Jupiter 83W

Ein kürzlich erworbener SIEMENS Jupiter 83W entpuppte sich im Verlauf der Reparaturarbeiten als ein so interessantes Gerät, dass ich mich dazu entschlossen habe, an dieser Stelle darüber zu berichten. Zunächst ein Bild von der Frontansicht des Gerätes im jetzigen Zustand. Das Gerät wurde originalgetreu restauriert, lediglich der mittig unter der Skalenscheibe liegende Betätigungsknopf der Netz-Schalttaste weicht vom Original ab. Dazu später mehr.

Das Gerät aus den Jahren 1938/39 ist bestückt mit den Röhren ACH1, AF3, ABC1, AL4 und AZ1. Es arbeitet auf den Wellenbereichen KW, MW und LW, hat einen TA-Eingang und verfügt über eine kontinuierliche Bandbreitenregelung mit kombinierter Klangblende. Die ZF liegt bei 468kHz, alternativ auch bei 473kHz. 

1    Schaltung

Zur Diskussion der Schaltung wird hier die Version von A.R.T. (Allgemeine Rundfunktechnik Bielefeld) verwendet, da sie (i) übersichtlicher ist als die Schaltung in den SIEMENS Originalunterlagen und (ii) im Gegensatz zu letzteren nach heutigem Kenntnisstand keine wesentlichen Fehler enthält.

1.1    Eingangsbandfilter

Man erkennt, dass auf MW und LW das hochinduktiv eingekoppelte Antennensignal über ein abgestimmtes Bandfilter auf den Eingang der ACH1 Mischröhre  gegeben wird. Auf KW wird vor dem Eingang der Mischröhre nur ein Einzelkreis verwendet; die Antennenankopplung ist hier niederinduktiv.

Interessant ist die Umschaltung des Bandfilter-Sekundärkreises:

Auf KW liegt der Kreishochpunkt direkt am Steuergitter der Mischröhre, der Fußpunkt über den Schalter (4) an HF-Masse. MW- und LW-Spule werden durch Schalter (4) kurzgeschlossen. 

Auf MW wird Schalter (5) geschlossen, wodurch nur noch die LW-Spule kurzgeschlossen ist. Anders als bei KW-Empfang wird der Kreishochpunkt der MW-Spule aber nicht direkt an das Steuergitter der ACH1 gelegt, sondern über die KW-Spule mit ihrem Paralleltrimmer. Da die Resonanzfrequenz dieses Parallelkreises (Sperrkreises) weit oberhalb des MW-Abstimmbereiches liegt, hat dies keinen Einfluss auf den MW-Abgleich.

Ähnliches gilt für den LW-Bereich, bei dem Schalter (4) und (5) offen bleiben. Somit liegen sowohl die KW- als auch die MW-Spule mit ihren Paralleltrimmern in Reihe zum Eingang der Mischröhre.

1.2    Oszillator

Weit komplexer ist der Aufbau des Oszillatorkreises:

Die abgestimmten Kreise liegen in der Anodenleitung des ACH1 Triodensystems, die induktiven Ankopplungen im Gitterkreis. 

Auf KW wird der abgestimmte Kreis in Serienspeisung betrieben, d.h. die Anodenspannung wird über einen 12 KΩ Widerstand in den über 5nF an Masse liegenden Kreisfußpunkt eingespeist. Im Gegensatz hierzu erfolgt die Einspeisung der Anodenspannung bei MW- und LW-Betrieb parallel zum Schwingkreis. Wie bei Pitsch erläutert, wird diese Art der Speisung mit dem Ziel einer über den Abstimmbereich möglichst konstanten Oszillatoramplitude gewählt - die Vorbedingung für möglichst gleichbleibende Mischsteilheit

Da sich bei MW und LW beim Überstreichen des Abstimmbereiches der Resonanzwiderstand des Oszillatorkreises und damit die Oszillatoramplitude stark ändern, versucht man dem durch die bedämpfende Wirkung eines Parallelwiderstandes von sehr viel niedrigerem Wert als dem Resonanzwiderstand dieser Amplitudenvariation entgegenzuwirken. Natürlich sind dieser Bedämpfung und der daraus resultierenden Nivellierung der Oszillatoramplitude dadurch Grenzen gesetzt, dass die für die Aufrechterhaltung der Schwingung notwendige Mindestamplitude nicht unterschritten werden darf.

Bei KW, wo die Resonanzwiderstände und Güten sowieso viel niedriger liegen, bemüht man sich dagegen, den Schwingkreis nicht noch zusätzlich zu bedämpfen, und geht daher zur Serienspeisung über.

Erstaunlich ist in diesem Zusammenhang die Tatsache, dass in der GW-Version des Jupiter der Oszillatorschwingkreis am Gitter des Triodensystems der Mischröhre CCH1 liegt und die Ankoppelwicklung im Anodenzweig. Hier die A.R.T. Schaltung des Jupiter 83GW:

Dazu zunächst einige allgemeine Kommentare.

Im Prinzip ist die im 83W gewählte Oszillatoranordnung mit dem Schwingkreis an der Anode günstiger, da sie weniger empfindlich gegenüber Veränderungen der Gitterkapazität ist. Solche Veränderungen treten bei geregelten Mischröhren auf, da die Regelung der g₁ Spannung des Hexodensystems die Verteilung der Raumladungselektronenwolke und damit auch die internen Kapazitätsverteilung beeinflusst. Über die interne Verbindung des g₃ des Hexodensystems mit g₁ des Triodensystems werden diese Kapazitätsänderungen in das Triodensystem verschleppt und beeinflussen den Oszillator. Aus der Sicht möglicher Frequenzverwerfungen ist es daher bei geregelten Mischröhren günstiger, den Resonanzkreis nicht ans Gitter sondern an die Anode der Triode anzuschließen. In diesem Fall wird nämlich der Einfluss der Kapazitätsänderungen  am Oszillatorgitter auf den Schwingkreis quadratisch mit dem Kopplungsverhältnis abgeschwächt. Frequenzverwerfungenen bleiben daher auch im KW-Bereich außerordentlich klein.

Der Grund warum die SIEMENS Entwickler seinerzeit für die Allstromversion des Gerätes trotzdem auf die "inverse" Version der Oszillatorschaltung übergegangen sind, dürfte der folgende sein:

Zum Erreichen der höchstmöglichen Mischsteilheit der ACH1/CCH1 von 0,75mA/V benötigt man gemäß Ratheiser eine Spannungsamplitude am Oszillatorgitter von ca. 10Veff. Geht man von einem Übersetzungsverhältnis des Oszillatorkreises von 1/5 bis 1/10 aus, so benötigt man über dem Schwingkreis eine Spannung zwischen 50 und 100V_eff.  

 

 

Die Betriebsspannung an der Anode der Oszillatortriode bei Betrieb am 110V= Netz liegt aber gemäß SIEMENS Serviceunterlagen bei nur. +53V (im Gegensatz zu +135V im 83W). Da die anderen Schaltbilder keine Spannungsangaben zeigen, wurde hier auf die SIEMENS-Originalunterlagen zurückgegriffen.

Wollte man nun im Interesse hoher Mischsteilheit eine Gitterspannungsamplitude im oben genannten Bereich erzielen, so wäre man gezwungen gewesen, die Röhre sehr weit auszusteuern - mit entsprechenden Konsequenzen hinsichtlich des Oberwellengehalts der Oszillatorschwingung.

 

Die Entwickler standen also vor dem Dilemma, entweder (i) eine mit größerem Oberwellengehalt behaftete Oszillatorschwingung oder (ii) auf KW etwas größer Frequenzverwerfungen zu akzeptieren. Man sah offenbar letzteres als das kleinere Übel an.

Zur besseren Veranschaulichung sind hier noch einmal die beiden Schaltungsvarianten direkt gegenübergestellt:

                          83W                                                                                   83GW  

 

In obigem Schaltbild des 83W erkennt man, dass in allen Spulen (auch in den Vorkreisspulen, die hier nicht sichtbar sind) die Pfeile für "justierbar" und "stetig regelbar" (Bandbreiten-Spulenfahrstuhl im 1. BF) vergessen wurden.

 

1.3    ZF-Verstärker, Demodulation, NF-Verstärker 

Der ZF-Verstärker, die Demodulation und der NF-Verstärker bieten keine Besonderheiten und werden daher nur kurz behandelt.

Zwischen Mischstufe und ZF-Verstärker liegt ein Bandfilter mit variabler Durchlassbreite. Die Verstellung erfolgt über Variation der induktiven Kopplung zwischen Primär- und Sekundärseite. Die Sekundärspule ist zu diesem Zweck in 2 Teilspulen aufgespalten, von denen der eine Teil mit Hilfe einer "Fahrstuhl-Mechanik" der Primärspule mehr oder weniger genähert wird. Ein Blick in die Mechanik wird im folgenden Abschnitt gezeigt. Zwecks Reduktion der Bedämpfung erfolgt die Ankopplung der nachfolgenden Regelpentode AF3 über eine Anzapfung der BF-Sekundärspule.

 

 

 

Das verstärkte ZF-Signal wird in einem 2. BF gefiltert und  wiederum zwecks Reduktion der Kreisbedämpfung durch die nachfolgende Demodulationsstufe von einem Abgriff der Sekundärspule über zwei 50 pF Koppelkondensatoren (Teile Nr. 57, 58) auf die Diodenstrecken der ABC1 gekoppelt.

Mit dem Ziel den Regelspannungseinsatz zu verzögern, wurde die Kathode über einen Spannungsteiler auf einen Sockelwert von +1,5V gesetzt. Die NF-Demodulation ist von diesem verzögerten Einsatz nicht betroffen, da der Arbeitswiderstand (Nr. 61) nicht auf Massepotential sondern auf Kathodenpatential führt → Vorteil zweier getrennter Demodulatordioden!

 

 

 

 

Bevor das demodulierte Signal der NF-Endpentode AL4 zugeführt wird, wird es im Triodensystem der ABC1 vorverstärkt. Vor dem Steuergitter der Endpentode liegt ein Tiefpassglied 0,2 MΩ & 5 nF, das über einen Schaltkontakt der Bandbreitenverstellung in der schmalsten Stellung aktiviert wird (Schaltkontakt zwischen dem unteren Ende des 5 nF Kondensators und Masse).

 

1.4    Fehler in den Schaltbildern

Schaltbild und Stücklisten der originalen SIEMENS Serviceunterlagen des 83W enthalten 2 Fehler:

Bauteil 63: Widerstand Sollwert: 250 Ω, in der Stückliste angegeben ist 250 kΩ

Bauteil 77: Kondensator Sollwert: 500 pF, in der Stückliste angegeben ist 5000 pF

Bei der 83GW Version stehen für die entsprechenden Bauteile (263 und 277) in den SIEMENS-Unterlagen die korrekten Werte:

                       83W                                                      83GW

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im Lange-Nowisch Schaltbild wurde ein Fehler korrigiert (Teil 63: R=250 Ω) während der Wert des Tiefpasskondensators fehlerhaft ist:

Nur im oben gezeigten A.R.T. Schaltbild sind die Werte korrekt angegeben. Vermutlich stand dieses Unternehmen in Verbindung mit den Servicewerkstätten und hatte entsprechende Rückmeldung erhalten.

 

2    Technische Details

2.1    Allgemein

Entfernt man die Rückwand, so sieht man, dass für den Schaltungsaufbau an Stelle eines metallischen Chassis eine Pertinaxplatte verwendet wurde, und dass diese von einem vertikalen Holzrahmen gehalten wird.

Die Stromversorgungseinheit mit der Gleichrichterröhre AZ1 befindet sich deutlich entfernt von der Hauptplatine (geringe Brummeinstreuungen)  auf der rechten Seite. Die roten Pfeile zeigen auf 2 Schrauben, die für die Demonatge der Gehäusefrontblende gelöst werden müssen. Dieser Punkt wird weiter unten eingehend behandelt.

Im folgenden Bild wurden die Röhren und die Abschirmhauben der Filter entfernt, damit man den Innenaufbau derselben erkennen kann:

Von links nach rechts: Unter dem Drehko das Eingangsbandfilter für MW und LW mit der hochinduktiven Antennenankopplung, rechts daneben die "schwimmend" gehaltene Fassung der ACH1 (alle anderen Röhrenfassungen sind aufgenietet), danach das 1. BF mit dem Spulen-Fahrstuhl zur Bandbreitenverstelllung, rechts daneben die Fassung der AF3 und darüber das 2. ZF-Bandfilter.

2.2    ZF-Filter

Hier zunächst eine Nahaufnahme der beiden ZF-Bandfilter:

Der rote Pfeil zeigt auf den der induktiven Bandbreitenregelung dienenden Spulen-Fahrstuhl des 1. ZF-Bandfilters. Die im vorliegenden Fall oben liegende Sekundärspule des Bandfilters ist in 2 Einzelspulen aufgeteilt: eine Hauptspule, die den größten Teil der Windungen trägt, und eine kleinere, am Fahrstuhl befestigte Koppelspule, die mit der Hauptspule in Reihe geschaltet und mit dieser über flexible Drähte verbunden ist. Zur Änderung der Bandbreite wird mit Hilfe des vertikalen Stößels (unterhalb der Pfeilspitze)  der Fahrstuhl auf und ab bewegt und damit die Koppelspule der unten liegenden Primärspule mehr oder weniger genähert.

Eine Besonderheit stellen die der Filtertopologie angepassten roten Glimmerkondensatoren dar. Häufig wurden in ZF-Filtern dieser Epoche die berüchtigten Glimmerkondensatoren des Herstellers HESCHO verwendet, bei denen sich über die Jahre Kontaktprobleme zwischen den genieteten Kontaktierungen und den Metallbelägen einstellten. Die hier verwendeten, vergossenen Glimmerkondensatoren sind noch immer intakt und werthaltig.

 

 

 

 

Zur Thematik dieser speziellen Kondensatoren hier zwei von Prof. Rudolph zur Verfügung gestellte Ausschnitte aus den SIEMENS "Veröffentlichungen auf dem Gebiet der Radiotechnik":

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3    Netztransformator

Auch bei dem Netztransformator handelt es sich um einen speziellen Typ mit körperlosem Wickel, eingepresstem Kern, und der hier bereits detailliert beschriebenen Thermosicherung.

Hier 2 Bilder aus der SIEMENS Dokumentation:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Defekte Transformatoren dieses Typs reparieren zu wollen, ist ein hoffnungsloses Unterfangen, da zunächst der sehr fest sitzende Presskern herausgedrückt werden muss - ohne diesen zu verkanten! Selbst wenn dies gelingt, und man schafft eine neue Wicklung aufzubringen, ist es ohne spezielle Vorrichtungen praktisch unmöglich den Presskern wieder in seine ursprüngliche Position zurückzudrücken. Es ist also ein großes Glück, ein Gerät zu erwerben, bei dem der Transformator noch intakt ist.

 

2.4    Potentialausgleich des Lautsprechers

Bei näherer Betrachtung des Ausgangstransformators und des Lautsprechers fällt auf, dass das Lautsprecherchassis über eine Drahtbrücke leitend mit dem Kern des Ausgangstrafos und dieser wiederum mit der auf Massepotential liegenden Abschirmung der von der Anode der AL4 zum Ausgangstrafo führenden Leitung verbunden ist. (Grüne Pfeile)

Der Zweck dieser Verbindungen dient zur Ableitung elektrostatischer Ladungen, die sich durch die Schwingbewegung der Lautsprechermembran akkumulieren und zu Überschlägen zwischen Schwingspule und Lautsprecherchassis führen können.

 

Diese Problematik wurde bereits früher im Verlauf der Reparatur einer Kammermusik-Schatulle 95W angesprochen. 

 

2.5    Demontage der Gehäusefront

Will man Reparaturen an der Chassisverdrahtung vornehmen, fragt man sich, wie diese zugänglich gemacht werden kann. Von der Rückseite her ist das offensichtlich nicht möglich - es sei denn man demontiert das Pertinax-Chassis vom Holzrahmen. Das ist nicht die von Hersteller vorgesehene Vorgehensweise!

Nahe dem Gehäuseboden sieht man von der Geräterückseite her 2 Schrauben (rote Pfeile) die gelöst werden müssen.

 

 

 

 

 

 

 

Nach Lösen dieser 2 Schrauben lässt sich der Gehäuse-Frontrahmen wegkippen:

 

 

 

 

 

 

 

Wie man sieht, ist nur der untere Teil des Frontrahmens mit Schrauben fixiert. Der oberere Teil wird durch Federstahllaschen festgeklemmt.

Man kann nun bequem die Skalenscheibe, den Skalenzeiger und die Skalenrückwand demontieren und hat die Chassisverdrahtung vor sich. In meinem Fall in unberührtem Originalzustand:

2.6    Abgleich

Der Abgleich gestaltet sich so ungewöhnlich wie das ganze Gerät. Wie man an folgendem Ausschnitt der SIEMENS-Serviceschrift sieht, sind nur wenige Abgleichelemente von der Geräterückseite zugänglich. Für den größten Teil der Abgleicharbeiten müssen die oben beschriebenen Schritte zur Freilegung der Chassisunterseite durchlaufen werden. Da in deren Verlauf auch der Skalenzeiger demontiert wird, zeigt die Skizze in der Abgleichvorschrift eine Bündigkeitsmarke, d.h. die Sollposition an der der Skalenzeiger vor Beginn der Abgleicharbeiten bei ganz eingedrehtem Drehko stehen muss, bevor er am Skalenseil fixiert wird.

 

 

Die Position aller Marken ist im Bild hierunter mit grünen Pfeilen angedeutet

 

 

 

 

 

 

 

Einige der  Abgleichmarken erkennt man übrigens auch im Bild in Abschnitt 3.3 weiter unten -> rot markierte vertikale Kerben.

 

 

 

3    Instandsetzung

3.1    Gerät brummt zu laut

Das Gerät war offenbar Anfang der fünfziger Jahre im Netzteil auf neue Elkos umgerüstet worden (linkes Bild), die im Laufe der Jahre den größten Teil ihrer Kapazität verloren hatten. Anhand der SIEMENS-Serviceunterlagen (beim Modell hochgeladen) konnte recht genau abgeschätzt werden, wie der originale Netzelko ausgesehen haben muss: d=35mm, h=155mm. Solch ein Kondensator befand sich in meinem Fundus, und wurde mit neuen Kondensatoren bestückt. Das Netzteil zeigt nun wieder sein originales Aussehen (rechtes Bild) und der Brumm ist auf das normale Mass gesunken.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2    Kein LW-Empfang

Wie man sofort erkennt, wurde für den LW-Paddingkondensator 220pF (vom LW-Oszillatorschwingkreis nach Masse) ein Glimmerkondensator des Herstellers HESCHO verwendet (grüner Pfeil), die häufig Mängel in der Kontaktierung aufweisen. Im vorliegenden Fall wies dieser Kondensator einen besonders ungewöhnlichen Fehler auf: Er wurde ausgelötet und auf R&S KARU gemessen. Der gefundene Wert lag nahe beim Sollwert. Für die Messung wurden die Anschlussdrähte abgewinkelt und für den nachfogenden Wiedereinbau wieder gestreckt. Da kein anderer Defekt gefunden wurde, der für den fehlenden LW-Empfang verantwortlich sein konnte, wurde der HESCHO-Kondensator versuchsweise mit einem anderen 220 pF Kondensator überbrückt und das Gerät funktionierte wieder auf LW. Der Grund für dieses Rätsel lag darin, dass bei abgebogenen Anschlussdrähten die Nieten mit dem Kondensatorbelägen Kontakt machten, nicht aber im gestreckten Zustand. Der Kondensator wurde durch 2 in Serie geschaltete Glimmerkondensatoren von jeweils 444 pF /1% des Herstellers JAHRE ersetzt:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3    Knacken bei Abstimmung auf KW 

Beim Drehen des Senderknopfes hörte man auf KW unabhängig von der Position der Abstimmung ein lautes Knacken. Normalerweise fällt der Verdacht auf Feinschlüsse zwischen Rotor und Stator des Drehkondensators. Da der Effekt aber nur auf KW auftrat, musste es einen anderen Grund geben. So wurden alle die Teile untersucht, die sich beim Betätigen der Abstimmung bewegen.

Letzten Endes zeigte sich, dass die Störungen auf schlechten Kontakt zwischen der Geräte-Masse und dem Stahl-Skalenseil zurückzuführen waren. Wie man im folgenden Bild sieht, war man sich dieses Problems offensichtlich bewusst und hat daher die Spritzguss-Skalenhalterung über eine Drahtbrücke mit der Gerätemasse verbunden (grüne Pfeile):

Unglücklicherweise hat sich aber die Kontaktierung zwischen den Skalenseil-Umlenkrollen und deren Achsen durch Verschmutzung und Abrieb über die Jahre stark verschlechtert, sodaß die Masseverbindung des Skalenseils nicht mehr oder nur noch stochastisch gewährleistet war. Nach Reinigen und Fetten der Umlenkrollen-Achslager mit Silberkolloidfett, war die Kontaktgabe wieder zuverlässig und der Fehler behoben.

 

 

 

Eine erschöpfende Behandlung der Ursachen solcher Knackstörungen, die auf Potential-Ausgleichsvorgänge mit Mikrofunkenbildung zurückgehen, würde den Rahmen dieses Beitrags sprengen.

 

3.4    Netz-Schalttaste

Bei Erhalt des Gerätes war die Netz-Schalttaste durch einen Kippschalter ersetzt worden. Ein Sammlerkollege hat mir freundlicherweise den originalen Netzschalter zukommen lassen, der die Form eines altmodischen Nachttischlampenschalters hat: 

 

 

 

 

 

 

 

 

In die Chassishalterung eingesetzt sieht das so aus:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In der Rückansicht erkennt man, dass manche unter dem Modell hochgeladene Gerätebilder diesen Schalter zeigen, andere aber auch offensichtlich andere Schalter.

Bei der Montage des Schalter muss mit äußerster Vorsicht gearbeitet werden. Die Überwurfmutter darf nur sehr vorsichtig angezogen werden, da sonst das Spritzgussgewinde abreisst. Vermutlich versagte dieser Schalter aufgrund seiner filigranen Bauweise und der hohen elektrischen Belastung beim Schalten der induktiven Last recht häufig und wurde dann durch robustere Schalter ersetzt.

Die verbleibende Schwierigkeit liegt nun darin, dass der von der Gerätefront zurückgesetzt montierte Schalter bedient werden musste. Dazu diente ein Drücker, der in der Frontblende eingesetzt war und bei der Demontage zusammen mit dieser abgenommen wurde. Dieses Teil fehlt mir leider und ein Nachbau scheitert daran, dass bei den unter dem Modell hochgeladenen Bildern nicht genau zu erkennen ist, wie es ausgesehen hat. Vielleicht kann mir einer der Kollegen weiterhelfen, damit der im Moment als Notbehelf eingesetzte Tastenkopf durch das Original ersetzt werden kann? 

 

Schlussbemerkung

Das Gerät funktioniert nun nach den beschriebenen Reparaturmassnahmen und Ersatz einiger Wickelkondensatoren mit prohibitiv hohen Leckströmen sowie den üblichen Reinigungsmassnahmen (Wellenschalterkontakte, Drehko...) ohne jeglichen Neuabgleich mit sehr guter Empfindlichkeit und Lautstärke.

Harald Giese, 13.Aug.16

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