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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Wiedergabeanordnung
mit einer luftdichten Hülle,
in der eine gläserne
Frontplatte und wenigstens ein weiterer Glasteil zusammengefügt sind
zum Bilden der genannten luftdichten Hülle, wobei diese Hülle in einer
späteren Herstellungsstufe
erhitzt und evakuiert wird.
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Wiedergabeanordnungen der eingangs
beschriebenen Art werden u. a. in Fernsehempfängern und Computermonitoren
verwendet.
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Eine Wiedergabeanordnung der eingangs beschriebenen
Art ist an sich bekannt. Die bekannte Wiedergabeanordnung umfasst
eine luftdichte Hülle mit
einem Wiedergabefenster. Im Falle einer Elektronenstrahlröhre (CRT)
umfasst die Hülle
ebenfalls einen kegelförmigen
Teil und einen Hals, der ein Elektronenstrahlerzeugungssystem zum
Erzeugen einer (oder mehrerer) Elektronenstrahlen umfasst. Diese Elektronenstrahlen
werden auf eine Phosphorschicht auf der Innenfläche des Wiedergabefenster fokussiert.
Im Falle einer Plasma-Wiedergabeanordnung (PDD) umfasst die luftdichte
Hülle eine
Frontplatte, die als Wiedergabefenster wirksam ist, und eine Rückplatte,
wobei die genannten Platten mit Hilfe von Verbindungsteilen miteinander
verbunden sind. Eine Plasma-Wiedergabeanordnung enthält ein ionisierbares
Gas, in dem eine Plasmaentladung erzeugt wird, und wobei zum Erzeugen
eines Bildes elektrolumineszierende oder photolumineszierende Phosphore
verwendet werden.
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Die bekannte Wiedergabeanordnung
hat eine Anzahl Nachteile, insbesondere das Auftreten von Produktfehlern
während
der Herstellung der Wiedergabeanordnung, wobei diese Produktfehler
durch Bruchbildung als Ergebnis beispielsweise von Implosion der
Wiedergabeanordnung während
der Evakuierung der Hülle
verursacht werden.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Selektieren der eingangs
erwähnten
Glasteile in einer frühen
Stufe des Herstellungsprozesses der Wiedergabeanordnung zu schaffen,
so dass die Gefahr, dass das oben genannte Problem auftritt, reduziert
wird.
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Um dies zu erreichen weist das Verfahren nach
der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass vor dem Zusammenfügen der
Frontplatte und des wenigstens weiteren Glasteils in der Frontplatte
ein Thermoschock durchgeführt
wird , wobei die Frontplatte zurückgewiesen
wird, wenn es sich herausgestellt hat, dass der Thermoschock das Wachstum
von Rissen herbeigeführt
hat, wobei die Frontplatte mit dem wenigstens weiteren Glasteil
zusammengefügt
wird, wenn es sich herausgestellt hat, dass der Thermoschock das
Wachstum von Rissen nicht verursacht hat.
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Nach einer ersten Ausführungsform
wird zum Durchführen
des Thermoschocks die Frontplatte oder der weitere Glasteil während einer
ersten Zeitperiode auf eine erste Temperatur gebraucht, wonach,
ausgehend von der noch warmen genannten Frontplatte oder dem weiteren
Glasteil, die genannte Frontplatte oder der genannte weitere Glasteil
während
einer zweiten Zeitperiode in ein Fluid getaucht wird, das sich,
wenn das Eintauchen anfängt,
auf einer zweiten Temperatur befindet, die niedriger ist als die
erste Temperatur. Das Fluid kann ein Gas sein oder, vorzugsweise
eine Flüssigkeit.
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Da Glas ein sprödes Material ist, ist es empfindlich
für Oberflächenbeschädigungen
und spannungsbezogene Erscheinungen. Oberflächenbeschädigungen lassen sich im Allgemeinen
schwer detektieren von Personen, die auf diesem Gebiet nicht sachverständig sind
und es kann sein, dass beeinträchtigende
Effekte von (Oberflächen)Spannungen
in Glas erst spät
in dem Herstellungsprozess zu Problemen führen. Außerdem ist es nicht deutlich, wie
und welche Oberflächenbeschädigungen
sowie welche Art von Spannungen in dem Teil einen wesentlichen Beitrag
zu Produktfehlern während
des weiteren Zusammenbaus der luftdichten Hülle und der Wiedergabeanordnung
liefern. Produktfehler werden insbesondere verursacht durch Implosion
der Hülle
der Wiedergabeanordnung, wenn diese (zum ersten Mal) evakuiert wird.
In dem genannten Evakuierungsprozess wird die Hülle auch auf eine relativ hohe
Temperatur gebracht (300–400°C). Derartige Implosionen
werden oft durch die genannten Oberflächenbeschädigungen oder durch eine zu
hohe Oberflächenspannung
ausgelöst.
Wenn die luftdichte Hülle
der Wiedergabeanordnung zum ersten Mal evakuiert wird, befindet
sich die Wiedergabeanordnung bereits in einer weiten Stufe der Herstellung,
so dass eine Implosion während
der Evakuierung und Aufwärmung
einen Verlust der Produktion mit sich bringt.
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Dadurch, dass der Glasteil einem
Thermoschocktest nach der vorliegenden Erfindung ausgesetzt wird,
werden Defekte, wie Oberflächendefekte und
Spannungen an der Oberfläche
und in dem Innern des Glasteils sichtbar. Das Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
es, dass die genannten Oberflächenbeschädigungen
und Spannungen in einem frühen
Stadium erkannt werden, so dass diese Teile aus dem weiteren Herstellungsprozess
der Wiedergabeanordnung ausgeschieden werden können. Wenn beispielsweise im
Falle einer Elektronenstrahlröhre
ein Wiedergabefenster dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung
ausgesetzt wird, kann ermittelt werden, bevor das Wiedergabefenster
mit einem Phosphormuster und einer Schattenmaske versehen wird,
und bevor das Wiedergabefenster mit dem kegelförmigen Teil der Hülle der
Wiedergabeanordnung verschmolzen wird, ob Oberflächenbeschädigungen auf oder Spannungen in
dem Wiedergabefenster in einem späteren Stadium des Herstellungsprozesses
(beispielsweise bei Evakuierung der Hülle) zu einem Produktfehler
führen
werden. Ein Fluid, das auf besonders geeignete Art und Weise zum
Eintauchen des Glasteils verwendet werden kann, ist das flüssige Medium
Wasser.
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Faktoren, die zu der Auslösung von
Oberflächenbeschädigungen
von und Spannungen in Glasteilen von Wiedergabeanordnungen beitragen,
sind im Allgemeinen Kratzer, entstanden bei der Herstellung der
Glasteile und während
der Positionierung und dem Transport der Teile auf einem Förderband. Ein
anderer wichtiger Faktor, insbesondere für Wiedergabefenster der Elektronenstrahlröhren mit
einem erhöhten
Rand, mit dessen Hilfe das Wiedergabefenster an dem kegelförmigen Teil
befestigt wird, und wobei dieser Rand im Allgemeinen mit Befestigungsstellen
zum Befestigen einer Selektionselektrode oder einer Schattenmaske
versehen ist, ist der Grad der Druckspannung in dem erhabenen Rand
des Wiedergabefensters. Im Allgemeinen mach das Verfahren nach der
vorliegenden Erfindung keinen Unterschied zwischen Oberflächenbeschädigungen
und (inneren) Spannungen des Glasteils. Der Abschreckwiderstand
ist im Allgemeinen eine Kombination aus Oberflächenrauhigkeit und innerer
Spannung des Glasteils. Der Ausdruck "Abschrecken" des Glasteils bedeutet in dieser Patentanmeldung
einen Thermoschock, verursacht durch plötzliche Abkühlung des Teils ("Thermoschockbehandlung"), beispielsweise durch
Eintauchen in Wasser.
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Die genannte Thermoschockbehandlung nach
dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sorgt dafür, dass
an der Außenseite
des Glasteils Risse entstehen. Diese Risse werden im Allgemeinen
verursacht durch Oberflächenbeschädigungen
oder sie entwickeln sich in einem Gebiet, wo die Spannung relativ
hoch ist. Abschreckung des Glasteils sorgt dafür, dass die Außenfläche einer
Zugspannung ausgesetzt wird, während
das Material im Innern des Glasteils einer Druckspannung ausgesetzt
wird; wodurch Risse sich nicht durch das ganze Glas hindurch erstrecken
(d. h. Risse pflanzen sich nicht in dem Innern des Glases fort).
Dies hat den Vorteil, dass keine Stücke des Teils entfernt oder
festgehalten werden, was zu einer Verunreinigung des Aufsatzes zum
Durchführen
des Verfahrens führen würde.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass die Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten
Temperatur zwischen 25°C
und 85°C
liegt und vorzugsweise etwa 50°C
beträgt.
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Ein wichtiges Kriterium für einen
guten Selektionstest ist, dass das Verfahren einen zuverlässigen Unterschied
zwischen verwendbaren und nicht verwendbaren Glasteilen ergibt.
Ein "nicht verwendbarer" Teil bedeutet in
dieser Patentanmeldung, dass es eine relativ große Gefahr gibt, dass ein derartiger Teil,
der einen Teil der luftdichten Hülle
einer Wiedergabeanordnung bildet, bei der Evakuierung und Aufwärmung der
Hülle einer
Implosionsgefahr ausgesetzt wird; wobei dagegen ein "verwendbarere" Teil eine relativ
geringe Gefahr läuft,
während
der Evakuierung und der Aufwärmung
zu implodieren. Außerdem
soll dafür
gesorgt werden, dass während
der langen Behandlungszeit das Verfahren den Glasteil nicht beeinträchtigt,
beispielsweise weil die Behandlung dafür sorgt, dass die Qualität des Teils
verringert, was später
im Leben der Wiedergabeanordnung zu Problemen führen kann. Wenn die Temperaturdifferenz
zwischen der ersten und der zweiten Temperatur zu groß ist, d.
h. T2–T1 > 85°C, wird die Gefahr
von Rissbildung als Ergebnis der Thermoschockbehandlung größer, was
zu einem relativ hohen Fehlerprozentsatz der Glasteile führt, was
unerwünscht
ist. Im Allgemeinen nimmt mit der Temperatur die Fehlerwahrscheinlichkeit
wahrscheinlich zu. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen der ersten und
der zweiten Temperatur zu gering ist, d. h. T2–T1 < 25°C, tritt
Rissbildung nur ausnahmsweise auf, so dass die Selektionsbehandlung
(meistens) keine Erkennungskraft hat. Versuche haben gezeigt, dass zwischen
den genannten Differenzen in der Temperatur (25°C ≤ T2–T1 ≤ 85°C), eine
wesentlich andere Reaktion auf die Thermoschockbehandlung auftritt. Versuche
haben weiterhin gezeigt, dass das Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung eine größere Erkennungskraft
hat, als bei der weiteren Verarbeitbarkeit des Teils bei einer Temperaturdifferenz
zwischen der ersten und der zweiten Temperatur von etwa 50°C (T2–T1 etwa 50°C).
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Ein geeigneter Wert für die erste
Temperatur liegt zwischen 50°C
und 100°C,
und beträgt
vorzugsweise 65°C.
In dem Fall einer Temperaturdifferenz von vorzugsweise etwa 50°C (T2–T1 etwa 50°C),
führt dies
zu einem Wert für
die zweite Temperatur von etwa 15°C
(T2 etwa 15°C).
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Ein Wiedergabefenster, dass reißt als Ergebnis
des Thermoschocktests kann ohne weitere Behandlung (als sog. Scherbenmaterial)
zu dem Glasgemisch in dem Schmelzofen hinzugefügt werden, aus dem Wiedergabefenster
oder Kegelteile hergestellt werden. Wenn das Wiedergabefenster bereits mit
einem Phosphormuster versehen ist und/oder beim Entfernen der Schmelzverbindung
zwischen dem Wiedergabefenster und dem kegelförmigen Teil, Reste von Stoffen
(Phosphor, Glas des kegelförmigen
teils oder Befestigungsglas) in oder auf dem Wiedergabefenster zurückbleiben,
wird die Zusammensetzung des Glasgemenge in dem Schmelzofen beeinträchtigt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass das Fluid eine Flüssigkeit
mit einer Wärmeleitzahl
(λ) über 0,4
W m–1K–1 enthält. Eine
Flüssigkeit
mit einer relativ hohen Wärmeleitzahl
ermöglicht
eine effektive Wärmeübertragung
der zweiten Temperatur zu dem Glasteil, wenn der genannte Teil aus
einer Umgebung mit einer höheren ersten
Temperatur herrührt.
Je höher
der Wärmeleitzahl,
umso effektiver ist die Thermoschockbehandlung. Wasser ist einer
besonders geeignete Flüssigkeit.
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Vorzugsweise enthält das Fluid eine Flüssigkeit,
so dass das Produkt aus der spezifischen Masse (ρ) und der spezifischen Wärme (cp) größer als ρ × cp = 2 × 106 J m–3 K–1.
Wasser ist eine besonders geeignete Flüssigkeit.
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Durch Anwendung des Verfahrens nach
der vorliegenden Erfindung wird die Gefahr vor Bruch oder Implosion
der Wiedergabeanordnung während der
Herstellung der Wiedergabeanordnung reduziert, was einen günstigen
Effekt auf die Reduktion des Fehlerprozentsatzes und folglich auf
den Gestehungspreis hat.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1A eine
weggeschnittene Darstellung einer Wiedergabeanordnung mit einer
Elektronenstrahlröhre;
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1B einen
Schnitt durch ein Wiedergabefenster der Wiedergabeanordnung aus 1A, und
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2A und 2B eine schematische Darstellung
eines Beispiels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind nur schematisch
und nicht maßstabgerecht
gezeichnet. Insbesondere sind der Deutlichkeit halber einige Abmessungen
stark vergrößert. In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen möglicherweise entsprechende
Elemente.
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1A zeigt
schematisch eine weggeschnittene Darstellung einer Wiedergabeanordnung
mit einer Elektronenstrahlröhre
(CRT) 1 mit einer Glashülle 2 mit
einem Wiedergabefenster 3, einem kegelförmigen Teil 4 und
einem Hals 5. Der Hals umfasst ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 6 zum
Erzeugen eines oder mehrerer Elektronenstrahlen. Dieser) Elektronenstrahlen)
wird (werden) auf eine Phosphorschicht 7 auf der Innenfläche des
Wiedergabefensters 3 fokussiert. Der (die) Elektronenstrahlen) wird
(werden) in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen mit
Hilfe eines Ablenkspulensystems 8 über das Wiedergabefenster 3 abgelenkt.
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1B ist
ein Schnitt durch ein Wiedergabefenster 3 der Wiedergabeanordnung 1 aus 1A. Das Wiedergabefenster
umfasst einen gekrümmten oder
im Wesentlichen flachen Teil 11, einen erhabenen Rand 13, 13', mit dessen
Hilfe das Wiedergabefenster 3 beim Zusammenbauen mit dem
kegelförmigen
Teil 4 der luftdichten Hülle 2 der
Wiedergabeanordnung verbunden wird (siehe 1A). Dieser erhabene Rand 13, 13' umfasst im
Allgemeinen Verbindungsstellen 15, 15' für eine sog.
Schattenmaske oder eine Selektionselektrode. Aus diesem Grund sind
an geeigneten Stellen auf der Innenseite des erhabenen Randes 13, 13' Vorsprünge 14, 14' vorgesehen.
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Die 2A und 2B zeigen schematisch ein Beispiel
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung. In 2A wird ein Glasteil auf eine erste Temperatur
T1 gebracht. In dem Beispiel nach 2A wird ein Wiedergabefenster 3,
das einen Teil einer Wiedergabeanordnung bildet, in ein Aufwärmgefäß 21 mit
einer Flüssigkeit 22,
beispielsweise Wasser, mit einer Temperatur T1 eingetaucht.
Wasser hat den Vorteil, dass es eine hohe Wärmeleitzahl hat (λ etwa 0,6
W m–1K–1),
was zu einer schnellen Aufwärmung des
Glases führt.
Die Aufwärmung
in einem Wasserbad 21 mit einer geeigneten Temperatur führt zu einer
einheitlichen und homogenen Aufwärmung
des Teils. Die Form des Teils bestimmt die Zeitperiode tl, die der
Teil braucht um eine einheitliche Temperatur T1 zu
erreichen. Um die Herstellung der genannten Teile möglichst
wirtschaftlich zu machen ist es erwünscht, dass die Aufenthaltszeit
in dem Aufwärmgefäß 21 möglichst
kurz ist. Falls das Wiedergabefenster 3 gegenüber der
im Allgemeinen geringen Dicke des Glases ein relativ großen Oberflächengebiet aufweist,
beträgt
die gewünschte
Aufwärmzeit
t1 wenigstens 2 Minuten und vorzugsweise
5 Minuten. Alternative Weisen zum Aufwärmen des Glasteils umfassen:
Bestrahlung des Teils unter Verwendung Hitze ausstrahlender (IR-)
Strahler, oder Einführung
des Glasteils in einen geeigneten Ofen. Die Temperatur T1 liegt vorzugsweise zwischen 50°C ≤ T1 ≤ 100°C und beträgt insbesondere
T1 ≥ 65°C, wobei
die genannten Temperaturen geeignet sind, wenn Wasser als Aufwärm-Medium
verwendet wird.
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In 2B wird
ein Glasteil auf die zweite Temperatur T2 abgekühlt. In
dem Beispiel nach 2B wird
ein Wiedergabefenster 3, das einen Teil einer Wiedergabeanordnung
bildet, in ein Abkühlgefäß 31 eingetaucht,
das ein Fluid 32, beispielsweise Wasser, enthält. Die
Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Temperatur
liegt vorzugsweise zwischen 25°C ≤ T1–T2 ≤ 85°C und insbesondere
T1–T2 etwa 50°C,
was zu einer geeigneten Temperatur für das Abkühlgefäß führt, wenn Wasser als Abkühlmedium
verwendet wird. Wasser hat den Vorteil, dass es eine hohe Wärmeleitzahl
hat (λ etwa
0,6 W m–1K–1).
Weiterhin ergibt das Produkt aus der spezifischen Masse (ρ) und der
spezifischen Hitze (cp) von Wasser : ρ × cp einen hohen Wert von 4,2 × 106 j m–3 K–1,
was zu einer erwünschten,
schnellen Abkühlung
des Glasteils führt.
Um die genannten Teile möglichst
wirtschaftlich herzustellen ist es erwünscht, dass die Aufenthaltszeit
in dem Abkühlgefäß 31 möglichst
kurz ist. Für
ein Wiedergabefenster 3 mit einem gegenüber einer im Allgemeinen geringen
Dicke des Glases relativ großen
Oberflächengebiet
reicht eine Abkühlzeit
t2 von wenigstens 5 Sekunden, vorzugsweise
10 Sekunden.
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Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird,
nachdem der Glasteil wenigstens im Wesentlichen einheitlich auf
eine Temperatur T1 aufgewärmt worden ist,
der Glasteil aus dem Aufwärmungsgefäß 21 in das
Abkühlgefäß 32 mit
einer Temperatur T2 gegeben. In 2 ist dieser Übergabevorgang auf symbolische
Weise durch den Pfeil 25 angegeben. Die Übergabe
des Glasteils in eine kältere
Umgebung sorgt dafür,
dass der Glasteil plötzlich
abgekühlt
wird, was auch als Abschrecken bezeichnet wird. Eine derartige Thermoschockbehandlung
führt zu
Rissbildung in dem Glasteil, wobei dieser Prozess an einer Stelle
ausgelöst
wird, wo die Oberfläche
beschädigt ist
und/oder an Stellen, wo relativ große (Oberflächen) (Zug)Spannungen in dem
Glasteil auftreten. Eine derartige Behandlung von Glasteilen, insbesondere
von Wiedergabefenstern, die einen Teil der luftdichten Hülle der
Wiedergabeanordnungen bilden, ermöglicht es, dass bereits in
einem frühen
Stadium eine gute Selektion zwischen verwendbaren und nicht verwendbaren
Wiedergabefenstern gemacht werden kann.
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Versuche haben gezeigt, dass das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zu einer guten Selektion
von Glasteilen führt.
Geringfügige
Oberflächenbeschädigungen
an beliebigen Stellen führen
zu Rissbildung, die bereits bei relativ niedrigen thermischen Spannungspegeln
an der Stelle der Beschädigung
anfängt.
Im Falle von Wiedergabefenstern hat es sich weiterhin herausgestellt,
dass beim Fehlen einer Oberflächenbeschädigung im
Allgemeinen Rissbildung an der Stelle des erhabenen Randes des Wiedergabefensters
anfängt.
Rissbildung wird oft durch eine relativ niedrige Druckspannung in
diesem sog. Dichtungsrand ausgelöst.
Die Thermoschockbehandlung unterscheidet nicht zwischen Oberflächenrauhigkeit
und innerer Spannung, so dass die Thermoschockbehandlung im All-gemeinen eine Anzeige eines
kombinierten Effektes der beiden Phänomene ist.
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Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf ein Verfahren zum Herstellen einer Wiedergabeanordnung mit einer
luftdichten Hülle und
wenigstens einem Glasteil (3), der einen Teil der genannten
luftdichten Hülle
bildet. Das Verfahren weist das Kennzeichen auf, dass der Glasteil
während
einer ersten Zeitperiode auf eine erste Temperatur (T1)
aufgewärmt
wird, wonach der Glasteil während
einer zweiten Zeitperiode in ein Fluid mit einer zweiten Temperatur
(T2) eingetaucht wird, wobei die genannte
zweite Temperatur niedriger ist als die erste Temperatur (T2 < T1). Vorzugsweise 25°C ≤ T1–T2 ≤ 85°C, und insbesondere
T1–T2 etwa 50°C.
Vorzugsweise 50°C ≤ T1 ≤ 100°C und insbesondere
T1 etwa 65°C. Vorzugsweise ist der Glasteil
ein Wiedergabefenster oder ein kegelförmiger Teil eines Wiedergabefensters
und das Fluid ist Wasser.
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Die vorliegende Erfindung lässt sich
wie folgt zusammenfassen: Ein Verfahren zum Herstellen einer Wiedergabeanordnung
umfasst einen Thermoschocktest für
Teile, wie die Frontplatte (3).
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Die Frontplatte wird zunächst in
ein Fluid mit einer hohen Temperatur gegeben, wonach sie schnell
in ein zweites Fluid gegeben wird (die beiden Fluide könnten die
gleiche Flüssigkeit
sein: beispielsweise Wasser) auf einer im Wesentlichen niedrigen Temperatur.
Der plötzliche
Abfall der Temperatur löst einen
Thermoschockeffekt in dem Teil aus, was Beschädigungen wie Risse verursacht
und Spannungen sichtbar werden. Das Erscheinen derartiger Beschädigungen
wird benutzt um verwendbare Teile von beschädigten Teilen unterscheiden
zu können. Das
Verfahren ermöglicht
es, in einem frühen
Stadium beschädigte
Teile aus dem Fertigungsprozess zu entfernen, wodurch der Prozentsatz
an Wiedergabeanordnungen, welche die Endprüfung nicht bestehen oder eine
verringerte Lebenserwartung haben, reduziert wird.