DE1639463B2 - Elektronenquelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ei-ie Elektronenquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die in erster Linie als Elektronenstrahlerzeuger vor Kathodenstrahlröhren, z. B. Fernseh-Bildröhren, dienen kann.

Eine derartige Elektronenquelle ist aus der japanischen Gebrauchmusterschrift SHO 4 06 662 bekannt. Ziel der Erfindung ist es, eine Elektronenquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß das Heizelement auch bei Stoßen und Erwärmung seine Lage nicht verändert.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das langgestreckte Heizelement aus einer Ni-Mo-F~-Legierung, die durch eine besonders hohe Bruchfestigkeit und Haltbarkeit bei Langzeitanwendung ausgezeichnet ist, und die weiter einen verhältnismäßig niedrigen spezifischen Widerstand zur Verringerung des Leistungsbedarfs und einen verhältnismäßig niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert; es stellen dar

Fig. 1 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Elektronenquelle;

F i g. 2 eine Untersicht unter den in F i g. 1 gezeichneten Gegenstand;

Fig. 3 eine Ansicht eines längs der Linie IH-III in Fig. 1 geführten Schnitts, wobei die Elektronenquelle nach dtn Fig. 1 und 2 in einen Käfig eingebaut gezeigt wird;

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht in größerem Maßstab zur Verdeutlichung der Anbringung des Heizelements in der Elektronenquelle;

F i g. 5 ein Schnittbild eines Details zur Illustration des Verbindens eines Heizelements mit den Halterungsfedern in einer Elektronenheizquelle;

Fig.6 eine Kurvendarstellung des Zusammenhangs zwischen der Zugbeanspruchung eines Heizelements und der Zeit bis zum Bruch unter hoher Temperatur für ein Heizelement aus einer Ni-Mo-Fe-Legierung und für ein anderes Heizelement bisher üblicher Materialzusammensetzung.

Die F i g. 1,2 und 3 lassen erkennen, daß die insgesamt mit 1 bezeichnete Elektronenquelle zusammengebaut ist mit einem Metallkäfig 2, welcher aus einer Abschlußwand 2a mit Mittelöffnung 3 und einer Seitenwand 26 besteht, die sich rechtwinklig vom Rande der Abschlußwand 2a aus erstreckt (F i g. 3).

Die eigentliche Elektronenquelle 1 weist ein Isolierteil 4 auf, das aus einem Keramikwerkstoff hergestellt sein kann und auf dem, wie später im einzelnen beschrieben wird, ein langgestrecktes bandförmiges Heizelement 7 angeordnet ist, das zwischen seinen Endabschnitten eine Glühelektronenquelle 5 trägt, welche aus einer metallischen Unterlage oder Metallscheibe 6 besteht, die von bei Erhitzung emittierenden Oxydschichten bedeckt ist und einen Durchmesser hat, der wesentlich größer als der Durchmesser der öffnung 3 in der Käfigwand ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Isolierteil 4 allgemein ebene Ober- und Unterseiten 4a

und 4b sowie Seitenwände auf, die aus Zylinder-Teilflächen 8 bestehen, die konzentrisch zum Isolierteilzentrum liegen, und aus sehnenartig geradlinigen, parallelen Flächen 9, die die Enden der Flächen 8 miteinander verbinden; die Flächen 8 und 9 liegen senkrecht zu den Flächen 4a und 4b. Das Isolierteil 4 paßt genau zwischen die Seitenwände 2b des Käfigs 2, wobei wenigstens die Wandflächen 8 des Isolierteils die Innenseite der Seitenwände 2b berühren, so daß die Seiten 4a und 4b des Isolierteils parallel zur Abschlußwand 2a des Käfigs liegen. Die Seitenwand 2b des Käfigs kann Zylinderfcrm haben und einen Innendurchmesser besitzen, der dem Durchmesser der Zylinder-Teilfläche 8 des Isolierteils gleich kommt, oder die Seitenwand 2b kann auch so ausgebildet sein, daß sie sowohl der Gestalt der Seitenflächen 9 des Isolierteils wie dessen Zylinderteilflächen 8 entspricht.

Jn dem Isolierteil 4 ist eine Mittelöwnung 10 vorgesehen, die senkrecht zu den Seiten 4a und 4b durch das Isolierteil hindurchführt und deren Durchmesser wesentlich größer ist als der der Unterlage der Emissionsquelle 5. Ein Sützring H ragt rechtwinklig aus der Fläche 4a heraus und umgibt die öffnung 10; die Stützringfläche Ha, deren Ebene parallel zur Ebene der Fläche 4a verläuft, bildet eine Abstützunterlage für das Heizelement 7, das an diametral einander gegenüberliegenden Stellen der Stützleiste 11 aufliegt. Außerhalb des Stützringes 11 ragen noch kreisringförmige Ränder oder Flansche 12 aus der Fläche 4a des Isolierteils hervor, zum Beispiel längs der Zylinder-Teilfläche 8. Diese Ringflanschen 12 können, wie in Fig. 3 dargestellt, die gleiche Höhe besitzen wie die Stützleiste 11.

Zur Anbringung des Heizlementes 7 an dem Isolierteil 4 sind bei der Elektronenquelle 1 ferner zwei Blattfedern 13 und 14 vorgesehen, die gebogen ausgeführt sein können (vgl. Zeichnung) und die oberhalb der Fläche 4a in den Zwischenräumen zwischen der Stützleiste H und den Flanschen 12 untergebracht sind. Die Enden i3a und 14a der Blattfedern 13 und 14 sind durch Schweißen oder auf andere Weise mit den Enden 15a und 16a von Leitungsoder Anschlußklemmstiften 15 und 16 verbunden, die senkrecht zu den Flächen 4a und 3b durch das Isolierteil 4 reichen und an ihm befestigt sind. Die anderen (freien) Enden 13b bzw. 14b der Blattfedern 13 bzw. 14 sind durch Schweißen oder auf andere Weise mit den Enden 7a bzw. 7b des Heizelementes 7 verbunden, die über die Stützleiste 11 hinausragen, wodurch nun das Heizelement 7 an den Federn 13 und 14 angebracht r.t und auf einer Durchmesserlinie die Stützleiste 11 überspannt.

Wie insbesondere aus F i g. 3 zu entnehmen, sind die Federenden 13b und 14b. die mit den Enden des Heizelements 7 verbunden sind, vorzugsweise aus der Ebene der Randfläche Wa der Stützleiste 11 herausgerückt in einer Richtung, die derjenigen entgegengesetzt ist, in die die Stützleiste 11 blickt, das heißt in Richtung auf die Fläche 4a des Isolierteils 4 hin, so daß, wie in Fig.3 dargestellt, die mit den Federn verbundenen Enden des Heizelements unterhalb des mittleren oder Hauptabschnitts der Längsausdehnung des Heizelements 7, das die Leiste 11 diametral überspannt, angeordnet sind.

Die Blattfeder 13 ist federnd in Richtungen verbiegbar, die allgemein parallel zur Ebene der Leistenfläche lla liegen, während die Blattfeder 14 in diesen Richtungen praktisch unverbiegbar ist, womit die Feder 13 in der Lage ist, das längliche Heizelement 7 in Längsrichtung zu spannen. Die Blattfeder 14 ist federnd in Richtungen verbiegbar, die senkrecht zur Ebene der Leistenfläche lla verlaufen, während die Feder 13 praktisch unverbiegbar in diesen senkrecht zur Leistenflächenebene verlaufenden Richtungen ist; dadurch drückt die Feder 14 das in Längsrichtung gespannte Heizelement 7 gegen die Leistenoberkante Ha an den diametral einander gegenüberliegenden Stellen, an denen das Heizelement die Leiste überspannt. Die genannten Eigenschaften der Federn 13 bzw. 14 lassen sich leicht dadurch erreichen, daß die Anordnung der Federn so getroffen wird, daß die Hauptachsen ihrer Rechteck-Querschnitte senkrecht bzw. parallel zur Ebene der Leistenfläche H a verlaufen. Die Stifte 15 und 16, die die Federn 13 und 14 tragen, sind vorzugsweise symmetrisch an einander gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse O-O (Fig. 3) des Isolierteils 4 angeordnet, und die Federn 13 und 14 sind so dimensioniert und angeordnet, daß sie in entsprechender Weise die Enden 7a und 7b des Heizelements symmetrisch an einander gegenüberliegenden Seiten dieser Achse O-Ohalten.

Um das Anschweißen der Federn 13 und 14 an die Stifte 15 und 16 und die Enden 7a und Tb des Heizelements zu erleichtern, sind die Endstücke der gebogenen Flansche 12 in der Nachbarschaft der Stifte 15 und 16 weggeschnitten oder eingekerbt, wie bei 29 in F i g. 1 angedeutet, und das Isolierteil 4 weist Bohrungen 17 auf, die senkrecht zur Fläche 4a durch das Isolierteil hindurchführen und die Fläche 4a so durchsetzen, daß sie mit den Enden 13b und 14b der Federn fluchten.

Beim Zusammenbau der verschiedenen Bauelemente der Elektronenquelle 1 wird ein am Ende 13a der Feder 13 angebrachter Ansatz 21 auf das Ende 15a des Stifts 15 gelegt und darauf durch Punktschweißung befestigt, indem zu diesem Punktschweißvorgang der Stift 15 selbst und eine (nicht gezeichnete) Elektrode benutzt werden, die von oben gegen den Ansatz 21 gehalten wird. Das Ende 13a der Feder 13 kann ferner an die Seite des Endstücks 15a des Stifts 15 geschweißt werden, indem noch einmal der Stift 15 als eine Schweißelektrode benutzt wird, während die andere Elektrode seitwärts durch den benachbart liegenden Ausschnitt 29 in dem Randstück 12 geführt und seitlich gegen die Außenfläche des Federendes 13a gedrückt wird. In entsprechender Weise wird das Ende 14a der Feder 14 auf das Endstück 16 des Stifts 16 punktgeschweißt, indem der Stift als die eine Schweißelektrode benutzt wird, während die andere Elektrode von oben gegen das Federende 14a gefünrt wird.

Nachdem auf diese Weise die Federn 13 und 14 an den Stiften 15 und 16 angebracht sind, wird das Heizelement 7 so über den Stützring 11 gelegt, daß seine Enden 7a bzw. 7b auf einem von dem Ende 13b der Feder 13 ausgehenden Ansatz 18 bzw. auf dem Ende 14b der Feder 14 aufliegen. Dann wird, wie in Fig. 5 genauer dargestellt, eine Schweißelektrode 19 nach oben durch die Bohrung 17 des Isolierteils 14 geführt, die mit dem Federende 13b fluchtet, wodurch die Spitze 19a dieser Schweißeleketrode mit der Unterseite des Ansatzes 18 in Berührung kommt. Eine zweite Elektrode 20 wird von oben nach unten geführt, so daß ihre Spitze 20a das Ende 7a des Heizelements berührt; dann wird ein pulsierender Strom auf die Elektroden 19 und 20 von einer geeigneten Stromquelle aus gegeben, um das Ende 7a auf den Ansatz 18 der Feder 13 punktzuschweiben. Anschließend wird in entsprechender Weise das Ende 7b des Heizelements auf das Federende 14b punktge-

schweißt, wobei eine der dafür verwendeten Elektroden durch diejenige Bohrung 17 in dem Isolierteil geführt wird, die mit dem Federende 14b fluchtet.

Das Heizelement 7 der Elektronenquelle besteht vorzugsweise aus einer Ni-Mo-Fe-Legierung, die die Legierungsanteile in folgenden prozentischen Gewichtsmengen enthält: Eisen zwischen 4 und 6%, Molybdän zwischen 25 und 30%, Nickel zu 100%. Eine besonders geeignete Legierung für das Heizelement 7 besteht aus 5 Gewichtsprozent Eisen, 28 Gewichtspro- ι zent Molybdän und 67 Gewichtsprozent Nickel. Wenn diese Legierung zur Herstellung des Heizelements 7 benutzt wird, sorgt der Nickelgehalt für die Verformbarkeit, der Molybdängehalt für die erforderliche Härte, und der Molybdän- und Eisengehalt bestimmen den ι spezifischen Widerstand des Heizelements. Das aus der angegebenen Legierung hergestellte Heizelement 7 ist gekennzeichnet durch eine relativ hohe Bruchfestigkeit und Dauerhaftigkeit, wenn es längere Zeit hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt ist, wobei diese Legierung noch leicht zu behandeln ist, um dem Heizelement seine langgestreckte, bandartige Gestalt zu geben. Darüber hinaus hat das aus dieser Legierung hergestellte Heizelement 7 einen relativ niedrigen spezifischen Widerstand und verringert damit den Leistungsbedarf der Elektronenquelle. Schließlich ist auch der Wärmeausdehnungskoeffizient der angegebenen Legierung relativ klein, so daß die Lagestabilität des daraus hergestellten Heizelements 7 leicht durch die Wirkung der Federn 13 und 14 erreicht werden kann.

Es ist bisher üblich gewesen, ein Heizelement für eine Elektronenquelle aus einer Chromnickellegierung herzustellen. Aus Fig.6 ergibt sich aber, daß die Lebensdauer, das heißt, die Zeit bis zum Bruch, bei einem Heizelement aus Chromnickellegierung, wenn es unterschiedlichen Zugbeanspruchungen unterworfen wird, gemäß Kurve 22 ganz wesentlich geringer ist als die Lebensdauer eines Heizelements aus der oben angegebenen Ni-Mo-Fe-Legierung (Kurve 23). Die Kurven 22 und 23 beziehen sich auf Untersuchungen, die bei einer Temperatur von etwa 720° C in Luft angestellt worden sind. Somit hat ein Heizelement aus der Ni-Mo-Fe-Legierung eine sehr viel längere Nutzungsdauer als ein Heizelement aus der Chromnickellegierung. Außerdem beträgt der Wärmedehnungskoeffizient der Chromnickellegierung 19,0- 10^e cm/°C, derjenige der Ni-Mo-Fe-Legierung nur 14,6· 10⁶ cm/°C.

Ferner ist festzuhalten, daß die Legierungstemperatur bei der Ni-Mo-Fe-Legierung etwa 135O⁰C beträgt, und diese Legierung ist gut löslich und hat einen hohen Energiebedarf für die Verbindung ihrer Bestandteile, so daß die angegebene Legierung bei der Benutzung stabil ist im Temperaturbereich zwischen 700 und 800° C, der als normaler Temperaturbereich für das Heizelement 7 anzusehen ist. Andererseits besteht bei einem Heizelement aus Chromnickellegierung immer die Gefahr, daß der Chromanteil der Legierung bei derarartigen Betriebstemperaturen des Heizelements austritt.

Da die Federn 13 und 14 in der Elektronenquelle 1 dazu dienen, das Heizelement 7 in Längsrichtung zu spannen und gleichzeitig das Heizelement gegen die Leistenfläche 11 a zu drücken, gewährleisten die federnd nachgiebigen Kräfte, die von den Federn auf das Heizelement 7 ausgeübt werden, daß dieses immer gespannt und gegen die Leistenfläche 11 a gelehnt bleibt, auch wenn das Heizelement eine Wärmeausdehnung erfährt oder von außen kommenden Erschütterungen und Vibrationen ausgesetzt ist. Da, wie gesagt, das Heizelement 7 immer in einer vorgegebenen Stellung gegenüber der Fläche 11a der Leiste 11 steht, bleibt die vorgegebene Distanz D zwischen der elektronenemittierenden Oberfläche 5 und der Mittelöffnung 3 des Käfigs 2 unveränderlich, wodurch die Elektronenquelle stabile Kennlinien- und gleichmäßige Einsatzspannungs-Verhältnisse erhält.

Außerdem ist in der Elektronenquelle das Heizelement bandförmig gestaltet und hat somit eine einfache,

. leicht herzustellende Gestalt. Die geringe Wärmekapazität eines derartigen Heizelements führt zu einer Elektronenquelle, die mit geringem Leistungsbedarf und hohem Wirkungsgrad arbeitet und deren Betriebsbereitschaft nach kurzer Anheizzeit erreicht ist.

' Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann das Isolierteil 4 eine kreisförmige Berandung erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronenquelle mit einem Isoliermittel mit einer aus der Oberseite des Isolierteiles Iu tretenden Stützleiste, die einander gegenübers· ende, in einem Abstand voneinander mit ihren Oberkanten in einer gemeinsamen Ebene liegende Abschnitte aufweist, mit einem länglichen Heizelement, das im wesentlichen in der Mitte eine Emissionsquelle trägt, das sich über den zwischen den einander gegenüberstehenden Abschnitten der Stützleiste vorhandenen Abstand hinweg erstreckt, dessen Enden bis über die Stützleiste hinausragen und das mit zwei Federn, deren jeweils eines Ende an dem Isolierteil angebracht ist und deren jeweils anderes Ende mit dem jeweils zugehörigen Ende des länglichen Heizelementes verbunden ist, über die Oberkanten der einander gegenüberstehenden Abschnitte der Stützleiste gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Federn Blattfedern (13, 14) sind, von denen die Ebene der einen Blattfeder (13) im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Ebene (Wa) der Stützleistenoberkanten und die Ebene der anderen Blattfeder (14) im wesentlichen parallel zur gemeinsamen Ebene (lla^liegt.

2. Elektronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Heizelement verbundene Ende (13b, 14t; der Blattfedern (13, 14) zum Heizelement hin verlängert ist und daß die diametral einander gegenüberliegenden Enden (7a, Tb) des länglichen Heizelementes (7) aus der gemeinsamen Ebene (Wa) in Richtung der Fläche (4a^des Isolierteiles (4) abgebogen sind.

3. Elektronenquelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (7) aus einer Nickel-Molybdän-Eisenlegierung besteht.

4. Elektronenquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Legierung 4 bis 6 Gew.-% Eisen, 25 bis 30Gew.-% Molybdän und den Rest Nickel enthält.

5. Elektronenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierteil (4) Bohrungen (17) aufweist, die durch das Isolierteil (4) hindurchgehen und mit den mit dem Heizelement verbundenen Enden (136, 146; der Blattfedern (13, 14) fluchten, so daß die Verbindung dieser Enden (136, 146; mit dem jeweiligen Ende (7a, Tb) des Heizelementes (7) durch Punktschweißen mittels Elektroden (19, 20) durchgeführt werden kann, von denen die eine Elektrode (19) durch die Bohrung (17) hindurchgeht, die zu dem betreffenden Ende (136, 146;der jeweiligen Blattfeder (13,14) fluchtet.

6. Verfahren zum Zusammensetzen einer Elektronenquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (7) gegen die Stützleiste (11) derart ausgerichtet gehalten wird, daß die Enden (7a, Tb) des Heizelementes (7) zum Übereinanderliegen mit den entsprechenden Enden (136, 146; der Blattfedern (13, 14), mit denen diese Enden (7a, Tb) des Heizelementes (7) zu verbinden sind, kommen und dadurch, daß die jeweiligen aufeinanderliegenden Enden (7a, 136; 76, 146; des Heizelementes (7) und der Blattfedern (13, 14) zwischen ein Paar Schweißelektroden (19, 20) gebracht werden, von denen die eine Elektrode (19) durch die Bohrung (17) des Isolierteiles (4) geführt wird und das Punktschweißen der aufeinanderliegenden Enden (7a, 136; 76, 146; mittels des den Elektroden (19, 20) zugeführten Impulsstromes durchgeführt wird.