[0001] Die Erfindung betrifft einen Trichter für eine Kathodenstrahlröhre, mit einem einen
Trichterkörper bildenden Trichterbereich mit einem an dessen Spitze angeformten Parabelbereich
und mit einem Trichterhals, der am Parabelbereich angebracht ist, wobei der Parabelbereich
in mindestens einem Teilabschnitt zwischen den Anschlußstellen zum Trichterhals und
zum Trichterkörper einen rechteckigen, im übrigen einen im wesentlichen runden Querschnitt
aufweist, und die Innenkontur der Wandung des rechteckigen Parabel-Abschnittes an
allen vier Seiten nach innen gewölbt ist.
[0002] Ein derartiger Trichter ist beispielsweise aus der WO 98/07174 A2 bekannt.
[0003] Kathodenstrahlröhren werden im großen Umfang für Fernsehgeräte und Displays für Rechner
eingesetzt. Sie bestehen aus einem Glastrichter, der gemeinsam mit dem Bildschirm
den evakuierten Raum der Kathodenstrahlröhre bildet.
[0004] Der Trichter selbst gliedert sich in drei Bereiche: den Hals, der die Elektronenstrahlkanone
enthält und zylindrisch ausgebildet ist; dem Parabelbereich, um den herum die Ablenkspule
zur Führung des Elektronenstrahls angeordnet ist und der eine runde, anwachsende Querschnittsfläche
aufweist; dem Trichterkörper, dessen Querschnittsfläche stetig zunimmt und von einer
runden in eine rechteckige Form übergeht, bis die Querschnittsfläche des Bildschirms
erreicht ist. Unter einem Rechteck ist dabei eine Fläche zu verstehen, die im wesentlichen
rechteckig ist, aber abgerundete Ecken haben kann.
[0005] Entsprechend der rechteckigen Form des Bildschirmes ist auch die Fläche des Bereiches,
der vom Elektronenstrahl überstrichen wird, rechteckig. Dies führt dazu, daß in dem
Bereich des Trichters, in dem dessen Querschnitt rund ist, insbesondere im Parabelbereich,
ein großer Anteil der Fläche nicht genutzt wird. Da außerdem die Ablenkspulen-Einheit
zur Führung des Elektronenstrahls außerhalb des Trichters in seinem Parabelbereich
angebracht ist, muß ein großer Teil der Energie (etwa 25 %), welcher der Ablenkspulen-Einheit
zugeführt wird, für die Überwindung des Abstandes zum Elektronenstrahl durch das Magnetfeld
verwendet werden.
[0006] Aus der EP 0 813 224 A2 ist bekannt, einen Glastrichter für Kathodenstrahlröhren
zu verwenden, dessen Querschnittsfläche nur noch im Trichterhals rund ist, und die
schon ab dem Parabelbereich rechteckig ist. Dadurch wird erreicht, daß die ungenutzte
Fläche reduziert wird und die Ablenkspule näher am Elektronenstrahl angebracht werden
kann. Dies führt zu einer beträchtlichen Energieeinsparung. Der Nachteil des dort
vorgeschlagenen rechteckigen Parabelbereichs besteht allerdings darin, daß die Kathodenstrahlröhre
dadurch sehr implosionsgefährdeter wird. An die Geometrie des Glastrichters bzw. an
die Art und Weise, wie die Querschnittsfläche zunimmt und auf welche Art und Weise
sie am Anfang des Parabelbereiches rechteckig wird, werden daher sehr enge Bedingungen
geknüpft. Nur so läßt sich eine hinreichende Implosionssicherheit gewährleisten. Aus
produktionstechnischer Sicht besteht außerdem ein Nachteil darin, daß bei der Einführung
dieser neuen Form des Parabelbereichs der gesamte Herstellungsprozeß umgestellt werden
muß, da die vorgeschlagene Glastrichterform stark von der Standardform abweicht.
[0007] Durch die DE 199 22 225 C1 ist ein Trichter für Kathodenstrahlröhren bekannt geworden,
der es ermöglicht, Energie zu sparen und dabei mit herkömmlichem Trichterkörper jedoch
möglichst implosionssicher ist. Dies geschieht durch einen Glastrichter für Kathodenstrahlröhren,
der einen Trichterhals, der zylindrisch ausgebildet ist, einen Trichterkörper, dessen
Querschnitt von einer runden Form in eine rechteckige Form übergeht, wobei die Querschnittsfläche
kontinuierlich anwächst, sowie der einen Parabelbereich aufweist, der zwischen dem
Trichterhals und dem Trichterkörper angeordnet ist und dessen Anschlußquerschnitte
sowohl zum Trichterkörper als auch zum Trichterhals im wesentlichen kreisförmig sind,
und der sich dadurch auszeichnet, daß der Parabelbereich in mindestens einem Teilabschnitt
zwischen den Anschlußstellen zum Trichterhals und zum Trichterkörper einen rechteckigen
Querschnitt aufweist.
[0008] Durch den rechteckigen Querschnitt im mittleren Bereich der Parabel wird die Glasaußenkontur
des Trichters auf der kleinen und großen Achse näher an die Trichtermittelachse gebracht.
Die Länge des Bereiches mit rechteckigem Querschnitt bewegt sich dabei im Zentimeterbereich.
Da die Ablenkspulen-Einheit direkt auf der Glasaußenkontur des Trichters aufsitzt,
wird somit auch die Ablenkspulen-Einheit näher an den Elektronenstrahl gebracht, der
innerhalb des Trichters verläuft. Das Magnetfeld, das durch die Ablenkspulen-Einheit
zur Führung des Elektronenstrahls aufgebaut wird, muß daher einen geringeren Abstand
überwinden und kann weniger stark sein. Dadurch wird elektrische Energie eingespart.
[0009] Je größer der Abstand zu der Quelle eines Magnetfeldes wird, desto größer wird auch
der Abstand der Feldlinien. Da nun das Magnetfeld der Ablenkspulen-Einheit näher am
Elektronenstrahl liegt und daher die Feldliniendichte gegenüber der Feldliniendichte
in Standardparabelbereichen erhöht ist, kann zudem der Strahl präziser geführt werden.
[0010] Der vorstehend bekannte Glastrichter läßt sich sowohl im 4:3 als auch im 16:9 Format,
den heute gängigen Bildschirmformaten, realisieren. Der Energiespareffekt kommt dabei
um so mehr zum Tragen, je größer der Ablenkwinkel ist, was besonders auf Kathodenstrahlröhren
im 16:9-Bildschirmformat zutrifft. Ganz besonders groß ist dieser Effekt bei Ablenkwinkeln
von 120° und größer.
[0011] Dadurch daß, gesehen auf den Gesamtglastrichter, die Trichterform gegenüber herkömmlichen
Glastrichtern nur in einem kleinen Bereich, dem mittleren Bereich des Parabelbereiches,
geändert wird, wird die Implosionssicherheit nur geringfügig verschlechtert. Es hat
sich herausgestellt, daß sich die Spannung, die im Glas auftritt, im Übergangsbereich
zwischen Trichterhals und Parabelbereich am meisten erhöht. Doch selbst da handelt
es sich nur um eine Änderung im Prozentbereich. Es sind also keine zusätzlichen Vorkehrungen
zur Erhöhung der Implosionssicherheit vonnöten.
[0012] Vorteilhafterweise entspricht bei dem vorstehend bekannten Trichter das Seitenverhältnis
des rechteckigen Querschnitts des Parabelbereiches dem Seitenverhältnis des rechteckigen
Querschnitts des Trichterkörpers an dessen dem Trichterhals entgegengesetzten Ende.
An diesem Ende weist der Trichterkörper das Seitenverhältnis des Bildschirms auf.
Da der Elektronenstrahl auch eine Fläche mit diesem Seitenverhältnis abdeckt, kann
die Ablenkspule so angebracht werden, daß sie von allen Seiten möglichst nah am Elektronenstrahl
angeordnet ist, wenn der Parabelbereich in dem Teilabschnitt mit rechteckigem Querschnitt
ebenfalls dieses Seitenverhältnis aufweist.
[0013] Dabei wächst vorzugsweise die Querschnittsfläche des Parabelbereiches kontinuierlich
an. Vorzugsweise wird über den gesamten Parabelbereich die Diagonale der Querschnittsfläche
kontinuierlich länger.
[0014] Der rechteckige Parabelbereich des vorstehend bekannten Trichters besitzt eine Innenkontur,
die zur Trichtermittenachse jin gewölbt ist; die zugehörige Außenkontur verläuft dagegen
linear. Eine entsprechende Konfiguration des Parabelbereiches des Trichters zeigen
auch die US 6,255,766 B1 sowie das japanische patent abstract Nr. 111 209 39 A und
die US-A-5,929,559 (Fig. 5).
[0015] Durch diese Konfiguration entsteht in den Seitenbereichen eine relativ große Wandstärke,
so daß die Minimierung des Abstandes zwischen der Ablenkspulen-Einheit und dem vom
Elektronenstrahl überstrichenen Bereich begrenzt ist.
[0016] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Trichter nach der vorgenannten
DE 199 22 225 C1 diesen so auszubilden, daß ein noch geringerer Abstand zwischen der
Ablenkspulen-Einheit und dem vom Elektronen-Strahl überstrichenen Bereich erzielbar
ist, d.h. eine noch geringere Ablenkenergie notwendig ist.
[0017] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem Trichter für Kathodenstrahlröhren mit
einem einen Trichterkörper bildenden Trichterbereich, mit einem an dessen Spitze angeformten
Parabelbereich und mit einem Trichterhals, der am Parabelbereich angebracht ist, wobei
der Parabelbereich in mindestens einem Teilabschnitt zwischen den Anschlußstellen
zum Trichterhals und zum Trichterkörper einen rechteckigen, im übrigen einen im wesentlichen
runden Querschnitt aufweist, und die Innenkontur der Wandung des rechteckigen Parabel-Abschnittes
an allen vier Seiten nach innen gewölbt ist, gemäß der Erfindung dadurch, daß auch
die Außenkontur der Wandung des rechteckigen Parabel-Abschnittes an allen vier Seiten,
der Innenkontur unter Bildung einer allseitigen doppelkonkaven Struktur der Wandung
im wesentlichen parallel beabstandet folgend, nach innen gewölbt ist.
[0018] Durch die erfindungsgemäße doppelkonkave Querschnitt-Konfiguration ergibt sich ein
sehr geringer Abstand zwischen Ablenkspulen-Einheit und Elektronenstrahl und damit
eine signifikant minimierte Ablenkenergie. Ferner bewirkt die vorstehende Konfiguration,
daß die Wandstärken sich nicht wesentlich ändern, was Vorteile hinsichtlich der Spannungsverteilungen
und der Fertigung bedingt.
[0019] Die vorgenannte US-A-5,929,559 zeigt zwar auch zwei Ausführungsformen, bei denen
entweder die Außenkontur parallel zur kleinen Achse oder parallel zur großen Achse
nach innen gewölbt sein kann. Dabei folgt jedoch in diesen Bereichen die Außenkontur
nicht der zugehörigen Innenkontur im parallelen Abstand, da die Krümmung der Außenkontur
jeweils deutlich kleiner als diejenige der Innenkontur ist. Dadurch entstehen wieder
in den Seitenbereichen des rechteckigen Parabel-Abschnittes relativ große Wandstärken
mit Maximas in der Mitte der Seitenbereiche, wodurch einmal die Minimierung des Abstandes
zwischen der Ablenkspulen-Einheit und dem vom Elektronenstrahl überstrichenen Bereich
begrenzt ist und zum anderen die beschriebenen Nachteile hinsichtlich der Spannungsverteilungen
und der Fertigung letztlich bestehen bleiben.
[0020] Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und werden auch
in der Figurenbeschreibung dargestellt.
[0021] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der in der Patentzeichnung dargestellten
Figuren erläutert.
[0022] Hierbei zeigt:
- Figur 1
- einen Querschnitt durch den rechteckigen Bereich des Parabelbereiches eines Trichters
nach Fig. 2 mit einer doppelkonkaven Konfiguration nach der Erfindung,
- Figur 2
- einen Längsschnitt durch einen halben Glastrichter mit Bildschirm,
- Figur 3
- einen Querschnitt durch einen herkömmlichen Parabelbereich mit rundem Querschnitt,
und
- Figur 4
- einen Querschnitt durch einen Parabelbereich mit rechteckigem Querschnitt nach dem
Stand der Technik.
[0023] In Figur 2 ist die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen Glas-Trichter 1,
der mit einem Bildschirm 5 durch Löten verbunden ist, gezeigt. Der Glas-Trichter 1
besteht aus einem Trichterhals 2, einem Parabelbereich 3 sowie einem Trichterkörper
4. Im Trichterhals 2 ist eine nicht dargestellte Elektronenkanone angeordnet. Um den
Parabelbereich 3 ist in üblicher Weise eine Ablenkspule 8 angeordnet. Der Trichterhals
2 ist durchgehend zylindrisch ausgebildet und als separat hergestelltes Teil an einem
Ende des Parabelbereiches angeschmolzen. Der Parabelbereich 3 weist im Übergang zum
Trichterhals 2 sowie im einstückigen Übergang zum Trichterkörper 4 eine kreisförmige
Querschnittsfläche auf und besitzt dazwischen eine rechteckige Querschnittsfläche,
die kontinuierlich anwächst und deren Diagonale kontinuierlich länger wird. Der Trichterkörper
4 weist im Übergang zum Parabelbereich 3 eine kreisförmige Querschnittsfläche auf,
die aber zum Bildschirm hin rechteckig wird und kontinuierlich anwächst. Dabei entspricht
das Seitenverhältnis des rechteckigen Querschnitts des Parabelbereichs dem Seitenverhältnis
des rechteckigen Querschnitts des Trichterkörpers an dessen dem Parabelbereich entgegengesetzten
Ende. Außerdem ist in Figur 2 der Bereich 6 dargestellt, den der Elektronenstrahl
bei maximaler Ablenkung um den Winkel α abdeckt, sowie der Bereich 7, der dabei von
dem Elektronenstrahl nicht abgedeckt wird.
[0024] Der Schnitt durch den Parabelbereich 3 entlang der Linie I-I der Fig. 2 ist in Figur
4 dargestellt. Man sieht, daß bei einem Parabelbereich 3c mit rechteckigem Querschnitt
der Bereich 7, der vom Elektronenstrahl nicht abgedeckt wird, bedeutend geringer ist.
Die Umwandung des Parabelbereiches 3c mit rechteckigem Querschnitt bildet quasi die
Umrandung des Bereiches 6, der vom Elektronenstrahl abgedeckt wird. Dies bedeutet,
daß die Ablenkspule 8 in nächster Nähe zum Elektronenstrahl angeordnet werden kann
und der Elektronenstrahl schon mit einem Magnetfeld geringerer Energie hinreichend
abgelenkt werden kann.
[0025] In Figur 3 ist der zu Figur 4 entsprechende Querschnitt durch einen herkömmlichen
Parabelbereich mit durchgehend rundem Querschnitt 3 b dargestellt. Der vom Elektronenstrahl
nicht abgedeckte Bereich 7 macht nun einen großen Teil der Gesamtquerschnittsfläche
aus. Nur in den Ecken des vom Elektronenstrahl abgedeckten Bereiches 6 ist der Abstand
zwischen Elektronenstrahl und Ablenkspule ideal klein.
[0026] Die Erfindung baut auf dem bekannten Bildschirm mit einem rechteckigen Parabelteil
gemäß Fig. 4 auf. Hauptanliegen der Erfindung ist es, die erforderliche Ablenkenergie
zu minimieren, um dadurch Kosten zu sparen und dem Umweltschutz gerecht zu werden.
Ausgangspunkt der Erfindung war die Erkenntnis, daß der Querschnitt der vom Elektronenstrahl
überstrichenen Fläche 6 im Bereich der Ablenk-Spule 8 nicht exakt rechteckig ist,
sondern konkav geformt ist.
Erst wenn der Elektronenstrahl den Einfluß der Ablenkspule verläßt, ändert der Elektronenstrahlquerschnitt
seine Form, bis er schließlich, beim Auftreffen auf dem Schirm, einen rechteckigen
Querschnitt hat.
[0027] Wie die Fig. 4 zeigt, ist es bekannt, daß die Innenkontur 3 d des rechteckigen Parabelabschnittes
zum vom Elektronenstrahl überstrichenen Bereich 6 hin gewölbt ist, d.h. von außen
gesehen eine konkave Kontur besitzt. Die Außenkontur 3 e der Parabel verläuft dagegen
linear. Durch die dabei entstehende relativ große Wandstärke ist die Minimierung des
Abstandes zwischen der Ablenkspule 8 und dem vom Elektronenstrahl 6 überstrichenen
Bereich begrenzt. Dieser Abstand kann noch weiter minimiert werden, wenn, wie in Fig.
1 dargestellt, auch die Außenkontur 3 e der Parabel nach innen gewölbt ist, d.h. von
außen gesehen ebenfalls eine konkave Kontur besitzt. Es entsteht dadurch ein doppelkonkaver
Querschnitt.
[0028] Die konkav geformte Außenkontur 3 e, welche der Innenkontur 3 d im wesentlichen parallel
beabstandet folgt, hat den Vorteil, einen nicht stark veränderten Abstand von der
Innenkontur zu haben, so daß die Wandstärken nicht wesentlich variieren.
Nahezu gleiche Wandstärken bedeuten mit Vorteil gleichmäßigere Abkühlung im Parabelbereich
und damit günstigere Spannungsverteilungen im Glas.
Ferner kann die Kühlraumauslegung der Werkzeuge aufgrund der nahezu gleichbleibenden
Wandstärke einfacher ausgelegt werden. Komplizierte Konturen im Werkzeug, die immer
dann benötigt werden, wenn die Wanddicken stark unterschiedlich sind, entfallen hier.
Darüber hinaus ergibt sich der wesentliche Vorteil des noch geringeren Abstandes zwischen
Ablenkspule und Elektronenstrahl. Durch diesen geringen Abstand kann die Energie,
die zur Ablenkung des Elektronenstrahls benötigt wird, noch mehr als im bekannten
Fall nach Fig. 4 reduziert werden.
[0029] Die Erfindung umfaßt daher letztlich einen Trichter für eine Kathodenstrahlröhre,
dessen Parabel an den konkav geformten Elektronenstrahl optimal angepaßt ist.
[0030] Der doppelkonkave Querschnitt kann sich vollständig vom Parabelansatz am Trichterkörper
4 bis hin zum Parabelende am Ansatz des Trichterhalses 2 erstrecken. Er kann aber
auch nur teilweise doppekonkav ausgebildet sein, sollte sich jedoch mindestens auf
50 % der Parabelhöhe erstrecken. Das Aussehen des Querschnitts gemäß Fig. 1 ändert
sich dabei über die Parabelhöhe nicht wesentlich.
[0031] Untersuchungen bezüglich des Festigkeitseinflusses der doppelkonkaven Parabel durch
die Finite-Elemente-Analyse zeigten, daß die Festigkeit bei nicht zu starker 3-Radien-Kontur
nicht nachhaltig beeinträchtigt wird. Die Diagonale stellt sich als eine Art Versteifungsrippe
dar, die auf die Stabilität der Parabel großen Einfluß hat. Ist die 3-Radienkontur
zu stark ausgeprägt, gibt es einen starken Spannungsbereich, der aber durch eine weichere
3-Radien-Kontur ausgeglichen werden kann.
[0032] Die für die Ausbildung des Parabelabschnittes 3 maßgebenden Größen sind in der Fig.
1 eingetragen. Dabei bedeuten:
RA |
Außenradius |
Große Achse |
RB |
Innenradius |
Große Achse |
Rc |
Außenradius |
Kleine Achse |
RD |
Innenradius |
Kleine Achse |
RE |
Außenradius |
Diagonale |
RF |
Innenradius |
Diagonale |
DK |
Wanddicke |
Kleine Achse |
DG |
Wanddicke |
Große Achse |
DD |
Diagonale |
|
[0033] Für die Wanddicken gilt dabei die Beziehung D
K ≤ D
D ≤ D
G, d.h. die Diagonalenwandstärke soll bei dem erfindungsgemäßen Parabelteil größer/gleich
sein als bei der kleinen Achse und kleiner/gleich sein als bei der großen Achse. Die
Diagonalenwandstärke ist dabei die Wandstärke in den Ecken des Rechteckes, die kleine
Achse verläuft entlang der Schmalseite und die große Achse entlang der Längsseite
des Rechteckes. Dabei ist bevorzugt die Wandstärke D
K im Längsseitenbereich des Rechteckes kleiner als die Wandstärke D
G im Schmalseitenbereich.
[0034] Die Einstichpunkte der Radien R
A, R
B, R
C, R
D sollen sich außerhalb des Parabelquerschnittes liegen. Damit ist eine konkave Außenform
gewährleistet.
[0035] Die Einstichpunkte der Radien R
E und R
F sollen innerhalb des Parabelquerschnittes liegen. Damit ist eine konkave Innenkontur
gewährleistet.
[0036] Bei einem Trichtertyp 76 FW mit einem Diagonalmaß von 811,6 mm ergeben sich dabei
nachstehende Parabelmaße:
DK |
4,98 mm |
DD |
5,20 mm |
DG |
5,68 mm |
RA |
70 mm |
RB |
223 mm |
RC |
257 mm |
RD |
140 mm |
RE |
10 mm |
RF |
8,5 mm |
[0037] Das Außenmaß in der Diagonalen beträgt 43,3 mm.
1. Trichter (1) für Kathodenstrahlröhren, mit einem einen Trichterkörper bildenden Trichterbereich
(4), mit einem an dessen Spitze angeformten Parabelbereich (3) und mit einem Trichterhals
(2), der am Parabelbereich angebracht ist, wobei der Parabelbereich (3) in mindestens
einem Teilabschnitt zwischen den Anschlußstellen zum Trichterhals (2) und zum Trichterkörper
(4) einen rechteckigen, im übrigen einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweist,
und die Innenkontur (3 d) der Wandung des rechteckigen Parabel-Abschnittes an allen
vier Seiten nach innen gewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Außenkontur (3 e) der Wandung des rechteckigen Parabel-Abschnittes an allen
vier Seiten, der Innenkontur unter Bildung einer allseitigen doppelkonkaven Struktur
der Wandung im wesentlichen parallel beabstandet folgend, nach innen gewölbt ist.
2. Trichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wölbungsradius der Innenkontur mit dem Wölbungsradius der Außenkontur so aufeinander
abgestimmt ist, daß die Wandstärke des rechteckigen Parabel-Abschnittes in den Seitenbereichen
im wesentlichen gleich ist.
3. Trichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (DK) im Längsseitenbereich kleiner ist als die Wandstärke (DG) im Schmalseitenbereich des Rechteckes.
4. Trichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die doppelkonkave Struktur der Wandung sich auf mindestens 50 % des Parabelbereiches
erstreckt.
5. Trichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelkonkave Struktur der Wandung sich vollständig vom Parabelansatz am Trichterkörper
(4) bis hin zum Ansatz des Trichterhalses (2) am Parabelbereich (3) erstreckt.
6. Trichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Parabelbereich so geformt ist, daß die Diagonalenwandstärke größer/gleich als
die Wandstärke bei der kleinen Achse und kleiner/gleich ist als die Wandstärke bei
der großen Achse ist.
7. Trichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Parabelbereich (3) sowohl zum Trichterkörper (4) als auch zum Trichterhals (2)
hin einen im wesentlichen runden Anschlußquerschnitt besitzt.