Verfahren zum Befestigen des Kathodenhalters einer Schnellheizkathode

Abstract

 Das Verfahren dient zur Befestigung eines Kathodenhalters in einem Elektronenstrahlerzeugungssystem. Dazu wird der Kathodenhalter bis zu einem Wulst (5) durch eine Isolierscheibe (3) geschoben und danach wird das über die Isolierscheibe stehende Ende auf seinem ganzen Umfang durch ein Taumelverfahren umgebogen. In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Kathodenhalter durch Heißpressen in der Isolierscheibe verspannt. Je ein Preß-Stempel (8 und 9) wirkt auf den Wulst (5) bzw. die Umbiegung (4) des Kathodenhalters unter gleichzeitiger Erhitzung desselben ein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen des Halters einer Pilzkatliode in einer Bohrung eines Isolierteils, an dessen einer Seite der Halter mit einem Wulst anliegt. Derartige Kathodenaufbauten werden z.B. in Elektronenstrahlerzeugungssystemen von Bildröhren verwendet. Eine solche Kathode, wie sie auch in Fig. 1 dargestellt ist, zeigt z.B. die Figur der DE-AS 23 13 911 und ist in dem Aufsatz von M. Tischer: _"Die Oxidkathode in der Bildröhre", Funkschau 1967, Heft 21 auf den Seiten 675-677 im Prinzip beschrieben.

[0002] Aus der GB-PS 725, 250 ist es bekannt, ein Kathodenrohr bis zu einem Wulst in eine Isolierscheibe zu schieben und danach das durchgeschobene Ende längs seines gesamten Umfanges umzubiegen. Mit Fortentwicklung der Kathodenstrahlröhrentechnologie wurde die Forderung nach immer kürzeren Anheizzeiten der Kathoden aufgestellt. Statt des direkten Befestigens der Kathode in der Isolierscheibe wurde es daher üblich, die Kathode über einen Kathodenhalter unter Erzielung möglichst geringer Wärmeleitung mit der Isolierscheibe zu verbinden. Dieser Schritt führte zu einer erheblichen Verkürzung der Anheizzeit, weswegen solche Kathoden auch Schnellheizkathoden genannt werden.

[0003] Die Befestigung des Kathodenhalters in der Bohrung des Isolierteils, normalerweise einem Keramikmaterial, erfolgt in den bisher bekannten Ausführungsformen durch Kaltnieten. Dabei wird der über die Aussparung überstehende Teil des Kathodenhalters mittels eines Stempels umgebogen und gleichzeitig der Kathodenhalter stauchend etwas verformt, so daß er fest in der Aussparung sitzt. Die Materialauswahl sowohl bei den direkt eingenieteten Kathoden wie auch bei den eingenieteten Kathodenhaltern ging dahin, möglichst gute Bearbeitbarkeit beim Nieten zu gewährleisten.

[0004] Um eine weitere Verkürzung der Anheizzeit zu erzielen_Jwurde die Wärmekapazität des Kathodenhalters und die Wärmeleitfähigkeit des Materials aus dem er hergestellt wurde, immer weiter verringert. Bei Wandstärken von < 0,1 mm und/oder bei Verwendung eines schlecht wärmeleitenden und damit meistens auch schlecht verformbaren Materials wie Ni 80 Cr 20 treten jedoch Längsrisse im Biegebereich auf, die die Stabilität der Befestigung erheblich herabsetzen. Bei der Formung des Wulstes, mit dem der Kathodenhalter an das Isolierteil angelegt wird, ergeben sich zwar ähnliche Probleme, jedoch ist es bei der Fertigung dieses Halbzeugs ohne weiteres möglich, spezielle Maßnahmen zu ergreifen, die eine Rißbildung verhindern, z.B. sehr hohe Temperaturen an der Stelle , an der der Wulst geformt wird.

[0005] Die Risse in der Umbiegung führen auch zu nicht fest in dem Keramikteil sitzenden Kathodenhaltern und infolge der schwankenden Wärmeübertragung zu unstabilen Kathodentemperaturen.

[0006] Davonausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das ein Befestigen von Kathodenhaltern mit sehr geringen Wandstärken, auch aus schlecht verformbarem Material, zuläßt, ohne daß Risse in der Umbiegung auftreten und das gleichzeitig einen festen Halt des Kathodenhalters in der Aussparung der Keramikscheibe gewährleistet.

[0007] Die Lösung dieser Aufgabe ist den Ansprüchen zu entnehmen.

[0008] Neben dem Vorteil, daß durch das beanspruchte Verfahren Materialien, die mechanisch schwierig zu bearbeiten sind, oder solche mit geringer Wandstärke verwendet werden können, bietet sich der weitere Vorteil einer erheblichen Stabilisierung der Kathodentemperatur durch einen gut reproduzierbaren Wärmeübergang Kathodenhalter-Keramik. Auch bei den hohen Betriebstemperaturen lockert sich der Kathodenhalter nicht mehr.

[0009] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1-3 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Kathodenaufbau gemäß dem Stand der Technik

Fig. 2: Taumelverfahren

Fig. 3: Heißpressen

[0010] In dem in Fig. 1 dargestellten Kathodenaufbau bezeichnet 1 eine Pilzkathode, 2 den Kathodenhalter und 3 eine Keramikscheibe. Die Bildung der Umbiegung. 4 ist Gegenstand des ersten Teilschritts der Erfindung, der in Fig. 2 dargestellt ist. Unter die Umbiegung 4 ist of; unabhängig vom Befestigungsverfahren eine Metallscheibe untergelegt, die ein Ausbrechen des Randes der Bohrung der Keramikscheibe sowie eine Bedampfung des Keramikscheibe durch Kathodenmaterial verhindern soll. Diese Scheibe ist jedoch nicht erfindungswesentlich und daher in allen Figuren weggelassen.

[0011] Das Taumelverfahren nach Fig. 2 ist geeignet, auch Kathodenhalter aus schwer ziehbarem Material, wie Ni 80 Cr 20, oder mit sehr geringer Wandstärke ohne Rißbildung umzubiegen..

[0012] Fig. 2a zeigt den Beginn, Fig. 2b das Ende des Umbiegens durch das Taumelverfahren. Der Kathodenhalter 2 wird wieder mit dem Wulst 5 auf eine Unterlage 6 aufgelegt, welche dem Kathodenhalter festen Halt gibt. Der Stempel 7 übt gleichzeitig zwei Bewegungen aus:

Eine kegelige Bewegung um die Achse A unter dem Winkel α.

Eine Vorschubbewegung in Richtung der Achse A.

[0013] Die Vorschubbewegung muß ca. 0,5 mm überbrücken, während der ca. 100 Umdrehungen erfolgen. Zum Schmieren wird Alkohol verwendet. Der Vorgang ist in ca. 1 sec. abgeschlossen.

[0014] Es ist zweckmäßig, den Stempel so zu konstruieren, daß das dünnwandige Rohr auf einer Seite gestützt wird, während es auf der anderen umgebogen wird.

[0015] In Fig. 2a, b wird der Kathodenhalter jeweils auf der linken Seite durch den Stempel gestützt, während rechts umgebogen wird. Bei der kegeligen Bewegung des Stempels wandern Stützfläche und Umbiegepunkt um den Kathodenhalter herum.

[0016] Wie aus Fig. 2a) ersichtlich, wird die% Stützfunktion gerade dann erreicht, wenn der untere, kegelige Teil des Stempels im Durchmesser geeignet gewählt ist und wenn er unter einem Winkel α gegenüber der Stempelachse berandet ist, wobei α der Winkel ist, um den die Stempelachse gegen die Achse A des Kathodenhalters gekippt ist. « liegt beim praktischen Anwendungsbeispiel zwischen 2° und 10°.

[0017] Nachdem mittels dieses Taumelverfahrens das Umbiegen auch unter den beschriebenen erschwerten Umständen, die ein bekanntes Kaltnietverfahren ausschließen, erfolgt ist, wird ein zweiter Verfahrenschritt durchgeführt, der die spielfreie Befestigung des Kathodenhalters auch bei erhöhten Betriebstemperaturen gewährleistet.

[0018] Diese Befestigung erfolgt durch Heißpressen, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Zahlenangaben im folgenden beziehen sich auf ein praktisches Ausführungsbeispiel.

[0019] Zunächst wird der Kathodenhalter 2 mit dem Wulst 5 auf den metallischen Gegenhalter 8 aufgesetzt. Dann drückt die metallische Spitze 9 auf den Rand 4 mit einer Kraft K von 4-10 kp. Die Spitze ist ein Kegel von 90° öffnungswinkel. Gleichzeitig beginnt das Spülen mit einem Schutzgas, vorzugsweise N₂, um beim anschließenden Erhitzen des Kathodenhalters dessen Oxidation zu vermeiden.

[0020] Anlegen einer Spannung von 1-5 V an die Spitze 9 und den Gegenhalter 8. Einstellen der Spannung so, daß der Kathodenhalter auf dunkle Rotglut erhitzt wird. Dabei versucht sich der Kathodenhalter auszudehnen, wird jedoch durch Gegenhalter 8 und Spitze 9 daran gehindert, wodurch der Kathodenhalter in der Keramikscheibe verspannt wird.

[0021] Die Heizspannung wird ausgeschaltet.

[0022] Nach Zeitverzögerung, nach erheblicher Abkühlung des Kathodenhalters, unter 200° C, wird die Stickstoffspülung ausgeschaltet und die Kraft K abgebaut.

[0023] Das Heißpressen ist in ca. 1 sec. durchgeführt. Das Erwärmen des Kathodenhalters kann statt durch ohmsche Heizung auch durch induktives Erhitzen oder jede andere Heizart durchgeführt werden. Bei den schwer verformbaren, dünnwandigen Metallteilen, wie sie für Kathodenhalter vorzugsweise verwendet werden, genügt es nicht, das Metallteil durch Strom zu erwärmen und dann nur durch ein Preßverfahren zu verformen, da dabei das Kathodenhalterrohr so stark verformt werden würde, daß der beim nächsten Arbeitsgang zu verwendende Aufnahmedorn nicht mehr in den Kathodenhalter eingeschoben werden könnte. Das vorhergehende Umbiegen durch das beschriebene Taumelverfahren ist unbedingt erforderlich.

[0024] Das Umbiegen durch das Taumelverfahren und das anschließende Heißpressen führen zu einem einwandfreien, festen Sitz des Kathodenhalters im Isolierteil auch bei den späteren hohen Betriebstemperaturen.

Ansprüche

1) Verfahren zum Befestigen des Kathodenhalters einer Schnellheizkathode an einer Isolierscheibe, in die der Kathodenhalter durch die Bohrung bis zu einem an ihm angebrachten Wulst durchgeschoben wird, worauf das durch die Isolierscheibe geschobene Ende des Kathodenhalters auf seinem ganzen Umfang umgebogen wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:

a) Umbiegen des durchgeschobenen Endes des Kathodenhalters (2) durch ein Taumelverfahren,

b) Anschließendes Verspannen des Kathodenhalters (2) durch Heißpressen, wozu eine pressende Kraft zwischen dem Wulst (5) und der Umbiegung (4) auf den Kathodenhalter unter gleichzeitiger Erhitzung ausgeübt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die beim Heißpressen angewandte Temperatur beginnender Rotglut entspricht.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenhalter durch ohmsche Erwärmung erhitzt wird.

4) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenhalter induktiv erhitzt wird.

5) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenhalter während des Heißpressens mit Schutzgas gespült wird.

6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennezichnet, daß das Schutzgas N₂ ist.

Zeichnung