Verfahren zur Verkürzung der Anheizzeit einer indirekt geheizten Kathode

Abstract

 Um bei einer Wehneltkathode die Anheizzeit bei gutem Wirkungsgrad optimal zu verkürzen, wird vorgeschlagen als Kathode ein innerhalb des üblichen Kathodenröhrchens angeordnetes Triodensystem einzusetzen, bei dem die Innenseite der Bodenplatte, auf deren Außenseite die Emissionsschicht aufgebracht ist, als Anode dient, sodaß die Emissionsschicht durch die Anodenverlustleistung des Triodensystems aufgeheizt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine indirekt geheizte Wehneltkathode, insbeonsere für Kathodenstrahlröhren wie Oszillographen-, Fernseh- und Farbfernsehbildröhren, bei der an der Außenseite der Bodenplatte eines Kathodenröhrchens eine Elektronen emittierende Schicht sich befindet, die durch eine innerhalb des Kathodenröhrchens angeordnete Wärmequelle zur Emission angeregt wird.

[0002] Üblicherweise besteht diese Wärmequelle aus einem gewendelten Heizdraht, der als Doppelwendel ausgebildet oder haarnadelförmig gefaltet und mit einer im wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehenden Isolierschicht bedeckt und dann in das Kathodenröhrchen eingeschoben ist. Um solchen Heizern angenähert die Eigenschaften eines schwarzen Strahlers zu geben,.sind in das isolierende Aluminiumoxid Schwermetallpartikelchen eingebettet, die der Isoliermasse die gewünschten Strahlereigenschaften und eine dunkle Farbe geben. Beispiele zeigen die DE-AS 23 17 445, 23 17 446 und 23 64 403. Mit derart aufgebauten Heizern konnte die Anheizzeit der mit ihnen ausgerüsteten Kathodenstrahlröhren wesentlich verkürzt werden. Um eine weitere Verkürzung der Anheizzeit zu erzielen,werden nach der DE-OS 26 54 553 Wärmeleitbleche im Innern des Kathodenrohres vorgesehen. Die Anmeldung P 29 38 248 schlägt dann vor, die Verteilung der Heizdrahtwindungen und/oder der Isoliermasse im Innern des Kathodenrohres so ungleichmäßig vorzunehmen, daß der Wärmescrwerpunktsehr nahe der Bodenplatte des Kathodenröhrchens liegt und so eine schnellere Erwärmung der Emissionsschicht erfolgt.

[0003] Eine weitere Wärmequellenart besteht darin, daß von einem blanken Heizdraht eine Wärmestrahlung erzeugt wird, die auf ein die Emissionsschicht tragendes Plättchen gerichtet wird und so dort die Emissionsschicht zur Emission anregt. Beispiele hierfür beschreiben die DE-OS 26 14 270 und 28 35 489.

[0004] Beide bekannte Ausführungsformen der Wärmequelle lassen entweder nur eine begrenzte Verkürzung der Anheizzeit zu oder weisen einen unbefriedigenden Wirkungsgrad auf. Die vorliegende Erfindung setzt sich deshalb zur Aufgabe unter Beibehaltung der bisher üblichen konstruktiven Ausbildung der Kathode und damit auch des bewährten Aufbaues des Elektrodensystems einer Elektronenkanone für die im Innern des Kathodenröhrchens angeordnete Wärmequelle eine Lösung anzugeben, die sowohl eine Herabsetzen der Anheizzeit wie auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades ermöglicht. Die Lösung dieser Aufgabe ist den Ansprüchen zu entnehmen.

[0005] Die Erfindung soll nun an Hand eines in der Figur dargestellten Beispieles eingehend beschrieben werden, wobei die Figur einen Schnitt durch eine Wehneltkathode mit Kathodenröhrchen mit auf dessen Bodenplatte aufgebrachter Emissionsschicht und. darum angeordnetem Wehneltzylinder zeigt.

[0006] In der Figur ist nun mit 1 der Wehneltzylinder bezeichnet der über nicht dargestellte Tragstege, die in den ganzen Systemaufbau tragenden Glaskeramikstäben eingeschmolzen sind, in seiner Lage fixiert ist. Im Innern des Wehneltzylinders 1 ist mittels eines Isolierringes 2 aus Glas, Glaskeramik oder Keramik das eine Ende eines Halterrohrs 3 befestigt, mit dessem anderen, freien Ende punktweise das Kathodenröhrchen 4 verbunden ist, dessen dem Wehneltzylinderboden zugewandtes Ende mit einer Kathodenkappe 5 aus Kathodennickel verschlossen ist, die dann die emittierende Schicht 6 trägt.

[0007] In das Kathodenröhrchen 4 wurde bisher der mit einer Isolierschicht bedeckte Heizer eingeschoben und seine Anschlußenden mit im Isolierring 2 befestigten Haltestiften 11 verbunden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun zum Kathodenröhrchen 4 koaxial ein Steuerzylinder 7 eingeschoben in dessem Innern an in einer Isolierscheibe 9 befindlichem Anschlüssen (10) ein Heizfaden 8 angeordnet ist. Heizfaden 8, Steuerzylinder 7 und Innenseite der Kathodenkappe 5 bilden nun ein direkt geheiztes Dreipolröhrensystem bei dem der Steuerzylinder 7 als Steuerelektrode gegenüber dem Heizfaden 8 eine negative Vorspannung und die Kathodenkappe 5 als Anode gegenüber dem Heizfaden 8 eine positive Anodenspannung erhält. Wie bei den bekannten Elektronenröhren wird der aus dem Heizfaden in Abhängigkeit von der Höhe der negativen Steuerelektrodenspannung austretende Elektronenstrom zur Anode hin beschleunigt, trifft auf diese auf und wird voll als Anodenverluctleistung in Wärme umgesetzt, da hier diesem System keine Nutzleistung entnommen wird.

[0008] Obwohl die Wirkungsweise von Elektronenröhren als allgemein bekannt vorausgesetzt werden darf, sei u.A. auf das Buch von L. Ratheiser: _"Rundfunkröhren" Berlin 1949 verwiesen. Der vorliegende Dreipolröhrenaufbau zeigt gegenüber einem üblichen Triodensystem im Aufbau folgende Besonderheit. Die Steuerelektrode dieses Dreipolsystems besteht hier nicht wie bei den üblichen Verstärkerröhrentriodensystemen aus einer durch ein oder mehrere Drahtstege verbundenen Drahtspirale sondern aus einem zum Kathodenröhrchen koaxialen Steuerzylinder 7. Durch die sich am Ausgange dieses Steuerzylinders ausbildende Feldverteilung entsteht eine Beschleunigungselektronenlinse, die die Elektronen zu einem schmalen Strahlbündel und auf die Mitte der durch die Kathodenkappe 5 gebildeten Bodenplatte des Kathodenröhrchens 4 lenkt, also auf eine Stelle, die der Bohrung im Wehneltzylinder 1 genau gegenüberliegt. Bei einer erfindungsgemäßen Wehneltkathode kann mithin die Fläche, der zur Emission Wärme zugeführt wird, erheblich kleiner gehalten werden als bei den herkömmlichen indirekt geheizten Kathoden. Wenn, wie bereits bisher üblich, für das Kathodenröhrchen 4 ein möglichst schlecht leitendes Material genommen wird, durch das die Wärmeabfuhr über das Kathodenröhrchen 4 klein gehalten werden kann, so läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Aufbau in geradezu idealer Weise verwirklichen, daß nur die für den Betrieb einer Kathodenstrahlröhre unbedingt benötigte emittierende Fläche die heißeste Stelle des ganzen Kathodenaufbaues ist. Es lassen sich so geringe Wärmeverluste und damit ein guter Wirkungsgrad erzielen.

[0009] Als Heizfaden 8 kann man alle aus der Verstärkerröhrentechnik bekannten Heizfäden einsetzen. Erwähnt seien als Beispiele nur:

1: Der Bariumdampffaden, bei dem auf einen Wolframoxidfaden im Vakuum eine vorzüglich emissionsfähige Bariumschicht aufgedampft wird, weist bei einer Betriebstemperatur von etwa 750°C eine nutzbare Emission von ca. 70 mA/W auf.

2: Der Bariumpastefaden, bei dem auf einen Wolfram - oder Nickel - oder aus einer Nickellegierung bestehenden Faden eine Bariumpaste aufgetragen und im Vakuum aktiviert wird, weist bei einer Betriebstemperatur von etwa 800°C eine nutzbare Emission von ca. 50 mA/W auf.

3: Der thorierte Wolframfaden, bei dem dem Wolfram 1...2% Thoriumoxid zugesetzt sind, aus dem in Vakuum eine molekularstarke gut emissionsfähige Thoriumhaut gebildet wird, weist bei einer Betriebstemperatur von etwa 1500°C eine nutzbare Emission von etwa 25 mA/Watt auf.

[0010] Weitere Materialien und Aktivierungszusätze für solche Heizfaden können der einschlägigen Literatur wie z.B. W. Espe: _"Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik" Berlin 1959 und weiterem Schriftum der Röhrenhersteller" entnommen werden.

[0011] Für die Ausbildung des Kathodenröhrchens 4 ist es dabei ohne Belang, ob das dem Wehneltzylinder 1 zugekehrte Ende nun mit einer Kathodenkappe 5 aus Kathodennickel verschlossen ist, wie es die Figur zeigt, oder ob an dieser Stelle ein Boden aus Kathodennickel eingesetzt ist, wie es die Figur der DE-AS 28 13 504 zeigt, oder ob nach der DE-OS 26 54 554 Kathodenröhrchen 4 und Kathodenkappe 5 in einem Stück aus einer Legierung hergestellt ist, die einmal die Emissionsmasse nicht ungünstig beeinflußt aber andererseits auch das gewünschte schlechte Wärmeleitvermögen aufweist, um die Wärmeverluste gering zu halten.

[0012] Bei für Versuchs- und Erprobungszwecke erstellten Musterfarbbildröhren betrug die Heizspannung V_H jedes Systemsetwa 2 Volt und der Heizstrom im Durchschnitt 100 mA. Die Anodenspannung V_A betrug etwa 800 Volt und der Anodenstrom im Durchschnitt 0,75 mA. Die Steuerzylindervorspannung -V_G ließ sich zwischen 0 und -100V gegenüber Heizfadenmitte einregeln.Für die Heizung der Wehneltkathode wurde also 800V × 0,75.10^-3A = 0,6 Watt Anodenverlustleistung zuzüglich 2VxO,lA = 0,2 Watt Speiseleistung des Heizfadens 8 insgesamt also etwa 0,8 Watt je System aufgebracht. Die bisherigen Farbbildröhren benötigen bei 6,3V Heizspannung etwa 250 mA Heizstrom, mithin etwa 1,6W Heizleistung je System, also den doppelten Betrag. Es ergeben sich dabei, die beim Fernsehempfängern übliche Stromversorgung über den Zeilentransformator und die dadurch bedingte Anschwingverzögerung usw. vorausgesetzt, für eine Bildröhre mit der erfindungsgemäßen Wehneltkathode Anheizzeiten von 1,5...2,5 Sekunden ab Einschaltendes Gerätes. Diese Zeit kann verkürzt werden, wenn die Versorgung des Steuerzylinders 7 so ausgelegt wird, daß nach Einschalten des Gerätes die negative Vorspannung vom Werte 0 bis zum benötigten negativen Eindwert z.B. in etwa 1 s hochläuft. Dieses kann durch einen der Steuerzylinderverspannungsquelle parallel geschalteten Kondensator erfolgen, der infolge des verhältnismäßig hohen Quellwiderstandes sich erst langsam auflädt, sodaß hierdurch der Strahlstrom des Dreipolsystems entsprechend langsam von höheren Werten auf den Betriebswert einläuft. Durch geeignete Wahl der Zeitkonstante läßt sich erreichen, daß beim Einschalten die Temperatur der Emissionsfläche ohne überschwingen beschleunigt auf ihren gewünschten Wert einläuft. Hierdurch läßt sich die Anheizzeit weiter bis auf etwa 1 Sekunde verkürzen.

[0013] Zusammenfassend kann gesagt werden, daß sich mit der erfindungsgemäßen Wehneltkathode die Anheizzeit auf etwa die Hälfte bis ein Fünftel der bisher üblichen Zeit bei einem gleichzeitigen Herabsetzen der Heizleistung auf etwa die Hälfte verringern läßt. Da durch die verringerte Heizleistung die Wärmebelastung des Systems erheblich verringert wird, vermindern sich die durch Wärmeeinfluß entstehenden Konvergenzprobleme erheblich.

Ansprüche

1) Indirekt geheizte Wehneltkathode, insbesondere für Kathodenstrahlröhren wie Oszillographen- Fernseh- und Farbfernsehbildröhren, bei der an der Außenseite der Bodenplatte eines Kathodenröhrchens eine Elektronen emittierende Schicht sich befindet,die durch eine innerhalb des Kathodenröhrchens angeordnete Wärmequelle zur Emission angeregt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle ein direkt geheiztes Dreipolsystem (5,7,8) verwendet wird, bei dem die Innenseite der Bodenplatte (5) des Kathodenröhrchens (4) als Anode dient.

2) Indirekt geheizte Wehneltkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode dieses Dreipolsystems (5,7,8) als zum Kathodenröhrchen (4) koaxialer Steuerzylinder (7) ausgebildet ist.

3) Indirekt geheizte Wehneltkathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (10) des Heizfadens (8) des Dreipolsystems (5,7,8) in das von der Bodenplatte (5) des Kathodenröhrchens (4) entfernte Ende des Steuerzylinders (7) von diesem isoliert eingesetzt sind.

4) Verfahren zum Verkürzen der Anheizzeit von Fernsehempfängerbildröhren mit indirekt geheizten Wehneltkathoden nach einem der Ansprüche 1...3,
dadurch gekennzeichnet, daß nach Einschalten des Gerätes die negative Vorspannung (-V_G) des Steuerzylinders (7) von dem Werte 0 oder einem vorgegebenen niedrigen Wert ansteigend derart vergrößert und damit der Strahlstrom des Dreipolsystems (5,7,8) so erniedrigt. wird, ._daß die emittierende Schicht (6) auf der Außenseite der Bodenplatte (5) des Kathodenröhrchens (4) ohne überschwingen den gewünschten Betriebstemperaturwert erhält.

Zeichnung