Cupra-Röhren Teil IV, die Entwicklung der Gleichstromkathode

Veröffentlicht in Glasröhren in traditioneller Quetschfuß-Technik (REN904, AF7)

Anschließend an das vorangehende Kapitel über die Vorteile der neuen Bifilarkathode bei Wechselstromröhren sollen hier die verschiedenen Kathodenkonstruktionen bei Gleichstromröhren angeführt werden, die schließlich zur letzten Vervollkommnung, zum bifilaren SP-SP-GIühdraht, also zum doppelt spiralisierten Glühdraht, geführt haben.


Vor der Einführung der indirekten Röhrenheizung wurde für Gleichstromröhren ebenso wie bei Batterieröhren die direkte Heizung verwendet, die zwar konstruktionstechnisch keine besonderen Schwierigkeiten bot, aber für den Aufbau eines wirtschaftlichen und störungsfreien Netzempfängers so große Nachteile hatte, dass man diese Richtung endgültig fallen ließ und alle Gleichstromröhren mit indirekter Heizung ausführte. 

1. Ausführung :

Wie man der unten gebrachten Prinzipzeichnung entnehmen kann, wurde bei der ursprünglichen Ausführung von Gleichstromröhren in einer Nickelkathode c ein Isolierröhrchen b angeordnet; der Glühdraht a wurde als einfache, durchgehende Spirale über die gesamte Katodenlänge ausgeführt und mit einer isolierenden Oberschicht versehen (diese Schicht wurde in der Abbildung sowie in allen folgenden Abbildungen nicht eingezeichnet)

Die mikroskopische Aufnahme zeigt links den äußerst fein gewickelten Glühdraht und rechts das Isolierröhrchen; da bei dieser Konstruktion weder ein Halter für den Glühdraht noch eine bifilare Konstruktion verwendet wurde, ist der Durchmesser der auf derselben Abbildung ersichtlichen Kathode ziemlich klein. Diese Konstruktion war besonders bei Eingangsröhren nicht vorteilhaft, da die Spirale des Glühdrahtes keinen axialen Halt hatte, was zu verschiedenen Störungen Anlass gab.

Bild 25.2

 Bild 25

 2. Ausführung

Man fand daher als Zwischenlösung die unten schematisch dargestellte Konstruktion (die Bedeutung der Buchstabenbezeichnungen ist bei allen schematischen Zeichnungen dieselbe); hier wird die mit einer isolierenden Schicht versehene Spirale des Glühdrahtes in den beiden kleinen Öffnungen des Isolierröhrchens hin und zurückgeführt, ähnlich wie dies bei der früheren Konstruktion von Wechselstromröhren gemacht wurde. Die Ausführung des Isolierröhrchens mit zwei Öffnungen kann man dem Kreuzriss derselben Zeichnung deutlich entnehmen.

Diese Konstruktion musste aber fallen gelassen werden, da sie fabrikationstechnisch zu viel Schwierigkeiten bereitete.

 

Bild 26

3. Ausführung

Bei der nächsten Konstruktion, die für Gleichstromröhren entworfen wurde, konnten die Nachteile des Durchbiegens bei der einfachen Spirale behoben werden, und zwar durch Anordnung eines in Abbildung unten mit d bezeichneten Führungsstäbchens; die mit einer isolierenden Masse versehene Spirale des Glühdrahtes ist auf ein Isolationsstäbchen gewickelt, wodurch eine feste Lagerung des Glühdrahtes gewährleistet wird.

Diese Kathodenkonstruktion hatte nach eingehenden Laboratoriumsversuchen den Nachteil, dass die Wärmeentwicklung in der Mitte der Kathode sehr stark war, wodurch eine ungünstige Temperaturcharakteristik auftrat und Gitteremission zu befürchten war. Ferner traten bei dieser Kathode Brummgeräusche auf, wenn man sie in einem für Gleichstrom- und Wechselstromanschluss (Allstrom) konstruierten Empfänger verwenden wollte.

4. Ausführung

Nur des Interesses halber sei eine weitere Richtung angeführt, die ersehen lässt, wie intensiv und vielseitig in den Philips Laboratorien das Problem einer idealen Kathode studiert wurde. Man versuchte auch für Gleichstromröhren den bifilar gewickelten Glühdraht der Wechselstromröhren zu verwenden, aber in der Praxis hat sich diese Konstruktion für die Kathode von Gleichstromröhren nicht bewährt.

 

Der bifilare SP-SP- Glühdraht

5. Ausführung

Aufbauend auf die hier gemachten Erfahrungen wurde nun eine endgültige Form der Gleichstromkathode entwickelt, bei der alle Nachteile der vorangehenden Konstruktionen vermieden wurden: Der neue doppelt spiralisierte Glühdraht brachte die ideale Lösung!

Bisher war es nicht möglich, den bei Wechselstromröhren so vorzüglich bewährten bifilar gewickelten Glühdraht auch für Gleichstromröhren zu verwenden, da man mit dieser Ausführung unmöglich einen über 60 cm langen Glühdraht auf der kleinen zur Verfügung stehenden Kathodenlänge unterbringen konnte. Die Philips Laboratorien kamen daher auf den genialen Gedanken, die scheinbare Drahtlänge durch die Ausführung als äußerst feine Drahtspirale zu reduzieren; durch eine geeignete Wahl des Spiralendurchmessers kann die Länge der Spirale etwa gleich groß gemacht werden wie der Glühdraht bei Wechselstromröhren!

Der Glühdraht ist also bifilar ausgeführt und spiralisiert; diese feine Spirale wird aber noch ein zweites Mal spiralisiert (daher die Bezeichnung SP-SP-Draht = doppelt spiralisierter Draht).

Bei Nickelkathoden

Die untenstehende Abbildung zeigt einen Schnitt durch eine Nickelkathode mit bifilarem SP-SP-Glühdraht; der als Drahtspirale ausgeführte und mit einer (in der Abbildung nicht eingezeichneten) Isolationsschicht versehene Glühdraht a ist um ein Stäbchen d gewickelt und im Isolierröhrchen b angeordnet; darum befindet sich die Nickelkathode c mit der darauf angebrachten elektronenemittierenden Schicht. An den Enden der Kathode befinden sich bei dieser Konstruktion kleine Distanzringe aus Porzellan, die eine genaue Zentrierung der Gitterspirale um die Kathode gewährleisten. Die Gitterspiralen wurden im Querschnitt durch kleine Kreise gekennzeichnet.

 

Bild 27

Bei „Cupra Miniwattröhren“

Prinzipiell besteht kein Unterschied zwischen der Ausführung des bifilaren SP-SP-Glühdrahtes bei einer Nickelkathode und bei einer „Cupra Miniwatt“. Infolge des geringen Heizstromes und der ermäßigten Heizspannung von ca. 6,3 V ist die gesamte Drahtlänge geringer als bei Röhren mit Nickelkathode. Bei „Cupra Miniwatt“ Röhren wird ein Draht von 320 mm Länge zu einer feinen Spirale von 68 mm Länge verarbeitet.

Bild 14

Einen schematischen Querschnitt durch die „Cupra Miniwatt“ Kathode zeigt die obige Abbildung 14. Bezüglich der Konstruktion der Kathode selbst sei auf das entsprechende Kapitel am Anfang verwiesen. Auch hier ist die isolierte Spirale des Glühdrahtes um einen isolierten Kern d gewickelt; zwecks Vermeidung von Wärmestrahlung wird der Pfropfen e vorgesehen, dessen Ansatzstift zur Zentrierung der Kathode dient, während die beiden Bügel f zur kriechstromfreien Befestigung des anderen Kathodenendes dienen.

Vorteile des bifilar spiralisierten Glühdrahtes

Gegenüber allen bisher besprochenen Ausführungen von Gleichstrom-Glühfäden hat der bifilare SP-SP-Glühdraht die folgenden Vorteile:

1. Die neue Konstruktion zeichnet sich auch bei Verwendung in hochempfindlichen Überlagerungsempfängern durch eine völlig kratz- und rauschfreie Arbeitsweise aus. Durch diese Anordnung kann eine Längsausdehnung der Kathode nicht auftreten, eine Berührung der Spiralwindungen untereinander wurde durch die auf dem Draht angebrachte Isolationsschicht unmöglich gemacht.

2. Für die Heizung kann ein starker und langer Glühdraht verwendet werden, dessen Stabilität keine Gefahr für Drahtbruch bildet; dies wurde möglich, weil durch die Spiralisierung ohne Schwierigkeiten auf der verhältnismäßig kleinen Kathodenlänge ein sehr langer Glühdraht untergebracht werden kann, während bei den meisten der früheren Konstruktionen stets mit dem verfügbaren Raum gespart und daher ein schwacher und deshalb empfindlicher Draht verwendet werden musste.

3. Durch die bifilare SP-SP-Ausführung wird eine gleichmäßige Erwärmung des Glühdrahtes Über die gesamte Kathodenlänge erreicht, wodurch bei Nickelkathoden die Erwärmung des Röhrchens in der Kathodenmitte auf ein erträgliches Maß zurückgeführt wurde. Erst bei der „Cupra Miniwatt“ Kathode konnte eine völlig gleichmäßige Erwärmung nicht nur des Glühdrahtes sondern auch der gesamten Oberfläche der Kupferkathode erreicht werden.

Eine Außenansicht der „Cupra Miniwatt“ Kathode mit dem neuen Glühdraht wurde schon auf Bild 9 (oben) links gezeigt.

Bild 24

Wie der bifilar spiralisierte Glühdraht einer Kupferkathode gelagert ist, zeigt die obige Abbildung 24; es ist dies eine Röntgenaufnahme durch das Kupfer der Kathode hindurch, man erkennt den bifilar spiralisierten Draht, der um das in der Abbildung unsichtbare Isolierstäbchen gewickelt ist.

Eine interessante Aufnahme der neuen Kathodenkonstruktion zeigt die Abbildung 30 (unten) Es handelt sich um eine mikroskopische Aufnahme in zwanzigfacher Vergrößerung.

In allen Einzelheiten wurden hier die verschiedenen Entwicklungsstadien der letzten Jahre besprochen, die nach äußerst mühseligen und schwierigen Untersuchungen zur endgültigen Form des modernen Glühdrahtes: zur „Cupra Miniwatt“ Kathode mit dem bifilaren SP-SP-GIühdraht, geführt haben. In jeder Beziehung ist heute die moderne "Miniwatt" Röhre für Gleichstrom oder Universalempfänger der für Wechselstromempfänger bestimmten Paralleltype gleichwertig; der bifilare Glühdraht in seiner gegenwärtigen Form, eine ausschließliche Philips Erfindung, hat nun auch die Gleichstromröhre vollkommen gemacht!


Bild 30 :

Cupra Miniwatt” im Mikroskop

Das obige Bild zeigt eine mikroskopische Aufnahme von der „Cupra Miniwatt“ Kathode sowie von den verschiedenen modernsten Glühdrahtkonstruktionen. Die Aufnahme wurde bei einer 20-fachen Vergrößerung gemacht, lässt also deutlich alle Einzelheiten erkennen. Links sieht man den bifilar gewickelten Glühdraht von einer Wechselstromröhre mit Nickelkathode, aufgewickelt auf den isolierenden Kern. Die bifilare Ausführung erkennt man daran, dass die Windungen nicht eingängig, sondern doppeltgängig um den isolierenden Kern verlaufen.

Mitte: Der SP-SP-GIühdraht der „Cupra Miniwatt“ Röhren für Autoradioempfänger oder der 20V Gleichstromröhren mit Nickelkathode. Man erkennt in der Figur, dass es sich nicht um einen gewickelten Draht, sondern um eine gewickelte Drahtspirale handelt, die gleichfalls bifilar ausgeführt ist.

Rechts: Die elektronenemittierende Oberfläche auf der neuen „Cupra Miniwatt“ Kathode; sie ist dünner als bisher, wodurch fabrikatorisch große Vorteile erzielt werden (Mikroskopische Aufnahme der Philips Laboratorien).

Die “Cupra Miniwatt” im Autoradioempfänger

Den Voraussetzungen, die beim Auto-Empfänger erfüllt werden müssen, entsprechen die „Cupra Miniwatt“ Röhren in jeder Beziehung. Viel wichtiger als beim gewöhnlichen Radioempfänger ist es gerade beim Autoradio, die Konstruktion des Gerätes so gedrängt wie nur möglich aufzubauen. Bei den früheren Röhren war dies unmöglich, da man mit einer Nickelkathode keine Röhre mit Europaqualität in so kleinen Abmessungen herstellen konnte.

Sehr wichtig ist es auch, dass die Heizenergie eines Auto-Empfängers mit „Cupra Miniwatt“ wesentlich geringer ist als bei Röhren mit Nickelkathode. Während die Energie, die man für ein Radiogerät dem Wechselstrom oder Gleichstromnetz entnehmen muss, in praktisch unbeschränktem Masse zur Verfügung steht, ist man beim Autoempfänger auf den Akkumulator angewiesen, dessen Aufnahmekapazität der elektrischen Anlage entspricht, so dass die Mehrbelastung durch den Anschluss eines Radioempfängers äußerst gering sein muss. Während man also bisher für einen Autoradioempfänger bei Verwendung von insgesamt 5 Röhren (mit Gleichrichterröhre) mit einem Stromverbrauch von 300 mA eine Heizleistung von 6.3 V x 300 mA ~ 18,9 Watt benötigte, kann dieser Wert bei der gleichen Anzahl von „Cupra Miniwatt“ Röhren auf 6,3 V x 240 mA ~ 15,1 W reduziert werden; die bisherigen Röhren verbrauchen also um 25% mehr Heizenergie als die neuen „Cupra Miniwatt“ Röhren. 

Autoradioröhren mit 300 mA Heizstrom ? Damit gibt Philips indirekt zu, dass zu dieser Zeit nur amerikanische Autoradioröhren vorhanden waren - deren Heizstromstandard damals schon 300 mA war ! 

Bei den „Cupra Miniwatt“ Röhren wird das Gitter mit dem Kolbenanschluss verbunden, wodurch eine weitgehende Verminderung der Gitter-Anodenkapazität erzielt wird. Diese Konstruktion lässt den Weg offen für den Bau von Universalempfängern, die für Gleich und Wechselstromanschluss eingerichtet sind und bei denen hohe Heizspannungen erforderlich sind. Diese hohen Spannungsamplituden würden beim Gitteranschluss an den Sockel unbedingt zu Brummstörungen Anlass geben.

Ein längst überfälliger Schritt. Die bisherige Anordnung des Gitterstiftes genau neben den Heizungsstiften war denkbar unsinnigste Anordnung überhaupt !

 

Fortsetzung: Cupra-Röhren Teil V