DE812327C - Fokussier-Spulen fuer Kathodenstrahlroehren - Google Patents

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. AUGUST 1951

P 5^Τ57° VIII c/2ig D

ist als Erfinder genannt worden

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf Fokussier-Spulen für Elektronenstrahlen.

In Kathodenstrahlröhren, wie sie für Fernsehzwecke benutzt werden, ist es nötig, einen Elektronenstrahl so zu fokussieren, daß ein kleiner Fleck auf z. B. dem Leuchtschirm der Röhre gebildet wird. Eine solche Fokussierung wird häufig durch ein mehrlagiges Drahtsolenoid, durch welches ein geeigneter elektrischer Strom hindurchgeschickt wird, bewirkt. Das Solenoid umgibt den Hals der Kathodenstrahlröhre und hat eine axiale Länge, welche wenigstens der Hälfte des kleinsten Durchmessers des Solenoids entspricht. Solche Solenoide rufen aber nachweisbar unerwünschte Aberrationen des fokussierten Strahles hervor, so daß der Leuchtfleck auf dem Schirm der Röhre im allgemeinen weder kreisförmig noch so klein ist, wie es ohne Aberrationen möglich wäre. Um die Wirksamkeit des Solenoids zu steigern, wird häufig ein Eisenmantel vorgesehen, der das Solenoid umgibt. Obwohl der Fokussierstrom des Strahles durch den Gebrauch eines solchen Mantels herabgesetzt wird, hat es sich doch herausgestellt, daß der Mantel die obenerwähnten Aberrationen steigert. Wenn in Kathodenstrahlröhren ein Elektronenstrahl fokussiert werden soll und große Helligkeit und Klarheit gefordert werden, wie bei der sogenannten Projektionstype der Kathodenstrahlröhre, ist es sehr wünschenswert, Aberrationen vom Fokus soweit wie möglich zu vermeiden. Wird das Solenoid sehr sorgfältig gewickelt, um die Gleichförmigkeit der Lagen zu gewährleisten und um eine unregelmäßige Anordnung der Leiter

zu verhindern, kann manche Verbesserung in der Ausführung erreicht werden. Trotzdem zeigen aber diese sehr sorgfältig gewickelten Solenoide Mangel hinsichtlich der Fokussierung.; /* ■■-■■■ Die Erfindung nimmt an, daß obenerwähnte Aberrationen beim Fokussieren eine Folge der parallel zur Achse des Solenoids fließenden Stromkomponenten sind. Demgemäß ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Fokussier-Spule zu »o schaffen, bei welcher im wesentlichen ein axialer Fluß des Stromes vermieden ist, um obenerwähnte Aberrationen herabzusetzen.

Erfindungsgemäß ist die Fokussier-Spule zum Fokussieren eines Elektronenstrahls, wenigstens halb so lang wie ihr kleinster Durchmesser.- >-Bei-dieser Ausführungsform ist der Leiter, der die Spule bildet, in Form einer sich in einer Ebene erstreckenden, d. h. planen Spirale gewickelt. Die Spule kann.aus einer Metallfolie, die auf einem leitenden rohrfÖrmigen Körper gewickelt ist, hergestellt sein und in ihrem Wickelraum möglichst viele Windungen bilden, um ein angemessenes magnetisches Feld z,ur Fokussierung des Kathodenstrahls zu schaffen. An Stelle von Metallfolie kann metallisiertes Papier oder ähnliches Material benutzt werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Spule sind die Stromwege plane Spiralen, die senkrecht zur Achse der Spule verlaufen, und es treten . im wesentlichen parallel zur Spulenachse keine Stromkomponentdn auf, wie dies bei den bisher hierbei vorgeschlagenen Solenoiden der Fall ist. Solche zur Spulenachse parallelen Stromkomponenten verursachen bei den drahtgewickelten Spulen die Aberrationen. Diese Aberrationen werden aber bei der Benutzung von erfindungsgemäßen Spiralspulen eliminiert.

Wenn eine erfindungsgemäße Spule zum Fokussieren eines Elektronenstrahls sehr hoher Spannung verwendet wird, wie es bei Kathodenstrahlröhren der Projektionstype auftritt, wird ein relativ großer Stromwert erforderlich, um die für das erforderliche magnetische Feld benötigte große Amperewindungszahl zu erhalten. In manchen Fällen kann es jedoch vorteilhafter sein, mit geringem Strom zu arbeiten. Um die Benutzung eines solchen geringen Stromes zu ermöglichen, ist es notwendig, die Windungszahl der Spule zu vergrößern. Wird jedoch in einer aus einer einzigen planen Spirale bestehenden erfindungsgemäßen Fokussier-Spule die Windungszahl gesteigert, könnte der Durchmesser der So Spule zu groß werden, und überdies könnte die Länge des Leiters unwirtschaftlich werden.

In Verfolg des Erfindungsgedankens werden diese Schwierigkeiten bei einer Fokussier-Spule, welche eine Mehrzahl von Spuleneinheiten enthält, beseitigt, wobei jede der Spuleneinheiten in der Form einer planen Spirale ausgeführt ist. Diese Spuleneinheiten liegen nebeneinander und sind in geeigneter Weise miteinander verbunden.

Die Erfindung wird nun als Beispiel an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung einer Kathodenstrahlröhre mit erfindungsgemäßer Fokussier-Spule.

Fig. 2 stellt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Fokussier-Spule dar.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Fokussier-Spule, die aus einer _ψ Mehrzahl von Spuleneinheiten zusammengesetzt ist, nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 zeigt als Draufsicht eine Herstellungsart der in Fig. 3 dargestellten Spuleneinheiten.

Fig. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 4.

Fig. 6 zeigt die Verdrahtung der Spulen der Fig. 4 und 5.

Die Fig. 1 der Zeichnung erläutert die Anwendung der Erfindung zum Fokussieren eines Elektronenstrahls bei einer Kathodenstrahlröhre für Fernsehempfang. Die Kathodenstrahlröhre hat das Bezugszeichen 1 und besteht aus einer Kathode 2, einem Kathodenschirm 3, einer Beschleunigungselektrode 4, einer Wandanode 5 und einem Leuchtschirm 6. Der aus der Kathode 2 austretende Elektronenstrahl wird mit Hilfe der Fokussier-Spule 7, die den Hals der Röhre 1 umgibt, zu einem kleinen Fleck auf dem Schirm 6 fokussiert. Um die vorstehend geschilderten, bei Anwendung der üblichen drahtgewundenen Solenoidspulen auftretenden Nachteile zu beseitigen, besteht die Spule 7, in Übereinstimmung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, aus einem Streifen 8 aus Aluminiumfolie von 0,025 mm Dicke und etwa 50 mm Breite und ist in Form einer planen Spirale gewickelt. Von der planen Spirale sind in der Fig. 2 nur wenige Windungen gezeigt, obwohl die Spule in Wirklichkeit z.B. 1500 Windungen enthält und mit einem Strom von 1 Amp. betrieben werden kann. Der Aluminiumstreifen 8 ist auf eine leitende Unterlage 9 gewickelt, die aus einem Kupferrohr bestehen kann und an welche das innere Ende des Streifens 8 leitend angeschlossen ist. Zur Isolation der Windungen der Folie 8 kann zwischen den benachbarten Windungen eine Papierlage 10 angebracht werden, obwohl vorzugsweise zu Isolierzwecken die Oberflächen der Aluminiumfolie 8 eloxiert sein können. An Stelle von Metallfolie kann metallisiertes Papier oder ähnliches Material Verwendung finden. Um eine gleichmäßige Fokussierwirkung hervorzurufen, sollte die axiale Länge der Spule wenigstens die Hälfte des kleinsten Spulendurchmessers betragen. Der Gebrauch einer solchen in Fig. 2 dargestellten Spule vermindert den parallel zur Spulenachse verlaufenden Stromfluß im Vergleich mit dem eines drahtgewickelten Solenoids gleicher axialer Länge. Um einen solchen axialen Stromfluß soweit wie möglich bei einer gemäß Fig. 2 hergestellten Spule zu vermeiden, werden zwecks Zuführung des Erregerstroms der Spule die beiden Enden des Körpers 9 mit der Stromquelle 11 verbunden, während ihr anderer Anschluß an dem Mittelpunkt des äußeren Endes der Spule 7 liegt, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Erwärmung einer Fokussier-Spule in der Ausführung gemäß Fig. 2 ist bei gleicher Amperewindungszahl erheblich geringer als im Fall eines drahtgewickelten Solenoids, zumal alle Ränder der Wick-

lung der Luft ausgesetzt sind und daher schnellstens die Wärme abgeben können. Dies ist besonders wichtig, zumal die Durchschlagsspannung von Glas mit dem Ansteigen der Temperatur beträchtlich abnimmt und bei den bisherigen Solenoidspulen das Glas am Kolbenhals von den Spannungen durchstochen werden kann, die bei Kathodenstrahlröhren der Projektionstypen angelegt werden. .

Wie oben erwähnt, kann es in einigen Fällen erwünscht sein, zur Erregung der Spule einen kleinen Strom zu benutzen, wobei, in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung, dies durch Verwendung einer Spule mit vermindertem Durchmesser erreicht werden kann. Bei dieser wird die Fokussier-Spule aus einer Mehrzahl von Spuleneinheiten zusammengesetzt, wobei jede die Form einer planen Spirale hat und die ersteren in geeigneter Weise miteinander verbunden sind. Eine solche Spulenausführung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, aus welcher entnommen werden kann, daß ein ungerades Vielfaches von Spuleneinheiten 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18 vorgesehen ist. Diese Spuleneinheiten sind nebeneinander entlang der Achse des Kolbenhalses der Kathodenstrahlröhre angeordnet und in geeigneter Weise zusammengeklammert oder zusammengehalten, um eine zusammengesetzte Fokussier-Spule zu bilden. Die benachbarten Spuleneinheiten sind so angeordnet, daß ihre Spiralwicklungen entgegengesetzten Richtungssinn haben, d. h. die Windungen einer Einheit verlaufen im Uhrzeigersinn und die Windungen der benachbarten Einheit in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung. Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 werden sieben Spuleneinheiten verwendet, und der Strom wird der zusammengesetzten Spule durch Anschluß der äußersten Windung der mittleren Spuleneinheit 15 an die Stromquelle 11 zugeführt; der Strom fließt dann zu der untersten Windung der mittleren Einheit 15. Diese unterste Windung wird mit der untersten Windung der benachbarten Einheiten 14 und 16 verbunden, und die äußersten Windungen dieser Einheiten 14 und 16 sind ihrerseits mit den äußersten Windungen der Einheiten 13 und 17 verbunden. Hierbei sind die untersten Windungen dieser letzteren Einheiten mit den untersten Windungen 12 und 18 und die äußersten Windungen der Einheiten 12 und 18 miteinander verbunden und gemeinsam zur Stromquelle 11 geführt. Der Strom fließt auf diese Weise in Pfeilrichtung durch die verschiedenen Spuleneinheiten, wobei die Verbindung der verschiedenen Spuleneinheiten untereinander so ist, daß der axiale Stromfluß auf ein Minimum herabgesetzt ist.

Jede Spuleneinheit, in Fig. 3 dargestellt, kann aus Draht oder einem schmalen Band gewickelt werden, wobei die Windungen in geeigneter Weise gegeneinander isoliert sind und jede Spuleneinheit durch Sichern benachbarter Windungen aneinander mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffes selbsttragend sein kann. Bei einer anderen Ausführungsform können gewünschtenfalls die Windungen jeder Spuleneinheit mit einem Ring aus isolierendem Material gesichert werden, wobei dann die beiden entgfegengesetzten Seiten des Ringes mit je einer Spuleneinheit versehen werden. Die zur Benutzung gelangenden Windungszahlen jeder Spuleneinheit und die Anzahl der Spuleneinheiten können leicht ausgewählt werden, um ein bestimmtes gewünschtes Fokussierfeld bei einem Strom brauchbarer Größe zu erhalten. Die zusammengesetzte Spule ist somit, mit Rücksicht auf die mittlere Spuleneinheit, gleichmäßig ausgeführt und auch in radialer Richtung symmetrisch.

Fig. 4 und 5 der Zeichnung stellen einen zweckmäßigen Weg zur Anfertigung der Spuleneinheiten dar, . und Fig. 6 erläutert die geeigneten Spulenanschlüsse für die in Fig. 4 und 5 gezeigten Spulen. Ein Ring 19 aus Isoliermaterial ist vorgesehen, wobei er z. B. aus Methylmethacrylat oder einem anderen plastischen Stoff besteht. Der Ring wird an jeder Seite mit spiraligen Nuten 20 und 21 versehen, von denen die eine im Uhrzeigersinn und die andere in entgegengesetztem Uhrzeigersinn verläuft. Die Nuten werden dann durch elektrische Niederschlagung (Galvanoverfahren) oder auf irgendeine andere geeignete Weise mit Metall, z. B. mit Kupfer, gefüllt, wie dies bei 22 und 23 dargestellt ist. Die unterste Windung jeder spiraligen Nut 20, 21 geht über in eine konzentrische Nut 24, 25, welche nach ihrer Füllung mit Metall Kontaktringe 26, 27 für die inneren Enden der benachbarten Spuleneinheiten bilden. Die äußeren Enden der Spiralen laufen aus in schmale Kontaktflächen 28, 29, welche mittels geeigneter Kontaktaugen 30, 31 am isolierenden Ring 19 verbunden werden können. Die Verbindung zwischen den inneren Enden der Spiralen an dem benachbarten Isolierring geschieht mit Hilfe von Scheiben oder Ringen aus dünnem Metall 32, wie in Fig. 5 gezeigt, welche die Kontaktringe 26, 27 berühren, wenn die Spuleneinheiten zusammengeklemmt werden. Die Isolierung zwischen den Spiralen auf benachbarten Isolierringen 19 geschieht mittels Papierringen 33 oder ähnlichen Materials, das gesondert zwischen benachbarten Spuleneinheiten angebracht wird, oder mittels isolierender Lagen, die auf die Spuleneinheiten selbst aufgebracht werden. Die Spuleneinheiten sind auf den Isolierringen zu einem koaxialen Stapel zusammengesetzt und werden so auf eine geeignete Weise zusammengeklemmt oder zusammengehalten, daß sie eine zusammengesetzte Fokussierspule bilden. Die in Übereinstimmung mit Fig. 4 und 5 hergestellten Spuleneinheiten werden, wie in Fig. 6 gezeigt, miteinander verbunden. In der Fig. 6 sind Spuleneinheiten mit Spiralen im Uhrzeigersinn mit dem Bezugszeichen A und Spuleneinheiten mit Spiralen im entgegengesetzten Uhrzeigersinn mit dem Bezugszeichen C versehen. Die beiden mittleren Einheiten C verlaufen im gleichen Sinne spiralig, so daß diese beiden Spuleneinheiten in Wirklichkeit eine Spuleneinheit darstellen. Somit enthält die zusammengesetzte Spule ein ungerades Vielfaches von Spuleneinheiten.

Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung einer Spuleneinheit wird ein Ring aus geeignetem Isolierstoff, z. B. Phenolharz, Glimmer, Papier

ο. dgl., auf beiden Seiten dadurch metallisiert, daß man eine dünne Metallfolie darauf befestigt oder daß man darauf Metall galvanisch abscheidet oder daß auf irgendeine anderegeeignete Weise ein Metallüberzug aufgebracht wird. Die geforderte Spiralform der Spule zusammen mit geeigneten Kontaktringen oder -flächen kann dann durch Aufmalen, Aufdrucken oder photographische Reproduktion auf die metallisierte Oberfläche aufgebracht werden.

ίο Danach können unerwünschte Metallflächen wieder entfernt werden. Die übrigbleibende metallische Spirale auf dem Isolierstoff kann dann, wie oben beschrieben, mit einer Lage isolierenden Materials bedeckt werden.

Ebenso wie die Spuleneinheit in oben beschriebener Weise hergestellt werden kann, lassen sich die Windungen der Spirale auch durch Aufspritzen von Metall auf eine isolierende Oberfläche mit Hilfe einer geeigneten Patrone bzw. Schablone herstellen.

ao Bei einer anderen Ausführungsform kann auf maschinelle Weise eine auf einer isolierenden Unterlage angebrachte Metallschicht, wie z. B. eine Folie, dadurch zu einer fortlaufenden Spirale geformt werden, daß man ein passendes Schneidwerkzeug be-

*5 nutzt, das aus der Metallfolie eine fortlaufende Spirale herausschneidet.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Fokussier-Spule für Kathodenstrahlröhren zum Fokussieren eines Elektronenstrahls, wobei die Spule eine axiale Länge von wenigstens der Hälfte des kleinsten Durchmessers der Spule hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter, der die Spule bildet, in der Form einer planen Spirale gewickelt ist.
2. 2. Fokussier-Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Spule aus einem Metallband, einer Folie oder einem metallisierten Isolator besteht, die eine der axialen Länge der Spule entsprechende Breite haben.
3. 3. Fokussier-Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband oder die Folie aus Aluminium besteht, welche zur Isolierung benachbarter Windungen eloxiert sind.
4. 4. Fokussier-Spule nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter auf einen leitenden Körper, mit dem der Leiter leitend verbunden ist, gewickelt ist und wobei die Verbindungen für die Stromzuführung der Spule an den entgegengesetzten Enden des Körpers vorgesehen sind.
5. 5. Fokussier-Spule nach Anspruch 2,3oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende der Spule eine Anschlußstelle für die Stromzuführung der Spule hat und diese Anschlußstelle im Mittelpunkt des äußeren Endes liegt.
6. 6. Fokussier-Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule eine Mehrzahl von Spuleneinheiten, die nebeneinander angeordnet sind, enthält und jede aus einem zu einer planen Spirale gewickelten Leiter besteht, wobei die Spuleneinheiten so gewickelt und miteinander verbunden sind, daß der axiale Stromfluß, verglichen, mit dem einer Solenoidspule gleicher axialer Länge, vermindert ist.
7. 7. Fokussier-Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem ungeraden Vielfachen von Spuleneinheiten zusammengesetzt ist und jede Spuleneinheit aus einem zu einer planen Spirale gewickelten Leiter besteht, wobei die Einheiten nebeneinander angeordnet sind, die Windungen des Leiters in einer Einheit gegenüber den Windungen der benachbarten Einheit entgegengesetzten Wicklungssinn haben und die Einheiten so angeschlossen sind, daß, wenn ihnen Strom zugeführt wird, im wesentlichen kein axialer Stromfluß entsteht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   O 1334 8.51