EP0019249B1

EP0019249B1 - Elektronenstrahl-Erzeugungssystem für Kathodenmehrstrahlröhren

Info

Publication number: EP0019249B1
Application number: EP80102604A
Authority: EP
Inventors: Hans Dr. Reule; Harmut Gänzle; Horst Hans Vogel
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1980-05-10
Publication date: 1984-08-01
Also published as: DD153019A5; FI71852B; ES8101324A1; EP0019249A1; PL133009B1; PL224255A1; JPS569951A; US4492894A; FI801562A7; DE2920151C2; FI71852C; DE2920151A1; ES491486A0; JPH0234137B2; MX147545A

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeugungssystem für Kathodenmehrstrahlröhren mit mehreren Kathoden und darauf folgenden, hintereinander liegenden Elektroden mit den einzelnen Kathoden zugeordneten Durchtrittslöchern für die Elektronen in jeweils einer gemeinsamen Elektrode, wobei sich während des Betriebes die einzelnen Elektroden auf unterschiedlichen, zu den Kathoden hin zunehmenden Temperaturen befinden. Hierdurch entstehen Lageänderungen der Elektroden, Abstandsänderungen der Durchtrittslöcher in den einzelnen Elektroden und/oder mechanische Spannungen im System, die u.a. starken Einfluss auf den Kathodenstrom oder auf die Konvergenzeigenschaften der Röhre ausüben.
Ein Elektronenstrahlerzeugungssystem der eingangs genannten Art ist aus der DE-A-2 511 758 bekannt, in der von dieser Problematik ausgehend darauf hingewiesen wurde, dass es zweckmässig sei, die Konvergenzeigenschaften dadurch zu verbessern, dass wenigstens die Stützglieder der Steuerelektrode aus einem Werkstoff mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 80. 10-^{7 O}C-¹ bestehen.
Ausserdem ist es aus der DE-A-2 642 582 bekannt, dass zwecks Vermeidung einer thermischen Abstandsänderung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode - die Steuerelektrode aus einem Metall besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient gleich oder kleiner als derjenige einer die Kathode tragenden Metallhülse ist.
Es hat sich herausgestellt, dass die Anzahl der Werkstoffe mit praktisch vernachlässigbarer Wärmeausdehnung sehr gering ist. Die wegen dieser Eigenschaft in Frage kommenden Werkstoffe weisen dann andere Eigenschaften auf, die ihrer Anwendung für Elektronenstrahlerzeugungssysteme hinderlich im Wege stehen, insbesondere ihre magnetischen Eigenschaften.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemässes Elektronenstrahlerzeugungssystem für Kathodenmehrstrahlröhren so auszugestalten, dass die Dejustage der Elektronenoptik und auch die mechanischen Spannungen aufgrund der Wärmeausdehnung der einzelnen Elektroden wesentlich verringert werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Werkstoffe für die einzelnen Elektroden in bezug auf ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten so gewählt sind, dass das Verhältnis der Differenz der thermisch bedingten Abstandsänderungen der Elektronendruchtrittslöcher in jeweils zwei benachbarten Elektroden zum Abstand der Ebenen der Elektronendurchtrittslöcher in den zwei benachbarten Elektroden für das ganze Elektrodensystem im wesentlichen konstant ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 enthalten.
Dadurch entfällt die Bedingung einer sehr geringen Wärmeausdehnung der verwendeten Werkstoffe, so dass sich die Zahl der verwendbaren Werkstoffe erheblich erhöht.
Die Erfindung wird nun im folgenden im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch ein Elektronenstrahlerzeugungssystem,
Fig. 2 die Ausdehnung der verschiedenen Elektroden bei einem bekannten System,
Fig. 3 die Ausdehnung der verschiedenen Elektroden bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4 den Kathodenstrom bei aus verschiedenen Werkstoffen aufgebauten Elektronenstrahlerzeugungssystemen:
- a) alle Elektroden aus demselben Werkstoff nach dem Stand der Technik,
- b) Wehnelttopf aus FeNi36 nach DE-A-2 511 758,
- c) Aufbau mit den Eigenschaften gemäss Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Elektronenstrahlerzeugungssystem in Inline-Technik mit drei nebeneinander angeordneten Elektronenstrahlerzeugern dargestellt, deren Elektroden 1 bis 4 in Strahlrichtung betrachtet hintereinander in den Ebenen E1 bis E4 liegen. Hierbei ist zu bemerken, dass die Schnittfläche so gewählt ist, dass Glasstäbe und Halteelemente der Elektroden mitgeschnitten wurden. Die Elektroden 1 bis 4 sind entweder direkt oder über Halterungsteile 5 in die Glasstäbe 6 eingeschmolzen. In jeder Elektrode sind drei Löcher 7 für die Elektronenstrahlen vorhanden. In Fig. 1 liegen die Löcher 7 senkrecht zur Schnittebene hintereinander, so dass nur die der mittleren Kathode zugeordneten Durchtrittslöcher zu sehen sind. Der gegenseitige Abstand der Löcher beträgt bei Raumtemperatur 6,6 mm. Die Änderung des Abstandes von Mitte zu Mitte der Löcher bei verschiedenen Temperaturen wird als Mass für die Wärmeausdehnung der Elektrode genommen.
Im Betrieb erwärmen sich die Elektroden auf verschiedene Temperaturen. In den folgenden Zeilen E1 bis E4 sind die Temperaturen der Elektroden 1 bis 4 eingetragen, welche sich in den Ebenen E1 bis E4 befinden, wobei t die Zeit nach Einschalten der Kathodenheizung ist.
Bei Erhöhung der Temperatur ändert sich der Abstand der Löcher aufgrund der Wärmeausdehnung der Elektrodenwerkstoffe.
In Fig. 2 ist auf der Abszisse diese Lochabstandsänderung für drei Zeiten, nämlich für t = 4 min, t = 12 min und den mit t = oo bezeichneten Endzustand und auf der Ordinate der jeweilige Abstand der Ebenen E1 bis E4 von der Kathode aufgetragen.
Für eine prinzipielle Betrachtung der Erfindung ist es hinreichend genau, davon auszugehen, dass sich im Betriebszustand jede der Elektroden 1 bis 4 auf einer konstanten Temperatur befindet. Daher liegt den Fig. 2 und 3, welche die Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und der Erfindung verdeutlichen, die vereinfachte Annahme zugrunde, die Elektroden 1 bis 4 seien jeweils in einer Scheibe konzentriert, welche in den Ebenen E1 bis E4 angeordnet sind.
Es ist aus Fig. 2 deutlich ersichtlich, dass das Verhältnis aus der Differenz der linearen Wärmeausdehnung jeweils zweier benachbarter Elektroden und dem Abstand der Ebenen in diesen Elektroden nicht konstant ist. Daher kommt es zu starken mechanischen Spannungen im System.
Diese Spannungen werden verringert, wenn das Verhältnis konstant ist, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. In Fig. 3 ist absichtlich kein Massstab für die Abstandsänderung der Löcher angegeben, da es auf das konstante Verhältnis und nicht auf sehr kleine und vernachlässigbare Wärmeausdehnungen ankommt.
Es können die Elektroden zweier Ebenen auch aus dem gleichen Werkstoff bestehen, da dann weniger Werkstoffe auf ihre Eignung geprüft und auf Lager gehalten werden müssen, als wenn für jede Ebene der Elektrodenwerkstoff unterschiedlich ist.
Werte, wie in Fig. 2 dargestellt, werden bei Verwendung des Werkstoffes X4CrNi 1813 für alle Elektroden erhalten. Die Diagramme der Fig. 3 werden bei Verwendung folgender Werkstoffe in guter Näherung erhalten:

für die Elektrode 1: FeNi36
für die Elektrode 2: NiFe48Cr
für die Elektroden 3 und 4: X4CrNi1813

Bei Verwendung von NiFe48Cr für die Elektrode 2 wird im Betrieb der Curiepunkt von 480°C nie überschritten. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der magnetische Einfluss der Elektrode 2 zu keinen störenden Fehlern im Schirmbild führt. Bei Verwendung von 30% Ni und 70% Fe mit einem Curiepunkt von 35-65 °C werden Schwierigkeiten, wie sie wegen des Ferromagnetismus auftreten können, vermieden. Beim Elektrodenaufbau nach Fig. 1 sollen die Curietemperaturen der Werkstoffe der Elektroden 3 und 4 unterhalb der Betriebstemperatur liegen, damit Abbildungsfehler vermieden werden. Die Erfindung gilt dem bisherigen entsprechend selbstverständlich auch für andere Systemaufbauten als für den in Fig. 1 dargestellten, also nicht nur für Inline-Systeme, sondern z.B. auch für Delta-Systeme.
Als empfindliches Nachweismittel für mechanische Spannungen im System hat sich der Kathodenstrom erwiesen. Dabei liegt an der Kathode eine Spannung von 0 V, an der Elektrode 1 eine Spannung von -100 V. Die positive Spannung der Elektroden 2 und 3 wird dann so eingestellt, dass im stationären Zustand ein Kathodenstrom von 100 pA fliesst. Nach dieser Einstellung lässt man das System abkühlen und misst dann den Kathodenstrom nach erneutem Einschalten.
Die Ergebnisse sind mit dem in Fig. 1 dargestellten Systemaufbau gewonnen und in Fig. 4 dargestellt. Bei der mit a bezeichneten Kurve bestehen alle Elektroden aus X4CrNi 1813. Der Kathodenstrom läuft mit einem starken Überschwingen auf 100uA ein. Die Kurve b wurde bei Systemen gemessen, bei denen die Elektrode 1 aus FeNi36 gefertigt war. Der Kathodenstrom kriecht sehr langsam auf die 100 J.lA zu. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Elektrode 1 aus FeNi36, Elektrode 2 aus NiFe48Cr und den Elektroden 3 und 4 aus X4CrNi 1813 wird der stationäre Zustand von 100 µA ohne Überschwingen in kürzerer Zeit als bei den Diagrammen a und b erreicht, wie Diagramm c verdeutlicht.
Mit einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem, dessen Elektroden-Werkstoffe bezüglich Wärmeausdehnung erfindungsgemäss aufeinander abgestimmt sind, lassen sich auch Fehler, die auf einer gegenseitigen Verschiebung der Löcher 7 in Strahlrichtung beruhen, wie z. B. zeitliche Konvergenzfehler, gegenüber bekannten Anordnungen erheblich verringern.

Claims

1. Elektronenstrahlerzeugungssystem für Kathodenmehrstrahlröhren mit mehreren Kathoden und darauf folgenden, hintereinander liegenden Elektroden mit den einzelnen Kathoden zugeordneten Durchtrittslöchern für die Elektronen in jeweils einer gemeinsamen Elektrode, wobei sich während des Betriebes die einzelnen Elektroden auf unterschiedlichen, zu den Kathoden hin zunehmenden Temperaturen befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe für die einzelnen Elektroden in bezug auf ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten so gewählt sind, dass das Verhältnis der Differenz der thermisch bedingten Abstandsänderungen der Elektronendurchtrittslöcher in jeweils zwei benachbarten Elektroden zum Abstand der Ebenen der Elektroden durchschnittslöcher in den zwei benachbarten Elektroden für das ganze Elektrodensystem im wesentlichen konstant ist.

2. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe bei der Betriebstemperatur der einzelnen Elektroden nicht ferromagnetisch sind.

3. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektroden aus dem gleichen Werkstoff bestehen.