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Die 1,4-V-Batterieröhren

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Pius Steiner
 
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17.Jul.14 15:48
 
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Die 1,4-V-Batterieröhren zur Verwendung
mit Trockenbatterien


Quelle, Auszug aus:
"DATEN UND Schaltungen MODERNER EMPFÄNGER- UND KRAFTVERSTÄRKER RÖHREN"
 Philips 1942

 

Für die Heizfadenspeisung der Batterieempfänger stehen verschiedene Stromquellen zur Verfügung, wie der Bleiakkumulator, der Nickel-(Ni-Fe) akkumulator, das Luftsauerstoffelement und die Trockenbatterie.
Bis vor kurzem wurde, trotz der vielen Unbequemlichkeiten, welche dem Bleiakkumulator anhaften, fast ausschließlich die ersterwähnte Heizstromquelle für die Heizung verwendet. An erster Stelle verursacht der Umstand, daß der Bleiakkumulator regelmäßig aufgeladen werden muß, oft eine große Schwierigkeit; zu diesem Zweck muß nämlich der Akkumulator vielfach über große Abstände transportiert werden, und abgesehen von den Unbequemlichkeiten und den Kosten für das Aufladen, muß der Bleiakkumulator von Zeit zu Zeit kontrolliert und die Säure erneuert werden. In verschiedenen Fällen ist zur Vermeidung der erwähnten Schwierigkeiten der Bleiakkumulator denn auch von dem Luftsauerstoffelement, der jedoch ohne Flüssigkeit versandt werden kann, ersetzt worden. Diese Sauerstoffelemente haben eine sehr lange Lebensdauer. Demgegenüber stehen jedoch auch einige Nachteile; so sind die Abmessungen sehr groß, die Anschaffungskosten verhältnismäßig hoch, und außerdem sind diese Batterien äußerst empfindlich für Überbelastung.


Abb.1

Graphische Darstellung der Heizfadenenergieverringerungen bei verschiedenen Röhrentypen für Batterieheizung.


Die Nickelakkumulatoren haben hauptsächlich dieselben Nachteile wie die Ble-akkumulatoren. Die Trockenbatterien wurden bis heute sehr wenig verwendet, weil sie über einer bestimmten Stromentnahme sehr unwirtschaftlich sind. Bei den bestehenden 2-V-Röhren wurde für einen normalen Empfänger der noch wirtschaftliche Stromwert weit überschritten.

Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß die Grenze, bis zu welcher eine Trockenbatterie im Vergleich zu einem Akkumulator (einschließlich Bezugspreis und Unterhaltungskosten) aus wirtschaftlichen Gründen noch in Frage kommt, bei einer Stromabnahme von annäherungsweise 250 mA liegt. Bei einer noch niedrigeren Stromabnahme wird die Lebensdauer einer Heizbatterie wesentlich verbessert, wodurch die Betriebskosten stark herabgesetzt werden (im allgemeinen nimmt die Lebensdauer der Heizbatterien proportional etwas mehr zu als die Stromabnahme abnimmt). Es ist demnach äußerst wichtig, den Gesamtheizstrom eines Gerätes möglichst herabzusetzen, was mit den Röhren der neuen D-Serie tatsächlich gelungen ist. Nehmen wir z.B. einen 4 - Röhren- Überlagerungsempfänger, der mit den früheren K-Röhren ausgestattet ist (beispielsweise KK 2, KF 3, KBC 1 und KL 5), so ist dessen Stromverbrauch bei einer Spannung von 2 V gleich 380 mA. Mit den neuen D-Röhren (DK 21, DF 21, DBC 21 und DL 21) wird der Gesamtheizstromverbrauch 175 mA betragen; also ein bedeutender technischer Fortschritt!


Abb. 2

Lebensdauerkurven von Batterien mit einer Nennspannung von 1,4 V und einer Leistung von etwa 225 Amperestunden, wobei vorausgesetzt wurde, daß der damit betriebene Empfänger täglich 4 Stunden eingeschaltet bleibt. Die obere Kurve entspricht einem Empfänger mit einem Gesamtheizstrombedarf von 200 mA. Die Lebensdauer der Batterie beträgt dann etwa 1100 Stunden. Bei einem vierstündigen Betrieb pro Tag bedeutet dies also eine Gesamtbetriebsdauer von etwa 9 Monaten!
Bei einer Stromabnahme von 150 mA (im Falle von Verwendung der Sparserie) beträgt die Lebensdauer der Batterie sogar etwa 1200 Stunden.

 

Abb. 3

Lebensdauerkurven von Batterien mit einer Nennspannung von 1,4 V und einer Leistung von 90-100 Amperestunden; auch bei diesen Batterien wird ein vierstündiger Tagesbetrieb vorausgesetzt.
Die obere Kurve entspricht wieder einem Empfänger mit einem Gesamtheizstrombedarf von 200 mA, die entere Kurve einem Empfänger mit einem Heizstrom von 150 mA. Die Lebensdauer dieser Batterien ist zwar zweimal geringer als die der Abb. 2, aber das Gewicht der Batterie ist entsprechend kleiner.
Obige Lebensdauerkurven von Batterien beziehen .ich auf einige Markenprodukte guter Qualität.


Für die Verringerung des Heizstromes mußten zwei grundlegende Faktoren berücksichtigt werden, nämlich:

  1. die Verringerung der Dicke der auf den Heizfäden angebrachten Emissionsschicht, sowie die Verwendung eines Materials hoher Zugfestigkeit, das die Verwendung eines dünnen Heizfadens gestattet;
  2. die Verringerung des Abstandes zwischen Kathodenoberfläche und Gitter.

Bei einer bestimmten Temperatur der Kathodenoberfläche ist der Heizstromverbrauch proportional der Länge und dem Durchmesser des Fadens, einschließlich der darauf angebrachten Emissionsschicht. Da die Steilheit einer Röhre nicht vom Durchmesser des Fadens, sondern bei gleichbleibender Dimensionierung der anderen Elektroden nur von der Länge des Fadens abhängig ist, bedeutet eine Herabsetzung des Fadendurchmessers und der Dicke der Schicht eine Verringerung des Heizstromes und damit der Heizleistung, wenn dieselbe Oberflächentemperatur beibehalten bleibt. Unter diesen Umständen wird also eine Verringerung des Heizstromverbrauches erzielt, ohne daß die Steilheit beeinträchtigt wird.

So hatten die Röhren der früheren K-Serie einen Fadendurchmesser von 25 µ und die emittierende Schicht einen von 30 µ, so daß sich ein Gesamtdurchmesser von 85 µ ergab. Bei den Röhren der neuen D-Serie konnte durch ein neues Verfahren die Dicke der emittierenden Schicht bis auf 10 µ herabgesetzt werden.
Ein weiterer, gleich wichtiger Faktor ist, wie schon oben gesagt, die Dicke des Fadens. Der Wolframdraht hat dem oft verwendeten Nickeldraht gegenüber eine bedeutend höhere Zugfestigkeit, so daß ein bruchsicherer Draht von nur 10 µ (gegenüber 25 µ in den früheren Batterieröhren) verwendet werden kann. Der Gesamtdurchmesser der Kathode der neuen D-Röhren beträgt also nur 30 µ, im Vergleich zum früheren Wert von 85 µ eine bedeutende Reduktion! Um diesen Faden bis zu derselben  Oberflächentemperatur zu erhitzen, ist natürlich ein viel niedrigerer Strom notwendig. Demzufolge konnte, bei gleich bleibenden elektrischen Daten und unter Berücksichtigung der größten Betriebssicherheit, die Verringerung des Abstandes zwischen Kathode und erstem Gitter, und bei einer enstprechenden Dimensionierung der Fadenlange, eine weitere Herabsetzung des Heizstromverbrauches erzielt werden.

Bei den betreffenden D-Röhrenserien wurde von Trockenbatterieelementen ausgegangen, deren Nennspannung 1,4 V beträgt. Der Heizfaden wurde daher für eine Spannung von 1,4 V oder ein Vielfaches davon konstruiert. Diese Spannungswahl bietet den Vorteil, daß der Heizfaden nur während einer sehr kurzen Dauer auf die Höchstspannung der Batterie verwendet wird. Weiterhin zeigte es sich aus verschiedenen an Trockenbatterien vorgenommenen Messungen, daß erst in der zweiten Hälfte der Lebensdauer der Batterie die Heizspannung sich um etwa 10% des Nennwertes verringert hatte.

Die Abb. 2 und 3 zeigen einige Entladekurven von Trockenbatterien mit einer Nennspannung von 1,4 V. Für diese Messungen sind zwei Batteriesorten verschiedener Leistung gewählt worden. Abb. 2 gibt die Kurven von Batterien größerer Leistung. Bei einer Stromentnahme von 150 mA (wie z.B. bei Verwendung der Sparserie DK 21, DF 21, DAC 21 und DL 21) zeigt es sich, daß die Heizstrombatterie erst nach etwa 1000 Betriebsstunden um 10% des Nennwertes abgefallen ist. Weiter zeigt diese Abbildung, daß die Batteriespannung nach dem Erreichen dieses Wertes schnell herabsinkt und nach weiteren 200 Betriebsstunden die untere Grenze von 1,1 V erreicht hat. Bei einer größeren Stromentnahme von 200 mA wird der Grenzwert von 1,1 V nach etwa 1100 Stunden erreicht; dann wird die Spannung nach etwa 700 Stunden um 10% des Nennwertes abgefallen sein.

Diese Batterien haben jedoch ein ziemlich schweres Gewicht (abhängig von dem Fabrikat und von dem Typ, (3 bis 3,8 kg), so daß sie praktisch nur für Verwendung in standfesten Apparaten in Frage kommen werden.

Abb. 3 gibt zwei Kurven von Batterien geringerer Leistung. Das Gewicht ist dann entsprechend kleiner, nämlich 1 bis 1,5 kg, so daß diese Batterien auch in tragbaren Empfängern Anwendung finden.

Es gibt noch kleinere Batterien; deren Anwendungsmöglichkeiten sind aber für den praktischen Gebrauch sehr beschränkt, da ein zu häufiges Auswechseln der Batterien nötig ist, was selbstverständlich sehr unbequem ist.
Es werden auch noch kombinierte Batterien benützt, in denen eine Anoden- und Heizstrombatterie vereinigt sind. Diese haben jedoch den Nachteil, daß die Batterien im allgemeinen nicht gleichzeitig auf ihren minimalen Spannungswert abgefallen sind. Als untere Grenze für diese 1,4-V-Batterieröhren ist 1,1 V angenommen; als obere Grenze für die Heizspannung wird mit 1,5 V gerechnet.


Abb. 4

Ausgangswechselspannung als Funktion der Anodenbatterie- und Heizspannung bei verschiedenen Werten der Eingangswechselspannung eines Empfängers, der mit den Röhren DK 21, DF 22, DBC 21 und DL 21 ausgestattet ist. Durch die ausgleichende Wirkung der automatischen Lautstärkeregelung nimmt die Ausgangswechselspannung bei starken Eingangssignalen nur wenig ab. Nur bei sehr schwachen Signalen, wo die automatische Regelung noch nicht wirksam ist, sind die Verhältnisse ungünstiger  (z.B. bei Vi = 15 µV).
 

Um einen Eindruck des Verhaltens eines Batterieempfängers bei sinkender Anoden- und Heizspannung zu gewinnen, gibt Abb. 4 noch einige Kurven der Ausgangswechselspannung als Funktion der Batteriespannung bei verschiedenen Eingangswechselspannungen. Aus dieser Abbildung geht deutlich hervor, daß der Spannungsrückfall der Batterien erst bei sehr schwachen Signalen, wofür die automatische Lautstärkeregelung noch nicht wirksam ist, recht gut bemerkbar wird.

Außer der Anwendung für Batteriegeräte (sowohl mit Trockenbatterien als mit Akkumulatoren), gibt es für die Röhren der neuen D-Serien durch eine geeignete Wahl der Heizströme auch noch weitere Anwendungsmöglichkeiten in Batterie-/Gleichstrom-/Wechselstromempfangsgeräten (kurz gefaßt: BGW-Empfänger). Diese Empfänger werden ohne Zweifel durch ihre besonderen Eigenschaften wesentliche Bedeutung bekommen, weil sie ja die wichtige Eigenschaft besitzen, ohne Anwendung spezieller Hilfsmittel, wie z.B. Vibratoren, und ohne verwickelte Umschaltungen, nicht nur für Batterie-, sondern auch für Gleichstrom- oder Wechselstrombetrieb geeignet zu sein.
Um den verschiedenen praktischen Bedürfnissen zu genügen, sind zwei Serien der neuen D-Röhren entwickelt worden:


1. DIE SPARRÖHREN

Bei diesen Röhren handelt es sich um eine bis auf das Äußerste herabgesetzte Heizleistung. Die Sparserie besteht aus folgenden 4 Typen:


DK 21

eine Mischoktode mit einem Heizstrombedarf von 50 mA. Trotz dieses äußerst niedrigen Heizstromes konnte eine Cberlagerungssteilheit von 500 (A/V erreicht werden.

DF 21
eine H.F.- und Z.F: Penthode mit einem Heizstrom von nur 25 mA;

DAC 21
eine Diode-Triode mit einem Heizstrombedarf von 25 mA; der Verstärkungsfaktor des Triodenteiles beträgt 40;

DL 21
eine Endpenthode mit einem Heizstrom von 50 mA. Bei einer Anoden- und Schirmgitterspannung von 90 V ist mit dieser Röhre bereits eine maximale Ausgangsleistung von 170 mW erreichbar.

Vergleichen wir diese Typen mit den entsprechenden Röhren der 2 V-K-Serie, so sehen wir, daß wirklich eine bedeutende Stromersparnis erzielt ist. Nehmen wir hierfür als Beispiel die Bestückung eines normalen 4-Röhren-Überlagerungsempfängers, so erhalten wir folgendes Ergebnis:

Es ist also möglich, mit den obigen 1,4-V-Röhren einen Überlagerungsempfänger mit einem Gesamtheizstromverbrauch von 150 mA bei einer Heizspannung von 1,4 zu bauen; mit den ungefähr gleichwertigen K-Typen würde der Gesamtheizstromverbrauch 380 mA betragen!

 

2. DIE HOCHLEISTUNGSRÖHREN

Diese Serie umfaßt eine Reihe von Hochleistungstypen mit elektrischen Daten, die etwa denen der 2-V-Röhren der bisherigen K-Serie entsprechen. Um die elektrischen Eigenschaften zu verbessern, mußte der Strom etwas höher sein als bei den Sparröhren. Im Vergleich zu den 2-V-Röhren gewähren aber auch diese Röhren eine beträchtliche Stromersparnis. Die Serie enthält nachfolgende 5 Typen:

DK 21
Diese Mischoktode wurde bereits unter den Sparröhren erwähnt. Dank
ihrer besonderen elektrischen Eigenschaften wird diese Röhre auch in Kombination mit den Hochleistungstypen verwendet.

DF 22
eine gut regelbare H.F.-Penthode mit einem Heizstrom von 50 mA. Die maximale Steilheit beträgt 1,1 mA/V.

DBC 21
eine Doppeldiode-Triode mit einem Heizstrom von 50 mA. Der Verstärkungsfaktor des Triodenteiles beträgt 25; da diese Röhre einen sehr geringen Innenwiderstand hat, eignet sie sich auch für Verwendung mit Transformatorkopplung.

DLL 21
eine Doppelpenthode-Endröhre für eine Gegentakt-Endstufe. Beide Systeme
dieser Röhre haben zwei Heizfäden. Durch zweckmäßigen Anschluß an den Sockel können nach Belieben entweder ein Heizfaden oder aber beide Heizfäden verwendet werden, so daß die Röhre, was die Heizung anbelangt, verschiedene Verwendungsmöglichkeiten bietet; sie kann sowohl für einen Heizstrom von 100 oder von 200 mA, als auch für eine Heizspannung von 1,4 V und für eine von 2,8 V geschaltet werden.

DM 21
Elektronenstrahlabstimmanzeiger. Es ist das erste Mal, daß eine solche Röhre für Batteriebetrieb entwickelt worden ist. Der Heizstrombedarf beträgt nur 25 mA, so daß eine vielseitige Anwendung in Batteriegeräten, allerdings für Betrieb zwischen 90 und 120 V, möglich ist.


Mit Hilfe obiger Hochleistungsröhren ist es möglich, einen Überlagerungsempfänger zu bauen, der eine mit derjenigen eines Netzempfängers vergleichbare Empfindlichkeit und Leistung besitzt. Durch Verwendung der Röhren DK 21, DF 22, DBC 21, DL 21 und DM 21 können wir ein Empfangsgerät mit einer großen Empfindlichkeit, verzögerter automatischer Lautstärkeregelung und sichtbarer Abstimmung herstellen, während der gesamte Heizstrombedarf, bei einer Heizspannung von 1,4 V, 225 mA beträgt. Dies gestattet, den Apparat mit Trockenbatterien zu speisen; bei Verwendung einer Batterie wie in Abb. 3 angegeben, hat diese z.B. noch eine Lebensdauer von etwa 1000 Stunden. Wenn wir denselben Empfänger mit Röhren der K-Serie bestückten, würde, bei einer Heizspannung von 2 V, der gesamte Heizstrombedarf etwa 405 mA betragen. Der benötigte Heizstrom ist also durch Verwendung der neuen D-Röhren um die Hälfte vermindert!

Zum Schluß soll noch im Zusammenhang mit den obigen Typen die DAH 50 erwähnt werden. Diese ist eine Spezialröhre, die aus einer Diode und einer Heptode mit einem Raumladungsgitter besteht. Infolge dieses Raumladungsgitters ist es möglich, die DAH 50 schon bei einer Anodenspannung von 15 V zu betreiben. Aus diesem Grunde eignet sich die Röhre besonders für die Verwendung in kleinen, tragbaren Empfängern mit Kopfhörer. Eine ausführlichere Beschreibung dieser Röhre wird in einem gesonderten Abschnitt gegeben.

Alle obenerwähnten D-Typen sind mit einem Achtstiftsockel mit zentralem Sucherstift ausgestattet. Die dazu gehörende Fassung soll immer so eingebaut werden, daß die Röhre senkrecht steht. Wenn absolut erforderlich, so kann die Röhre auch waagerecht aufgestellt werden; die Fassung soll dann so eingebaut werden, daß die Heizfadenstifte sich senkrecht übereinander befinden.

 

Dieser Beitrag wurde am 17.Jul.14 20:04 von Pius Steiner editiert.

  
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