Die RCA - Octal- Allmetall- Röhren
Wohl kaum eine andere Röhrenneuentwicklung hat soviel Aufsehen erregt wie die der 1935 in den USA von RCA eingeführten Stahlröhren, welche dort „Allmetallröhren” genannt wurden. Auch selten ist die Entwicklungsgeschichte einer neuen Röhrenart so verstrickt wie die, die bei RCA zur Herstellung der Octal- Allmetallröhre führte.
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Die Abkehr von der Glasröhre [1] Unter Anderem wegen ihrer Abstammung von den Glühlampen wurde als Umhüllung der Elektronenröhren von Anfang an Glas gewählt. Jedoch ging man schon frühzeitig bei Senderöhren dazu über, das Oberteil der Röhrenumhüllung als Metallgefäß auszubilden, welches gleichzeitig als Anode diente und somit eine sehr wirkungsvolle Kühlung, z.B. mit Wasser, ermöglichte. Wegen der perfekten Abschirmung und der Möglichkeit der Abkehr von der Quetschfußtechnik, aber auch wegen erwarteter geringerer Herstellungskosten entstand der Wunsch, auch bei Empfängerröhren die Umhüllung von Glas durch Metall zu ersetzen. Erste serienmäßig hergestellte Röhren dieser Art waren die in England 1932 erschienen Catkin- Röhren, deren Herstellung wegen unlösbarer Probleme nach einigen Jahren eingestellt wurde. Am Zustandekommen der hier beschriebenen Octal- Allmetall- (Stahl) Röhren waren im wesentlichen die amerikanischen Firmen GE und RCA beteiligt. Am 1. April 1935 wurden diese neuen Röhren auf der IRE- Show in New York- City der Öffentlichkeit vorgestellt und im Herbst 1935 begann die Großserienauslieferung. Die General Electric- Metallröhren- Vorgeschichte In den späten 20-er Jahren wurden von den großen Vier der amerikanischen Radioindustrie, RCA (Radio Corporation of America), GE (General Electric), Westinghouse, AT&T (Western Electric), Vereinbarungen zur Vermeidung unnötigen Parallelaufwandes in Entwicklung und Herstellungsmethoden sowie zur Vermeidung unnötigen Wettbewerbes getroffen. Dabei vereinbarte die RCA, ihre Forschung, Entwicklung und Produktion auf Rundfunkempfang und Empfangsröhren zu begrenzen, während GE und Westinghouse sich nur noch mit Rundfunksendern, Senderöhren und Röhren für industrielle Anwendung befassten. Als Ergebnis hiervon wurde am 1. Januar 1930 die RCA Radiotron Company gegründet und die bisherige GE- Lampen- (und Röhren-) Fabrik in Harrison, New Jersey, ging an RCA über. |
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Von der Regierung wurde gegen diese GE- RCA- Vereinbarung als "Beschränkung des Handels" geklagt. Der Prozess, den die Regierung schließlich gewann, zog sich bis Ende 1932 hin und nach dessen Urteil sollten die alten Wettbewerbsbedingungen ab 21. Mai 1935 wieder gelten. Alsbald beschloss man bei GE, die Röhrenproduktion wieder aufzunehmen. Als besonderen Aufmacher nach der mehrjährigen Abwesenheit von der Röhrenproduktion wollte man eine "ewige Allmetallröhre" ohne Sockel herausbringen, die mit Anschlussdrähten direkt in die Geräteschaltung eingelötet werden sollte - wie viele Jahre später Transistoren und IC’s. Die neue Empfängerserie vom Herbst 1935 sollte erstmals mit diesen Röhren bestückt werden.
Ab Januar 1933 begann man mit der Entwicklung von Allmetallröhren und bis Juni waren die Hauptprobleme gelöst. So wurde die erforderliche Thyratron- gesteuerte Schweißtechnik zum Zusammenschweißen des Metallkolbens mit dem ebenfalls metallischen Boden, sowie Fernico, eine Legierung mit dem gleichen Temperaturdehnungskoeffizienten wie Glas, entwickelt.
In den Boden dieser Röhren wurden für jeden Anschlussdraht einzeln je eine Durchführungshülse aus diesem Fernico eingeschweißt, durch die der Draht ins Röhreninnere führte. Die Durchführungshülsen wurden mit einen Glastropfen ausgefüllt, wodurch der Draht isoliert und befestigt und die Abdichtung hergestellt wurde.
Am 7. September 1933 wurde das erste Modell einer Allmetallröhre hergestellt und geprüft. Dieses war bereits so gut ausgedacht und durchkonstruiert, dass es im wesentlichen unverändert in die spätere Serienproduktion einging. Die Ergebnisse waren so ermutigend, dass man im Januar 1934 bei GE fest entschlossen war, die Allmetallröhre in ihr Empfänger- Entwicklungsprogramm einzubeziehen.
Im April 1934 machte GE zwei anscheinend widersprüchliche Unternehmungen: Es wurden Spezialisten in die GE- Glühlampenfabrik nach Nela Park, Cleveland, Ohio, geschickt, zur Vorbereitung der Massenproduktion von Allmetallröhren. Gleichzeitig trat GE in Verhandlungen mit RCA zur Übernahme der Herstellung der Allmetallröhren ! - Man war bei GE zur Erkenntnis gelangt, dass man die Massenproduktion der Allmetallröhren bis zum vorgesehenen Termin Herbst 1935 nicht schaffen würde. Die trotzdem in Nela Park gemachten Vorbereitungen sollten sowohl als Hebel bei den Verhandlungen mit RCA dienen oder um bei deren Scheitern doch noch selbst produzieren zu können.
Im Juli 1934 war die erste Serie Allmetallröhren komplett, gleichzeitig gingen die streng geheimen Verhandlungen mit RCA weiter.
Am 9. Oktober 1934 wurde ein Vertrag zwischen GE und RCA unterzeichnet, wobei RCA die volle Verantwortung zur Herstellung der Allmetallröhren übernahm. Zwei Tage später übergab GE Pläne, Entwürfe und Muster dieser Röhren an RCA.
Mit der von GE geplanten "ewigen" Röhre mit Anschlussdrähten konnte sich RCA sich nicht anfreunden und kündigte deshalb am 23. Okt. 1934 an, die Allmetallröhren mit ihrem neuentwickelten Octalsockel zu versehen.
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Die RCA- Octalröhren- Vorgeschichte Ende 1933 / Anfang 1934 erreichten RCA Gerüchte über eine sagenhafte Allmetallröhre, welche bei GE entwickelt würde. Hierdurch sah man sich bei RCA veranlasst, eine Röhre zu entwickeln, die mit GE's Allmetallröhre konkurrieren könnte. Schon 1933 hatte RCA's Röhrenentwickler George Rose die Idee, die von der Glühlampenherstellung übernommene Quetschfußaufbau- Technik zu verlassen und stattdessen einen scheibenförmigen (Press-) Glasboden vorzusehen, durch den die Zuleitungsdrähte in Kreisanordnung eingeschmolzen sind und über dem sich das direkt mit den Anschlussdrähten verschweißte Elektrodensystem befindet. In der Mitte dieser Glasscheibe wurde das Auspumpröhrchen eingeschmolzen und ein das System umhüllender Glaskolben wurde mit dem Rand dieser Glasbodenscheibe verschmolzen. - Das Prinzip, nach dem später die Loktal- und praktisch alle Miniaturröhren gefertigt wurden, war somit geboren. Hiermit wurden die Zuleitunsdrähte erheblich verkürzt und mit der dadurch einhergehenden Induktivitäts- und Kapazitätsverringerung konnte die Leistungsfähigkeit solcher Röhren in Richtung höherer Frequenzen beachtlich gesteigert werden. Im April 1933 wurden einige Muster hergestellt, die ersten davon hatten dünne und weiche Anschlussdrähte, kurz darauf folgten einige mit dicken Drähten, die gleichzeitig als Stifte dienten. Diese waren die direkten Vorgänger der erst 7 bis 8 Jahre später erschienen Miniaturröhren ! Die weiterentwickelte Ausführung hatte einen Durchmesser von etwa 25 mm und eine Höhe von 50 mm, einen 6- Stift- Sockel und einen zylindrischen, oben runden Glaskolben, der mit einer dicht anliegenden Messinghülle umgeben war. Kurz danach wurde von T.M. Shrader der Octalsockel entwickelt, mit zentralem Führungsstift ("Nase") und kreisförmig winkelsymmetrisch angeordneten acht Stiften, wovon je nach Röhrentyp bei Nichtbedarf einige Stifte weggelassen werden konnten. Die endgültige Ausführung hatte nun diesen Sockel und eine Aluminiumhülle, die an diesem festgekerbt war, ähnlich den späteren MG- Röhren. Wegen ihrer Form wurde diese Röhre "Bullet Tube" genannt ("Geschosskugel- Röhre") Man sah bei RCA vor, diese Röhre in Produktion zu nehmen, sobald man von der Herstellung von GE's Allmetallröhre erfahren würde. Wegen des späteren Verlaufs der Dinge geschah dies zwar nie, trotzdem war sie von großer Bedeutung: Es war die erste Pressglasboden- Röhre, die erste Metall- Glas- (MG) und die erste Octalröhre ! Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt (Sommer 1934) weder die Entwickler von RCA noch von GE etwas über die Verhandlungen auf den Geschäftsebenen beider Firmen wussten ! Parallel zur Entwicklung der "Bullet"- Röhre studierte man bei RCA den Herstellungsprozess der englischen Catkin- Röhren und stellte selbst Muster davon her, die beachtlich kleiner als das englische Original waren. Einziges sichtbares späteres Ergebnis hiervon war die erste Ausführung der Gleichrichterröhre 5Z4, bei welcher die beiden bleistiftförmigen Elektrodensysteme die Anoden und gleichzeitig die Systemumhüllungen darstellten, die aber dann als Berührungsschutz nochmals mit einer perforierten Metallhülle umgeben wurden. |
 RCA - Bullet - Röhre |
Produktionsaufnahme
Als mittlerweile die Allmetallröhren- Produktion von GE an RCA übertragen wurde, richtete man in Harrison bei RCA das "Werk Nr. 1" zur Herstellung dieser Röhren ein. Im November 1934 waren die Maschinen betriebsbereit und die ersten brauchbaren Muster wurden anfangs Dezember hergestellt. Unter riesigen Anfangsproblemen mit enormer Verlustrate gelang jedoch mit großer Beharrlichkeit aller Beteiligten letztendlich das gesetzte Ziel. Im März 1935 konnte eine große Menge der neuen Röhren zu GE's Rundfunkgerätefabrik zur Erprobung und Entwicklung der neuen Empfängerserie für Herbst 1935 geschickt werden.
Baugrößen
Normale Octal-Octal-Metallröhren wurden in der Baugröße MT8 mit ca. 25 mm Kolbendurchmesser unterschiedlicher Höhe und mit oder ohne obere Kappe hergestellt. Für Röhren mit höherem Leistungsumsatz war die Baugröße MT10 mit ca. 31,5 mm Kolbendurchmesser vorgesehen, meistens in Gestalt der Endröhre 6L6 oder der Gleichrichterröhre 5T4.
Außenmaße der verschiedenen RCA Octal-Metallröhren, Maßeinheit altertümlich in Inch / Zoll [14]
Viele Übernahmen bestehender Typen
Nach den elektrischen Daten waren ein großer Teil der Octal- Allmetallröhren nur eine Übernahme vorhandener Typen, deren Systeme nur in die neuen, kleineren Metallgehäuse, ohne Quetschfußaufbau und mit anderem Sockel eingebaut wurden.
Alle bewährten und wichtigen Typen der vor- Octal- Ära findet man in der Octal- Serie wieder:
die Pentagrid- Converter- Röhre 6A7 wurde zur Octal- 6A8,
die Duodiode- Regelpentode 6B7 wurde zur 6B8,
die Endpentode 42 zur 6F6,
die NF/HF- Pentode 77 zur 6J7,
die Regelpentode 78 zur 6K7,
die Klasse- B- Doppel- Endtriode 6A6 zur 6N7,
die hoch-µ- Duodiode-Triode 75 zur leicht geänderten 6Q7,
die nieder-µ- Duodiode-Triode 85 zur 6R7,
die Autoradio- Gleichrichterröhre 84/6Z4 zur leicht stärkeren 6X5,
die Allstrom- Endpentode 43 zur 25A6,
die Allstrom- Gleichrichterröhre 25Z5 zur 25Z6,
zur Gleichrichterröhre höherer Leistung 5Z3 erschien die Metallröhre 5T4 im MT10- Kolben und mit nur 2 A satt 3 A Heizstrom.
Nur von der weit verbreiteten direkt geheizten Standard- Gleichrichterröhre 80 gab es keine Octal- Metall- Version, da man deren Systemaufbau nicht in die normale Metall- Kolbengröße MT8 unterbringen konnte. Stattdessen erschien die indirekt geheizte 5Z4 etwa gleicher Leistung oder die etwas schwächere direkt geheizte 5W4, die für normale Superhets aber völlig ausreichend war.
Bezeichnungssystem
Für die Bezeichnung der Octal-Röhren wurde, wie teilweise schon zuvor, als erste Zahl die gerundete Heizspannung verwendet, gefolgt von einem oder später zwei laufenden Buchstaben. Für Gleichrichterröhren wurden Buchstaben am Ende des Alphabets gewählt, also vorwiegend U-V-W-X-Y-Z. Danach folgt die Anschlusszahl der Röhre, der Heizfaden zählt nur als ein Anschluss. Neu hinzu kam der Metallkolben, der immer einen Masseanschluss erhielt, festgelegt auf Pin 1, der auch als ein Anschluss zählt. Daher erklärt sich, warum aus 6A7 → 6A8 und aus 6B7 → 6B8 wurde.
Die Sensation
Die Vorstellung dieser neuen Röhren auf der IRE- Show in New York- City am 1. April 1935 verursachte enormes Aufsehen und große Panik bei den Konkurrenzfirmen, die wegen der geschickten Geheimhaltung völlig unvorbereitet waren und daher natürlich nichts Vergleichbares entgegenzusetzen hatten.
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Im Frühherbst 1935 erschien die erste Serie der Octal- Allmetallröhren, bestehend aus folgenden Typen: 5Z4: indirekt geheizte Gleichrichterröhre, (~80S)*, * in ( ) = Vorgängertypen. Traditionell hatte die Gleichrichterröhre 5Z4 eine Heizspannung von 5V, alle anderen waren zunächst nur nach der nun endgültigen Norm für 6,3 V. Die Vorstufenröhren hatten schon wie zuvor einen einheitlichen Heizstrom von 0,3 A und waren somit für Parallel- und Serienheizung geeignet. |
Die Urversion der Gleichrichterröhre 5Z4 wich erheblich von den andern Octal-Metallröhren ab. Ihr Kolben war viel größer und breiter als der der anderen Metallröhren und war perforiert. Darin befanden sich zwei bleistiftförmige Elektrodensysteme, deren Metallgehäuse sowohl den Anodenzylinder selbst wie auch die Umhüllung des Systems darstellten. Diese Bauweise orientierte sich an den englischen Catkin- Röhren, welche bei der Entwicklung der Octal-Metallröhren gründlich analysiert wurden.
Diese „Birdcage“ (Vogelkäfig) genannte Urversion der 5Z4 war jedoch sehr unzuverlässig und neigte oft zu Frühausfällen. Daher wurde sie schon im Frühjahr 1936 durch die zweite Generation 5Z4 ersetzt, die in der gleichen Bauweise wie die anderen Octal-Metallröhren ausgeführt und in Größe und Form identisch zur 6F6 war.
Andere Hersteller, z. B. Raytheon, bauten eine normale Glasröhre mit zylindrischem Kolben in diese „Birdcage“-Metallhülle.
Auf diese Weise ist auch eine taube „Birdcage“- 5Z4 sehr leicht zu reparieren, indem man eine 5Z4GT oder eine russische 5Ц4С zylindrischer Bauart einsetzt.
Es gibt auch Heizkreis- Vorwiderstände in einem sehr ähnlichen Octal-Gehäuse, die zum Nachbau einer„Birdcage“- 5Z4 geeignet sind, so wie es in dem hier gezeigten Exemplar der Fall ist.
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Trioden 6C5 und 6F5 : seltsame Produktionsmethoden.
Die möglichst frühe Markteinführung der Octal- Allmetall- Röhren wurde unter großem Druck vorangetrieben. Dabei wurden auch unkonventionelle Maßnahmen ergriffen, um dieses Ziel zu erreichen.
Die erste Metallröhrenserie musste natürlich alle Typen enthalten, die zur Bestückung eines Superhet- Empfängers erforderlich waren. Aus terminlichen Gründen hatte man sich jedoch auf ein Minimum an Typen beschränkt.
Auf komfortable Verbundröhren wie Duodioden-Trioden und Duodioden- Pentoden wurde zunächst ganz verzichtet, obwohl diese damals schon sehr gebräuchlich waren.
Man ersparte sich sogar, echte Vorstufen- Trioden herzustellen, indem man stattdessen Pentodensysteme zu Trioden umfunktionierte.
Zur Vereinfachung der Produktion wurde zunächst nur ein Systemaufbau für die unverzichtbaren Mehrgitterröhren Pentoden und Heptoden kreiert, für die ein weit außen liegender Anodenzylinder erforderlich ist.
Trioden benötigen jedoch Anodenbleche, die dicht am Steuergitter anliegen. Aus bisher nicht bekannten Gründen hielt man es jedoch für angebracht, deren Herstellung zu umgehen, indem man die vorhandene Pentodenstruktur auch für Trioden verwendete.
Als Basis zur Herstellung der Trioden 6C5 und 6F5 diente das System der Pentode 6J7.
Es ist jedoch nicht möglich, von dem Pentodensystem einfach nur die Gitter 2 und 3 wegzulassen, um dadurch eine Triode zu erhalten. Der Abstand der Anode zu Steuergitter und Katode wäre dann zu groß, um ausreichend Elektronen anzuziehen.
Daher wurde das bisherige Schirmgitter g2, das nahe am Gitter 1 anliegt, nach wie vor benötigt, um Elektronen zu beschleunigen. Es wirkt nunmehr als vorgelagerte Hilfsanode und wurde schon innerhalb der Röhre mit der (Haupt-) Anode verbunden. Nur das nicht mehr benötigte Bremsgitter g3 konnte weggelassen werden.
Ein sonstiger Vorteil dieser Bauweise ist nicht erkennbar, wegen dem immer noch erforderlichen Gitter 2 bestand keinesfalls eine Material- oder Arbeitsersparnis.
Die high-µ- Triode 6F5 erhielt den gleiche Metallkolben der 6J7, einschließlich Gitterkappe.
Die medium-µ Triode 6C5 erhielt ebenfalls den oben verjüngte Metallkolben, jedoch ohne Gitterkappe, stattdessen wurde das Gitter im Sockel auf Pin 5 herausgeführt.
Dies ist auf den Bildern der „Baugrößen“ (siehe weiter oben) deutlich erkennbar:
die Pentode 6J7 wie auch die Triode 6F5 haben die Bauform nach Bild 4, entspricht Bauart MTT8 + Kappe,
die Triode 6C5 hat die Bauform nach Bild 2, entspricht ebenfalls Bauart MTT8, jedoch ohne Kappe.
Bei den Glas- Versionen 6C5G, 6C5GT und 6F5G (siehe Bild unten) kann man oft den eigentlichen Pentodenaufbau mit fehlendem Gitter 3 und Verbindung der Anode mit Gitter 2 sehen.
Die Verwandtschaft der medium-µ- Triode 6C5 mit der Pentode 6J7 ist auch daran erkennbar, dass bei Datenangaben der 6J7 als Triode geschaltet, exakt die gleichen Daten wie die der 6C5 genannt werden und auch oft darauf hingewiesen wird.
Man bekennt sich also ganz offen über die Verwandtschaft zwischen 6C5 und 6J7.
Dabei war die 6J7 auch keine Neuentwicklung, sondern die Octal- Version der bisherigen Typen 6C6 und 77.
6J5
Ab Mai 1936 bekam die 6C5 Konkurrenz durch die neue Triode 6J5 mit dem gleichen Verstärkungsfaktor µ = 20, die zunächst als 6J5G erschien, als Metallröhre 6J5 jedoch erst Juni 1937.
Diese wurde als echte Triode gebaut, mit dicht am Steuergitter anliegendem Anodenblech, ohne Gitter 2. Sie war jedoch der 6C5 überlegen, indem die Steilheit von 2 auf 2,6 mA/V erhöht und der Innenwiderstand von 10 auf 7,7 kΩ verringert wurde.
Obwohl die 6J5 der 6C5 überlegen war und diese eigentlich ablösen sollte, war die 6C5 trotzdem noch über viele Jahre parallel in Gebrauch.
Ab März 1941 wurde die 6C5 genau wie die 6J5 mit durchgehend gleichmäßigem und oben flachen Kolben geliefert, so wie alle anderen single-ended Röhren.
Auch findet man unter den Typen 6C5G, 6C5MG und 6C5GT Exemplare, die wie ganz normale Trioden konstruiert sind, d. h. mit dicht anliegendem Anodenblech und ohne Gitter 2.
Diese Versionen könnten Hersteller geliefert haben, welche die Typen 6J5, 6J5G, 6J5MG oder 6J5GT herstellten und parallel dazu die 6C5- Versionen anboten, um die Nachfrage nach diesen Typen zu bedienen.
Aus betriebswirtschaftlicher Sicht wäre es wenig sinnvoll gewesen, die beiden sehr ähnlichen Typen 6C5 und 6J5 mit unterschiedlichen Bauteilen (Gitter, Anode) herzustellen. Es ist daher denkbar, dass die 6C5- und 6J5- Versionen einheitlich hergestellt wurden und bei der Endprüfung der Produktion die schwächeren Exemplare als 6C5 und die besseren als 6J5 selektiert wurden.
(Dies könnte dies gerne jemand überprüfen, der die Möglichkeit und Interesse daran hat.)
Die 6J5 wurde wohl aus dem Wunsch kreiert, eine echte Triode mit dem Verstärkungsfaktor µ = 20 zu haben, um die 6C5 abzulösen, die auf dem Systemaufbau der Pentode 6J7 basierte und daher eigentlich eine Behelfskonstruktion darstellte.
Die 6J5 wurde sehr erfolgreich und erschien u. A. in den Versionen 6J5, 6J5G, 6J5GT und 6J5MG, sowie als Loktalröhre 7A4.
Die 7193 = 2C22 kann als verbesserte Version der 6J5GT angesehen werden, die mit Kappen für Gitter und Anode für VHF ertüchtigt wurde.
Aus der Triode 6J5 gingen die sehr erfolgreichen Doppeltrioden 6F8G, 6SN7GT, 7N7, 6CG7 und 6FQ7 hervor.
6F5
Die high-µ- Triode 6F5 hat die gleiche Bauform wie die Pentode 6J7 und ist ebenfalls auf Basis deren Pentodensystems konstruiert. Um den hohen Verstärkungsfaktor µ = 100 zu erreichen, benötigte sie jedoch ein anderes, dichter gewickeltes Steuergitter.
Unter der Version 6F5G findet man noch Versionen mit dem Pentodenaufbau (siehe Bild), aber oft schon Exemplare, die wie ganz normale Trioden konstruiert sind, also mit dicht anliegendem Anodenblech und ohne Gitter 2.
Bei der Version 6F5GT findet man nur noch normal konstruierte Trioden mit dem schlanken Anodenblech.
Bei der 6F5G kam man also allmählich von der als Triode geschalteten Pentode ab, bei der neueren 6F5GT hatte man diese Version schon komplett verlassen. Dies gilt noch mehr für die single-ended Versionen 6SF5 und 6SF5GT.
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Systemaufbau der Triode 6F5G Eine defekte Metall- 6C5 oder 6F5, die man ohne Reue hätte aufsägen können, stand leider nicht zur Verfügung. A Anode K Katode 1 Gitter 1 (Haltestab) 2 Gitter 2 ( " ) 3 System- Trägerstab 4 Verbindung Gitter 2 – Anode.
Da das Gitter 3 fehlt, stellt dieser Aufbau nun eine Tetrode dar. Durch die feste Verbindung von Gitter 2 nach Anode wird dieses System jedoch funktional zu einer Triode. Ein Vorteil gegenüber einer normalen Triode, die nur aus Anode, Gitter und Katode besteht, ist nicht zu erkennen. Im Gegenteil, dieses System wird sich bei Hochfrequenz- Anwendungen nachteilig gegenüber normalen Trioden verhalten, bzw. wird unbrauchbar sein.
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Rückbau eines Pentodensystems als Triode
1: kompletter Pentodenaufbau bestehend aus |
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2: Pentodenaufbau verringert zu einer Triode durch Weglassen von Gitter 2 und Gitter 3. Diese Anordnung wird nicht funktionieren wegen dem zu großem Abstand der Anode a zur Katode.
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3: Pentodensystem als Triode umgestaltet. Das bisherige Schirmgitter g2 wird mit der Anode a verbunden. Dieses Gitter 2 wirkt nun als vorgelagerte Hilfsanode und dient der Beschleunigung der Elektronen zur (Haupt-) Anode. Der Verstärkungsfaktor µ dieser zur Triode gewordenen Pentode wird bestimmt durch µ g2/g1, also so, als wäre Gitter 2 die Triodenanode. Das nicht benötigte Bremsgitter g3 konnte weggelassen werden. Auch wenn es noch vorhanden wäre, hätte es keinen Einfluss. Daher kann man auch jede bestehende Pentode als Triode betreiben, indem man Gitter 2 mit Anode verbindet. |
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Weitere Typen ab 1936
Von 1936 bis 1938 erschienen eine größere Anzahl Ergänzungstypen, die den Schaltungsentwicklern größere Möglichkeiten boten.
Die genauen Ausgabedaten und weitere Informationen können auf den jeweiligen Röhrenseiten in Radiomuseum.org entnommen werden.
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5W4: direkt geheizte Zweiweggleichrichterröhre, etwas schwächer als die 5Z4 und mit 1,5 A Heizstrom eine der wenigen 5 V- Octal- Gleichrichterröhren mit Heizstrom unterhalb von 2 A ! Die bisherige Standard- Gleichrichterröhre war die direkt geheizte Type 80, die bei 5V 2A Heizung einen Gleichstrom von 125 mA bei 2 * 350V Wechselspannung liefern konnte. Stattdessen erschien die direkt geheizte 5W4 mit einem gedrängten Aufbau ähnlich der AZ41, wobei der Heizstrom von 2 auf 1,5A und der Anodenstrom von 125 auf 100 mA reduziert wurde (gegenüber der Type 80), was aber für normale Superhet- Empfänger völlig ausreichend war.
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6B8: Duodiode + Regelpentode für HF- und ZF- Verstärkung, (Vorgänger- Type: 6B7).
6J5: echte Triode mit verbesserten Daten gegenüber der vorherigen Behelfskonstruktion 6C5 (siehe oben !).
6K8: Triode- Hexode mit beidseitiger Systemaufteilung gegenüber der Katode :
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um die gemeinsamen Teile Katode K und Gitter G1 (Oszillatorgitter) befindet sich nach oben das Mehrgitter- Mischsystem (Hexode), bestehend aus den Schirmgittern G2H und G4H, dem Signal- Steuergitter G3H, dem Abschirm- und Strahlleitblech S und der Hexoden- Anode AH. Die beiden Schirmgitter G2H und G4H bestehen aus einem gemeinsamen, beidseitig abgeflachten Gitterwickel mit gemeinsamen Haltestäben, - also eine Konstruktion, wie sie normalerweise für nur ein einzelnes Schirmgitter benötigt wird, z. B. in einer Pentode. Dazwischen befindet sich das ebenfalls abgeflachte Signal- Steuergitter G3H, - eine genial durchdachte Konstruktion ! Durch das Strahlleitblech S erhält das Mischsystem Heptoden- Charakteristik, indem die Blechblende zwischen G4H und AH wie ein Bremsgitter funktioniert. |
Nach unten befindet sich nur noch die Triodenanode AT für den Oszillator.
Auch hier sorgt das Abschirm- und Strahlleitblech S für eine saubere Trennung des Trioden- Systems von dem Mehrgitter- Mischsystem.
Eine genial einfach herzustellende Triode- Hexode, die leider schon bald wieder durch die noch kostengünstigere Pentagrid-Converter- Röhre 6SA7 verdrängt wurde.
6L6: 19 Watt- Beampower-Tetrode, die erste serienmäßige (und wahrscheinlich berühmteste) Beampower-Tetrode der Welt. Europäische Konkurrenten waren AL5 und EL5.
6N7: Klasse- B- Doppel- Endtriode, ähnl. EDD11. (6A6)
6Q7: Duodiode-Triode, hoch-µ (~75)
6R7: Duodiode-Triode, nieder-µ (~85)
6S7: Spar- Regel- Pentode mit 0,15 Af.
6V6: Beampower-Tetrode mit kleinerer Leistung (12 W), nun die neue Standard- Endröhre für normale Rundfunkempfänger, womit zumindest in den USA die weitgehende Verdrängung der Endpentoden eingeleitet wurde.
6X5: indirekt geheizte Zweiweggleichrichterröhre für Autoradios und kleinere Netzempfänger. (~84/6Z4)
End- und Gleichrichterröhren für 25 V / 0,3 A Serienheizung:
Schon vor den Octal-Röhren wurden die meisten amerikanischen Vorstufenröhren einheitlich mit 6,3 V / 0,3 A Heizfäden ausgestattet. Damit war sowohl Parallel- wie auch Serienheizung möglich. Um einen kompletten seriengeheizten Röhrensatz mit einem einheitlichen Heizstrom von 0,3 A zu erhalten, erschienen entsprechende End- und Gleichrichterröhren mit 25 V Heizspannung.
25A6: Endpentode (Vorgänger- Type: 43)
25L6: Beam Power Tetrode
25Z6: Duodioden- Gleichrichterröhre (25Z5)
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Die Kostenfrage
Zunächst wurden die Octal- Allmetallröhren nach der von GE entwickelten Technik hergestellt, also mit Metallboden und eingeschweißten Fernico- Hülsen, durch welche die Zuleitungsdrähte, mit einem Glastropfen abgedichtet, geführt wurden.
Eine im zweiten Halbjahr 1935 durchgeführte Kostenanalyse ergab jedoch, dass speziell diese Metallboden- Konstruktion viel zu teuer war. Man beschloss daher, stattdessen den Pressglasboden, wie er zuvor für die RCA- "Bullet"- Röhre entwickelt wurde, in die Produktion der Octal- Metallröhren einzuführen. Nach einem erfolgreichen Großversuch mit über 100 000 Röhren wurde ab März 1937 die gesamte Produktion auf diese Technik umgestellt. Da hiermit die Kosten des Röhrenbodens um 2/3 gesenkt werden konnten, wurde dieser Schritt als die Rettung der Metallröhren angesehen.
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Aufbau der Octal- Allmetallröhren
1.) in der ersten Produktionsphase, die nach der von GE entwickelten Technik hergestellt wurden, am Beispiel der Mazda Duodiode-Triode 6Q7:
(Es bestehen Zweifel, ob der Philips- Konzern, wozu auch die französische Firma Mazda gehörte, jemals Octal- Stahlröhren baute. Vermutlich wurden diese von RCA bezogen und unter eigenem Namen verkauft. Nach nicht sehr langer Zeit wurden in Frankreich die Octal- Stahlröhren durch MG- Röhren ersetzt, also Röhren mit Alu- Kapseln und darin eine Glasröhre.)
(Anmerkung: die Bilder lassen sich über die rechte Maustaste mit "Grafik anzeigen" groß darstellen)
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Octal- Allmetallröhre früherer Bauart, 1 metallische Bodenplatte mit seitlichem Kragen Mittels Widerstands- Schweißtechnik werden in einem Bruchteil einer Sekunde mit 75000 A Schweißstrom am Saum (13) das Metallkolben-Oberteil (12) mit dem Sockelkragen (20) und der Bodenplatte (1) luftdicht verschmolzen. |
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In den Boden (1) der Röhren wird für jeden Anschlussdraht (4) je eine Fernico- Durchführungshülse (3) eingeschweißt, durch die der Draht ins Röhreninnere führt. Die Durchführungshülsen werden mit einen Glastropfen (5) ausgefüllt, wodurch der Draht isoliert und befestigt und zugleich die Abdichtung hergestellt wird. In der Mitte der Bodenplatte (1) ist das Absaugröhrchen (2) eingeschweißt. Nach dem Ende der Absaugung wird dieses am Ende platt gequetscht und verschweißt bzw. verlötet, um eine sichere Abdichtung zu gewähren. Der Anschlussdraht des Metallgehäuses (4m) ist direkt am Sockelkragen (20) verschweißt. Mit zwei auf der Bodenplatte verschweißten Haltestäben (6) wird das Elektrodensystem abgestützt. Mit diesen Haltestäben sind die Abschirmbleche (11) verschweißt. |
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12 Metallkolben Oberteil Die Anschlussdrähte (4) führen durch die glasgefüllten (5) Durchführungshülsen (3) zu den jeweiligen Elektroden. Nur zur Anschauung wurde hier das Getter- Abschirmband (15) von der Getterbeule (14) weggebogen. |
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Neuer Aufbau der Octal- Metallröhren:
Abkehr vom Metallboden, stattdessen Pressglasboden, am Beispiel der Duodiode- Triode 6SQ7.
Eine im zweiten Halbjahr 1935 durchgeführte Kostenanalyse ergab, dass diese Metallboden- Konstruktion viel zu teuer war. Man beschloss daher, stattdessen einen Pressglasboden, wie er zuvor für die RCA- "Bullet"- Röhre entwickelt wurde, in die Produktion der Octal- Metallröhren einzuführen. Nach einem erfolgreichen Großversuch mit über 100 000 Röhren wurde ab März 1937 die gesamte Produktion auf diese Technik umgestellt. Da hiermit die Kosten des Röhrenbodens um 2/3 gesenkt werden konnten, wurde dieser Schritt als die Rettung der Metallröhren angesehen.
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6SQ7 mit Pressglasboden 4 Anschlussdrähte |
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6Q7 mit Metallboden und 6SQ7 mit Pressglasboden im Vergleich 1 metallische Bodenplatte |
Aufbau der 6K7 mit Metallboden (RCA) [15]
Aufbau der 6SK7 mit Pressglasboden (RCA) [14]
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Octal-Röhren mit 0,15 A Heizstrom und 12,6 – 35 – 50 – 70 V Heizspannung
Schon vor den Octal-Röhren wurden die meisten amerikanischen Vorstufenröhren einheitlich mit 6,3 V / 0,3 A Heizfäden ausgestattet. Damit war sowohl Parallel- wie auch Serienheizung möglich. Um einen kompletten seriengeheizten Röhrensatz mit einem einheitlichen Heizstrom von 0,3 A zu erhalten, gab es entsprechende End- und Gleichrichterröhren mit meistens 25 V Heizspannung.
Bei 110 V Netzspannung betrug die gesamt- Heizleistung 33 W und bei 220 V -Netzspannung 66 W. Schon bei 110 V musste ein Teil und bei 220 V ein sehr großer Teil der Heizspannung in einem Vorwiderstand vernichtet werden.
Um diese Energieverschwendung bei Serienheizung zu verringern, wurden ab 1939 Vorstufenröhren mit einheitlich 12,6 V / 0,15 A Heizfäden hergestellt, dazu entsprechende End- und Gleichrichterröhren mit meistens 35 – 50 oder 70 V Heizspannung. Ein 5- Röhren Allstrom- Superhet kam dann auf 3 * 12,6 V für die Vorstufen- Röhren und 2 * 35 V für End- und Gleichrichterröhre, was zusammen 107,8 V ergab. Bei 110...120 V- Netzspannung, für welche diese Geräte vorgesehen waren, gab es nun nur noch wenig Spannungsabfall über einem Vorwiderstand und die die gesamt- Heizleistung betrug nur noch 16,5 W bei 110 V.
Die 12,6 V- Röhren konnten zudem in Autoradios für 12 V Bordnetzspannung verwendet werden.
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„Single-Ended“- Metallröhren
1938 wurden von Telefunken die deutschen Stahlröhren eingeführt, worüber später noch berichtet wird.
Diese hatten erstmalig alle Anschlüsse auf einer Seite, also keine obere Gitterkappe mehr, - der einzige Vorteil gegenüber den drei Jahren zuvor erschienen Octalröhren.
Um dies zu erreichen wurde behauptet, dass das Elektrodensystem in der Röhre liegend (horizontal) in der Röhre montiert sein müsste. Damit wurde zwar Bauhöhe gespart (minimal und meist nutzlos), aber mehr Grundfläche verbraucht (14,52 cm² gegenüber 8,19 cm² der Octalröhren), was zumindest für Kompaktgeräte nachteilig war.
Das Monopol der einseitigen Anschlüsse für HF- und NF- Vorstufen-Röhren währte für Telefunken jedoch nur sehr kurz, da RCA als Reaktion darauf schon im Herbst 1938 mit den S-Typen 6SA7, 6SC7, 6SF5, 6SJ7, 6SK7 und 6SQ7 die ebenso kappenlosen-"single-ended" („einendig“) -Röhren herausbrachte.
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Auf die schlanken Octal-Metallröhren von RCA aus dem Jahr 1935 antwortete Telefunken 1938 mit ihren wuchtigen Stahlröhren ohne Gitterkappe, worauf noch im gleichen Jahr RCA postwendend wiederum mit immer noch gleich schlanken Metallröhren ebenfalls ohne Gitterkappe antwortete.
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Dabei wurde der bisherige Octal-Sockel unverändert beibehalten, ohne etwa die Grundfläche zu vergrößern oder gar das Elektrodensystem liegend montieren zu müssen. Um das Steuergitter von schädlicher Rückkopplung von der Anode und von Brummspannung von der Heizung abzuschirmen, genügten interne Abschirmungen sowie eine geschickte Stiftbelegung.
Dabei wurden noch nicht einmal alle bestehenden Abschirmungsmöglichkeiten genutzt. So hätte man den gesamten Sockelboden mit einer Blechhülle versehen können, einschließlich des mittleren Führungszapfens, wie es auch bei den Locktal- Röhren ausgeführt war. Da dies nicht notwendig war, wurde darauf verzichtet.
6SA7: Pentagrid-Converter, löst die zweiendige 6A8 ab,
6SF5: NF-Triode, löst die zweiendige 6F5 ab,
6SJ7: Pentode, löst die 6J7 ab,
6SK7: Regelpentode, löst die 6K7 ab,
6SQ7: Duodiode-Triode, löst die 6Q7 ab,
6SC7: NF-Doppeltriode, neu.
Später kamen hinzu:
6SB7: Pentagrid-Converter, steiler als die 6SA7, für VHF- Empfänger, (Ausgabejahr 1946)
6SF7: Regelpentode-Diode (1941),
6SG7: Regelpentode, steiler als die 6SK7, (1941)
6SH7: Pentode, steiler als die 6SJ7, (1941)
6SR7: low-µ-Duodiode-Triode, single-ended- Version der 6R7, (1940)
6SS7: Spar- Regelpentode, single-ended- Version der 6S7 (1941)
6ST7: low-µ- Spar- Duodiode- Triode, single-ended- Version der 6T7G (1941)
6SV7: steile Pentode-Diode (1946),
6SZ7: high-µ- Spar- Duodiode- Triode (1945).
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Selbstschwingende Mischstufe
Anstelle der Pentagrid-Converter- Röhre 6A8 mit Gitterkappe trat die kappenlose bzw. "single-ended" Pentagrid-Converter- Röhre 6SA7. Da nun nur noch 8 statt zuvor 9 Anschlüsse vorhanden waren und der „heilige“ Massestift Pin 1 auf keinen Fall geopfert werden durfte, wurde für die 6SA7 eigens eine neue Mischerschaltung entwickelt, bei der die Oszillator- Hilfsanode („Gitter“ 2) entfiel und stattdessen die Rückkopplung über die Katode erfolgte. Es blieb allerdings bei 5 Gittern, da noch ein Bremsgitter g5 eingefügt wurde, das die 6A8 nicht hatte, weshalb auch der Name Pentagrid-Converter erhalten blieb. Dieses Prinzip wurde auch bei den nachfolgenden Typen 6BE6 und 6BA7 beibehalten.
6A8 - 6SA7
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Gegenüber der vorherigen 6A8- Mischstufe vereinfachte sich die Schaltung der 6SA7 durch den Entfall der Hilfsanode, einschließlich deren Stromversorgung. Statt einer separaten Rückkopplungswicklung war nur noch eine Anzapfung der Oszillatorspule erforderlich, sehr zur Freude der Radioindustrie. Die neue Pentagrid-Converter- Schaltung funktionierte erstaunlich gut und war sogar frequenzstabiler als die alte Schaltung. In Amerika wurde sie zur neuen Norm, jedoch nicht in Europa, wo die Trioden-Hexoden/Heptoden- Schaltung mit separater Oszillator-Triode vorrangig blieb. |
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6Q7 |
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Andere Sockelschaltungen 6Q7- 6SQ7 Bei Duodioden- NF-Trioden ist es besonders wichtig, die Brummspannung der Heizung von anderen Anschlüssen, besonders vom Steuergitter, fernzuhalten. Dadurch musste die Sockelschaltung der 6SQ7 erheblich gegenüber der 6Q7 geändert werden. Die Heizung wurde auf die 2 benachbarten Stifte 7 und 8 verlegt, so wie es eigentlich immer schon sein sollte. Das Steuergitter g liegt auf Pin 2 zwischen dem Massestift Pin 1 und Katode auf Pin 3 und wird durch diese abgeschirmt. Die „heiße“ Heizungsseite wird auf Pin 8 gelegt, die kalte auf Pin 7, so dass auch die Anode a von schädlicher Beeinflussung getrennt bleibt. |
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6K7 |
6SK7 |
6K7 - 6SK7 Bei HF- Pentoden ist es besonders wichtig, die Kapazität zwischen Anode a und Steuergitter g1 gering zu halten. Daher wurden diese Anschlüsse auf zwei gegenüber liegende Stifte gelegt. Dies hatte zur Folge, dass bei der 6SK7 außer der Heizung und dem „heiligen“ Massestift Pin 1 alle andern Anschlüsse anders belegt wurden als bei der 6K7. Die 6SK7 wurde auch elektrisch verbessert mit etwas größerer Steilheit als die 6K7 und wurde für gleitende Schirmgitterspannung ausgelegt.
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6SQ7
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Aufbau der Metall- "single-ended" HF- Pentode 12SG7
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Um die Kapazität zwischen Anode a und Steuergitter g1 gering zu halten, wurden diese Anschlüsse auf die zwei gegenüber liegenden Stifte 4a und 4g gelegt. In der Röhre befindet sich neben dem Anodenanschluss 4a ein Abschirmblech 11 in Richtung Steuergitter. Das nicht sichtbare Absaugröhrchen befindet sich in einem Abschirmblechrohr (25), so dass auch im Sockel die Anschlussdrähte von Gitter 1 (4g) und Anode (4a) gegeneinander abgeschirmt sind. |
Abschirmröhrchen (25) mit seitlicher Fahne zum Einlöten in den Massestift |
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Eine Verwandtschaft, die man normalerweise nicht kennt:
Octal-Metallröhren und 7-Stift- Miniaturröhren (B7G, Pico-7)
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Zwischen den beiden B7G Pico-7- Miniaturröhren 6AQ5 und EB91 befindet sich eine ehemalige Octal-Metallröhre 6H6, bei der Sockel und Metallgehäuse entfernt wurden. Sieht man genau hin, erkennt man, das der Pressglasboden der 6H6 in Form und Größe sehr stark denen der beiden Miniaturröhren 6AQ5 und EB91 ähnelt. Das bedeutet, dass man zur Konstruktion der B7G Miniaturröhren exakt den gleichen Pressglasboden wie den für die Octal-Metallröhren verwendete, nur dass man statt dünner Drähte in genau der gleichen Anordnung dicke Stifte einschmolz, die direkt als Sockelstifte dienen konnten. Nebenbei: die EB91 stellt die konsequente Umsetzung von der Octal- Duodiode 6H6 in die B7G- Miniatur- Duodiode EB91 (6AL5, EAA91) dar. Die Diodensysteme sind jeweils technisch gleich, nur anders angeordnet. |
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Sieht man von unten auf die Röhren, erkennt man, wie sehr sich die Pressglasböden ähneln.
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Die zerlegte 6H6 passt mit den |
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Hätte man wie bei dieser 12A6 Stifte statt Anschlussdrähte in den Glasboden eingeschmolzen und das Absaugröhrchen nach oben verlegt, so hätte man auch Metallröhren in eine B7G – Pico-7- Fassung einstecken können. Dann wären es aber keine Octal-Röhren mehr gewesen. |
Bei portablen Geräten war der Bedarf an möglichst kleinen Röhren am größten und so ist es nicht verwunderlich, dass die ersten B7G Miniaturröhren die direkt geheizten Batterietypen 1R5, 1S4, 1S5 und 1T4 waren. Sie wurden am 13. 11. 1939 in die Electron Tube Registration List eingetragen und 1940 erschienen damit bestückte Radios.
Im Dezember 1941 wurden von RCA die ersten indirekt geheizten B7G Miniaturröhren 9001, 9002 und 9003 vorgestellt. Dies waren B7G- Versionen der vorherigen Acorn- Röhren 954, 955 und 956, deren Herstellung sehr aufwändig war und deren Umsetzung als B7G Miniaturröhren eine Produktionserleichterung darstellte.
Im Jahr 1942 erschien als erste neu entwickelte indirekt geheizte B7G Miniaturröhre die Triode 6C4, bald gefolgt von der Doppeltriode 6J6 und der Pentode 6AG5.
Es kamen immer mehr Typen hinzu, in 1945 hatte man mit der 6BE6, der 6BA6 und der 6AT6 alle Vorstufenröhren eines AM - Superhets als Miniaturröhren, 1946 folgten die Endröhre 6AQ5 und die Gleichrichterröhre 6X4, womit der Super- Miniaturröhrensatz komplett war.
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Referenzen, Quellen und Leseempfehlungen:
[1] Entnommen und übersetzt aus: „History And Develpoment Of The All- Metal- Radio Tube” von Bro. Patric Dowd, W2GK, Copyright (C) 1976, Reprinted in OTB Vol. 33, No. 2, June 1992
[6] „Amerikanische Röhren” von Fritz Kunze, Funkschau - Verlag, München, Januar 1942,
[7] Edward W. Herold : "Memories of early electron- tube development" in "The AWA Review", Vol. 7, 1992.
[9] "70 Years of Radio Tubes and Valves" v. John W. Stokes, Neuseeland, Vestal Press, 1982
[14] RCA Receiving Tube Manual 15; 1947
[15] New All Metal Radio Tubes; RCA Radiotron Division 1935
[16] L'Histoire Singulière du Tube Radio; G. Duperray 2009
[17] "Electron Tube Registration List", 1973, Electronic Industries Association, USA.
http://www.radiomuseum.org/dsp_searchtubes.cfm
https://frank.pocnet.net/other/RCA/index.html
http://www.tubebooks.org/tube_data.htm
Fortsetzung: Octal- Glasröhren, Octalröhren weltweit