zum
Beispiel der Pumpe 22 oder der Pumpe 20, so daß der
Zwischenraum 147 aus den angeführten Gründen evakuiert werden kann.
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Ein Zwischenraum 247 kann aus dem gleichen Grund wie oben
zwischen dem Sitz 13 und der Andruckbrille 14 (oder 14A,
14B), zwischen den Blöcken so wie 331A, 431A von Fig. 10
vorgesehen werden. Ein ähnlicher Zwischenraum 347 kann
zwi
schen dem Block 31 und dem Sitz 13 von Fig. 5 oder zwischen
dem Block 231 und dem Sitz 13 von Fig. 9 vorgesehen werden.
Dieser Zwischenraum 247 oder 347 kann unter Umgebungsdruck
und offen zur Atmosphäre sein, oder er kann evakuiert sein.
Die Zwischenräume 247 oder 347 können den Zwischenraum 47
oder 147 ersetzen oder können mit ihm kombiniert sein. Fig.
10 zeigt ein Rohr 250, das den Zwischenraum 247 mit einer
Vakuumquelle so wie der Pumpe 22 (oder 20) verbindet, in
welchem Fall geeignete Ringdichtungen so wie 252 und 254
das Vakuum in der Kammer 247 leckagedicht halten.
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Für die Extraktion von Wärme aus den wärmeleitenden Blöcken
so wie 331 und 431 (Fig. 8) und so wie 331A und 431A (Fig.
10), können Rippen 331B und 431B an den Enden der beiden
Blöcke untereinander vorgesehen werden, wie in Fig. 10
gezeigt; die beiden Sätze von Rippen 331B und 431B können von
einem mit höherer oder niedrigerer Geschwindigkeit
geblasenen Luftstrom überstrichen werden, welcher Wärme aus den
Blöcken extrahieren wird. Die Rippen können auch nur auf
einer der beiden Komponenten vorhanden sein, wenn die
Wärmeabfuhr ausreicht, um die Temperatur der O-Ringdichtung 11
bei einem annehmbaren Wert zu halten.