Elektronenstrahl-Erzeugungssystem für Kathodenmehrstrahlröhren

Abstract

 Die Elektroden (1-4) eines Elektronenkanonen- Systems einer Farbbildröhre werden mit zunehmender Entfernung von der Kathode des Systems weniger erwärmt. Die Materialien der Elektroden werden nun so in Bezug auf ihre Ausdehnungskoeffizienten ausgewählt, daß es trotz der unterschiedlichen Temperaturen zu keinen mechanischen Spannungen im Systemaufbau kommt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Elektronenstrahl-Erzeugungssysteme für Kathodenstrahlröhren, die im folgenden kurz Systeme genannt werden.

[0002] Dadurch, daß die Elektroden solcher Systeme auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt werden, entstehen Spannungen im System, die starken Einfluß z.B. auf den Kathodenstrom oder auf die Konvergenzeigenschaften der Röhre ausüben. In der älteren deutschen Patentanmeldung P 28 33 987.9 wurde von dieser Problematik ausgehend darauf hingewiesen, daß es zweckmäßig sei, die Spannungen dadurch zu verringern, daß die Wärmeausdehnung der Bauteile der einzelnen Gitterebenen verringert und annähernd gleich groß gemacht wird.

[0003] Besonders für den Wehnelttopf und dessen Halterungen wird dort vorgeschlagen, einen Werkstoff mit sehr geringer Wärmeausdehnung zu verwenden. Dabei ist zu beachten, daß der Werkstoff bei der Betriebstemperatur des Wehnelttopfes nicht magnetisch sein darf.

[0004] Es hat sich herausgestellt, daß es sehr schwierig ist, die Ausdehnung der Bauteile der Gitterebenen zu verringern, sowie annähernd gleich groß zu machen und dabei zusätzlich noch die Bedingung der Magnetismusfreiheit zu erfüllen. Handelübliche Legierungen mit geringer Wärmeausdehnung sind aber fast alle bei den Betriebstemperaturen der Elektroden noch magnetisch.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein gattungsgemäßes H.Reule-H.Gänzle-H.H.Vogel 4-3-4

[0006] System so auszugestalten, daß keine mechanischen Spannungen aufgrund der Wärmeausdehnung auftreten, ohne daß die Bedingung sehr geringer Wärmeausdehnung eingehalten werden muß.

[0007] Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegeben. Für diese Lösung ist die Bedingung einer sehr geringen Wärmeausdehnung des verwendeten Werkstoffes nicht mehr erforderlich. Die Zahl der verwendbaren Werkstoffe erhöht sich dadurch erheblich. Besonders vorteilhaft sind Ausführungen, bei denen die Werkstoffe aller Elektroden bzw. ihrer Halterungen bei der Betriebstemperatur der einzelnen Elektroden unmagnetisch sind.

[0008] Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Beispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Längs-Schnitt durch ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem

Fig. 2: Ausdehnung der verschiedenen Elektrodenebenen bei einem bekannten System.

Fig. 3: Ausdehnung der verschiedenen Elektrodenebenen bei einem erfindungsgemäßen System

Fig. 4: Kathodenstrom bei aus verschiedenen Materialien auf- ^a-c gebauten Elektronenstrahl-Erzeugungssystemen

a) Alle Elektroden aus demselben Material nach Stand der Technik

b) Wehnelttopf aus Fe Ni 36 nach P 28 33 987.9

c) Erfindungsgemäßer Aufbau

H.Reule-H.Gänzle-H.H.Vogel 4-3-4

[0009] In Figur 1 ist ein Längs-Schnitt durch ein System in Inline-Technik mit drei nebeneinander angeordneten Elektronenstrahlerzeugungssystemendargestellt, deren Elektroden in vier Ebenen,

[0010] E1 bis E₄, liegen. Hierbei ist zu bemerken, daß die Schnittfläche so gewählt ist, daß Glasstäbe und Halleelmente der Elektroden mit geschnitten wurden. Dies ist aus Figur 1 ersichtlich. Die Elektroden 1 bis 4 sind entweder direkt oder über Halterungsteile 5 in die Glasstäbe 6 eingeschmolzen. In jeder Elektrodenebene sind drei Durchtrittplöcher 7 für die Elektronenstrahlen angebracht. In Figur 1 liegen diese Löcher senkrecht zur Schnittebene nebeneinander,

[0011] so daß nur die mittlere zu sehen ist.

[0012] Der gegenseitige Abstand der Löcher beträgt 6,6 mm.

[0013] Im Betrieb erwärmen sich die Elektroden auf verschiedene Temperaturen. Für die vier Ebenen ist dies in der Tabelle aufgeführt. Die Zeit t ist die Zeit nach Einschalten der Kathodenheizung.

[0014] Bei Erhöhung der Temperatur ändert sich der Lochabstand aufgrund der Wärmeausdehnung der Elektrodenwerkstoffe. In Figur 2 ist diese Lochabstandsänaerung für die drei Zeiten t = 4 min, 12 min, und im mit ∞ bezeichneten Endzustand in Bezug auf den Abstand Kathode zu jeweiliger Elektrodenebene aufgezeichnet. Es ist deutlich ersichtlich, daß das Verhältnis aus dem gegenseitigen Abstand zweier Elektrodenebenen und der Differenz der Wärmeausdehnung der Bauteile dieser beiden Elektrodenebenen im wesentlichen konstant
H.Heule-H.Gänzle-H.H.Vogel 4-3-4
ist. Daher kommt es zu starken mechanischen Spannungen im System. Diese Spannungen werden gemäß der Erfindung vermieden, wenn das angesprochene Verhältnis konstant bleibt, wie in Figur 3 dargestellt ist. In Figur 3 ist absichtlich kein Maßstab für die Lochabstandsänderung angegeben, um anzudeuten, daß die wesentliche Idee in der Wahrung des konstanten Verhältnisses als weniger in der Schaffung sehr kleiner Wärmeausdehnungen besteht.

[0015] Es ist zweckmäßig, die Elektroden zweier Ebenen aus demselben Werkstoff herzustellen, da dann weniger Werkstoffe ausgeprüft und auf Lager gehalten werden müssen, als wenn für jede Ebene der Elektrodenwerkstoff unterschiedlich ist.

[0016] Werte wie in Figur 2 dargestellt, werden bei Verwendung von x 4 Cr Ni 1813 erhalten. Die Verhältnisse der Figur 3, also die Erfüllung der Erfindungsaufgabe, werden bei Verwendung folgender Werkstoffe in guter Näherung erhalten:

Für die Elektrode 1: Fe Ni 36

Für die Elektrode 2: Ni Fe 48 Cr

Für die Elektroden 3 und 4: x 4 Cr Ni 1813

[0017] Bei Verwendung von Ni Fe 48 Cr 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 schwerwiegenden Fehlern bei der Elektronenabbildung auf dem Schirm führt. Bei Verwendung von 30% Ni 70% Fe mit einem Curiepunkt bei einer Temperatur im Bereich von 35-65°C werden Schwierigkeiten, wie sie bei anderen Elektrodenaufbauten wegen Ferromagnetismus auftreten können, vermieden. Beim Elektrodenaufbau nach Figur 1 sollen die Werkstoffe der Elektroden 3 und 4 schon nach kurzer Betriebsdauer den Curiepunkt überschreiten, damit Abbildungsfehler vermieden werden. Die Erfindung gilt dem bisherigen entsprechend selbstverständlich auf für andere Systemaufbauten als für den in Figur 1 dargestellten, also nicht nur für Inline-Systeme sondern z.B. auch für 4 - und Einstrahlsysteme.

[0018] Als empfindliches Nachweismittel für mechanische Spannungen im System hat sich der Kathodenstrom erwiesen. Dabei liegt an der Kathode eine Spannung von OV, an der Elektrode 1 liegen -100V. Die positive Spannung der Elektroden 2 und 3 wird so eingestellt, daß im stationären Zustand 100µA Kathodenstrom fließen. Nach dieser Einstellung läßt man das System abkühlen und mißt dann den Kathodenstrom nach erneutem Einsehalten.

[0019] Die Ergebnisse sind mit dem in Figur 1 dargestellten Systemaufbau genommen und sind in Figur 4 dargestellt. Bei der mit a bezeichneten Kurve bestehen alle Elektroden aus x 4 Cr Ni 1813. Der Kathodenstrom läuft mit einem starken Überschwinger auf 100µA ein. Die Kurve b wurde bei Systemen gemessen, bei denen die Elektrode 1 aus Fe Ni 36 gefertigt wurde. Der Kathodenstrom kriecht sehr langsam auf die 100µA zu. Bei einem erfindungsgemäßen System mit Elektrode 1 aus Fe Ni 36, Elektrode 2 aus Ni Fe 48 Cr und den Elektroden 3 und 4 aus x 4 Cr Ni 1813 wird der stationäre Zustand von 100µA ohne Überschwingen sehr schnell erreicht, wie in Kurve c gezeigt ist.

[0020] In einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem, dessen Elektrodenebenen-Werkstoffe erfindungsgemäß bezüglich Wärmeausdehnung H.Reule-H.Gänzle-H.H.Vogel 4-3-4

[0021] aufeinander abgestimmt sind, lassen sich aber auch Fehler, die auf einer gegenseitigen Verschiebung in Strahlrichtung liegender Durchtrittslöcher 7 beruhen, wie z.B. zeitliche Konvergenzfehler, gegenüber bekannten Aufbauten erheblich verringern.

Ansprüche

1) Elektronenstrahl-Erzeugungssystem für Kathodenstrahlröhren mit einer geheizten Kathode und mit mehreren in Ebenen mit vorgegebenem Abstand hintereinander angeordneten Elektroden, die während des Betriebes der Röhre auf unterschiedliche, zur Kathode hin zunehmende, jeweils gegebene Temperaturen erwärmt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß für jede Elektrodenebene das Verhältnis aus dem gegenseitigen Abstand zweier Elektrodenebenen und der Differenz der Wärmeausdehnung der Bauteile dieser beiden Elektrodenebenen im wesentlichen konstant ist.

2) Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, naß die Elektroden (1-4) und/oder zugeordnete Halteelemente (5) höchstens zweier Elektrodenebenen aus demselben Werkstoff bestehen.

3) Elektronenstrahl-Erzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe bei der Betriebstemperatur der einzelnen Elektroden unmagnetisch sind.

Zeichnung