funke: Funke W20 Röhrenmessgerät: Ausfall eines wichtigen Schalters

Dieser Bericht bezieht sich auf ein Röhrenmessgerät Funke W20 in Bundeswehrausführung (olivgrünes Gehäuse, versenkte Verschlüsse). Das Gerät  wurde 1963 gefertigt und trägt die Seriennummer 28157 (Abb. 1).

Das Gerät hat 3 Messinstrumente. Das rechte Instrument erlaubt unter anderem die Messung der Anodenspannung und der Schirmgitterspannung (G2) der zu untersuchenden Röhre. Die Umschaltung zwischen beiden Spannungen erfolgt mit einem Kippschalter, der über dem rechten Instrument auf der linken Seite positioniert ist (Abb. 2, gelber Pfeil).

Bei der Messung einer Pentode konnte beim Versuch, von Anodenspannung auf Schirmgitterspannung umzuschalten, plötzlich kein Druckpunkt im Schalter mehr gespürt werden und eine Schalterfunktion war nicht mehr erzielbar. Das Funke W20 wurde sofort ausgeschaltet und vom Netz genommen.

Fehleranalyse

Das Funke W20 Gerät wurde aufgestellt und die Rückwand abgenommen. Eine Übersicht der Lageverhältnisse zeigt Abb. 3.

Die Rückseite des rechten Messinstruments befindet sich auf dem Bild oben links. Eine Detailansicht ist in Abb. 4 dargestellt. An rechten unteren Ecke der Instrumentenrückseite sitzt teilweise verdeckt der betroffene Schalter (gelber Pfeil).

Nach vorsichtigen Zurückbiegen des über dem Schalter verlaufenden Kabelbaums war zu erkennen, dass sich die Schalterdeckplatte und das Schaltergehäuse mit den Kontakten voneinander getrennt hatten.

Mit etwas Mühe war es möglich, die Schalterzuleitungen abzulöten und das Schaltergehäuse herauszuziehen. Die Lage und die Farbe der Zuleitungen müssen vor dem Ablöten unbedingt dokumentiert werden, da man die Funktion des Schalters verstehen muss, um ihn durch ein Bauteil mit gleicher Funktion zu ersetzen.

Die mit dem Bedienungspanel des Funke W 20 Geräts verschraubte Deckplatte des Schalters war schwieriger zu entfernen. Der Schraubring war mit dem Gewinde des Schalterdeckels verbacken. Beim Versuch des Abschraubens zerbröckelte das Gewinde und der Rest des Schalterdeckels ließ sich von der Verdrahtungsseite herausziehen.

Bei der Inspektion der Schalterteile zeigt die folgende Situation:  Der Schalterdeckel verfügt über zwei rechtwinklig abstehende Ösen. Das Schaltergehäuse war ursprünglich mit durch diese Ösen laufende Messingnieten am Deckel fixiert. Beim Material des Schalterdeckels handelte es sich erkennbar um Zinkdruckguss. Beide Ösen waren gebrochen und eine Verbindung des Schaltergehäuses mit dem Deckel war damit nicht mehr gegeben. (Abb. 5, Abb. 6).

Für diesen Defekt sind vermutlich mehrere Ursachen verantwortlich. Einmal ist Zinkdruckguss ein problematisches Material. Es gibt viele Berichte über den Zerfall von Zinkdruckguss. Ich selbst habe einen Torn.E.b, Baujahr Ende 44, mit einem Chassis aus Zinkdruckguss, der in vielen Bereichen aufgebläht und teilweise zerfallen ist. Bekannt sind auch Berichte (z.B. A, B) über Drehkondensatoren mit Zinkdruckgussteilen, die verzogen oder gebrochen sind.  In unserem Fall ist das Gewinde des Schalterdeckels beim Versuch, den Schraubring abzuschrauben, krümelig zerfallen.

Ursache des Zerfalls ist eine innerkristalline Korrosion, bedingt durch schädliche Beimengungen zur Zinklegierung (zum Beispiel Cd, Pb, Sn). Dadurch kommt es im Druckgussteil an den Korngrenzen zu  Ausscheidungen. Diese führen zu Korngrenzschädigungen und schwächen das Druckgussteil in erheblichem Maße, es kommt zu Aufblähungen, Rissbildungen und Brüchen. (1, 2). Seit Ende der 50er Jahre hat man versucht, das Problem durch besser überwachte Legierungen zu beherrschen, schlechtes Zinkdruckgussmaterial wurde aber bis in die 60er Jahre verwendet. Eine problematische Legierung ist vermutlich auch hier die Ursache für die Brüche im Schalter. Dazu kommt, dass durch die Vernietung des Zinkdruckguss-Schalterdeckels mit Messingnieten die Gefahr der Kontaktkorrosion bestand, vor allem, wenn Feuchtigkeit eingewirkt hat.

Das Funke W20 hat 4 Kippschalter ähnlicher Bauart. Allerdings dürfte der betroffene Schalter zur Umschaltung zwischen Anodenspannung und Schirmgitterspannung der am meisten betätigte Kippschalter des Geräts sein, so dass die häufige Inanspruchnahme des vorgeschädigten Schalters letztendlich den Abbruch ausgelöst hat.

Da es sich in diesem Fall um einen Defekt handelt, der sicher auch auf anderen vergleichbaren Funke W20 Geräten auftreten kann, soll nachfolgend eine Reparaturmöglichkeit im Detail beschrieben werden.

Überlegungen zum Schalterersatz

Die Reparaturfreundlichkeit der Funke Röhrenprüf- und Messgeräte ist gleichermaßen bekannt wie berüchtigt. Bei weitergehenden Eingriffen besteht die Gefahr, zusätzliche Schäden zu verursachen. Daher sollten alle weiteren Maßnahmen nach Möglichkeit so erfolgen, dass keine Demontage anderer Bauteile erforderlich war. Vor allem auf einen Ausbau des empfindlichen Messinstruments mit vielen Anschlüssen sollte verzichtet werden. Es war klar, dass aufgrund der Beschädigungen eine Reparatur des Schalters selbst unmöglich war. Auf die Funktion des Schalters konnte andererseits nicht verzichtet werden, wenn auf dem Funke W20 Gerät weiterhin die Möglichkeit zur Messung von Mehrgitteröhren gegeben sein sollte.

Nach Möglichkeit sollte der Ersatz des Schalters so erfolgen, dass der äußere optische Eindruck auf dem Bedienungspanel weitgehend der ursprünglichen Ausführung glich.

Auf der anderen Seite sollte ein Schalter eingebaut werden, der elektrisch betriebssicher und mechanisch stabil war, da das Gerät weiter als Messgerät eingesetzt werden sollte.  Benötigt wurde ein Schalter, der in beiden Schalterstellungen zwei unabhängige Stromkreise einschalten konnte. Ein optisch mit dem Originalschalter vergleichbarer Schalter konnte nicht aufgespürt werden. Als Ersatz wurden 3 Schalter in die engere Wahl genommen: Ein Schalter, der sich als ein vermutlicher Fernostnachbau eines klassischen Marquardt Models präsentierte (A) und zwei Schalter aus laufender Produktion Miyama (B) und Eledis (C). Die beiden ersten Schalter wurden von Reichelt, der letzte von Distrelec bezogen (Abb 7).

Der Schalter A, der optisch eigentlich noch in die Zeit des Originalschalters gepasst hätte, schied aber aus zwei Gründen aus. Er war deutlich voluminöser als das Original und wäre ohne weitere Demontagemaßnahmen nicht einbaubar gewesen. Zum anderen hatte das Einbaugewinde nicht die Maße des Originals, die 12 x 0,75 mm betragen, sondern war etwas größer (Zollmaß ?). Das hätte eine Erweiterung der Bohrung im Bedienungspanel des Funke W20 Geräts erfordert und auch die originale Ringmutter hätte nicht mehr verwendet werden können.

Schalter B und C waren 4 x Umschalter. Letztlich wurde der Schalter C gewählt, weil dieser für 250 V (Prüfspannung 1500V) spezifiziert war, während der Schalter B nur für 125 V ausgelegt war.

Reparatur des Schalters

Zuerst musste der Ersatzschalter modifiziert werden, damit er von der Seite des Bedienungspanels betrachtet optisch weitgehend dem Originalzustand entsprach. Der Ersatz-Schalter hatte ein Einbaugewinde von etwa 6 mm. Bei Bürklin kann ein Schalter bezogen werden, der ein gleiches Einbaugewinde wie der Originalschalter hat. Beim ersteren kann der Schalterdeckel durch Lösen von 2 Schrauben abgetrennt werden. Von diesem Schraubgewinde des Schalterdeckels wurden etwa 2 mm abgeschliffen. Da die Grundflächen dieses Schalterdeckels und des Ersatzschalters ähnliche Maße haben, kann der abgeschliffene Schalterdeckel über das Gewinde des Ersatz-Schalters gestülpt und mit 2 K Kleber darauf fixiert werden (Abb. 8, Abb. 9).

Um auch noch den Schalterknebel dem Original anzupassen, wurde über diesen eine passende Aderendhülse gestülpt und mit 2 K Kleber befestigt. Die Aderenthülse sollte am Ende halbkugelig mit 2 K Kleber ausfüllt werden. Nunmehr entsprach der angepasste Schalter von der Sicht auf das Bedienungspanel weitgehend dem Originalzustand.

Der modifizierte Ersatz-Schalter musste nun in das Röhrenmessgerät eingebaut werden. Wie bereits erwähnt, ist die Dokumentation der zuführenden Leitungen des defekten Schalters sehr wichtig, da später eine Verfolgung der Leitungen durch die verschachtelten Kabelbäume de facto unmöglich ist. Alle Schalterkontakte sind über Leitungen mit jeweils unterschiedlicher Kabelfarbe angeschlossen, mit einer Ausnahme, Kontakt 4 und Kontakt 7 sind über blaue Kabel angeschlossen, die nicht verwechselt werden dürfen (Abb. 10).

Nach dem Ablöten der alten Schalterkontakte muss der Ersatzschalter wie in Abb. 10 dargestellt, mit den abgelöteten Leitungen verbunden werden. Wegen der räumlichen Enge und einer anderen Schaltergeometrie ist es aber nicht möglich, den neuen Schalter einzubauen und dann die Leitungen nach dem Schaltschema anzulöten. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, an dem Ersatz-Schalter vor Einbau Leitungen gleicher Kabelfarbe anzulöten (Abb. 9) und danach den Ersatz-Schalter einzubauen. Dann können die Leitungen des Funke W20 Geräts via Pig-Tail-Prinzip mit den Leitungen des Ersatz-Schalters nach dem Schema in Abb. 10 verlötet werden. Die Lötstellen werden mit Schrumpfschlauch isoliert. Vor dem endgültigen Einbau muss noch geprüft werden, ob die Richtung des umgelegten Schalters der Beschriftung des Bedienungspanels entspricht (Ua links, Ug2 rechts).  Stimmt die Richtung, kann der Ersatz-Schalter mit dem Originalschraubring festgezogen werden. Abb. 11 zeigt die endgültige Verdrahtung nach Einbau des Ersatzschalters.

Abb. 12 zeigt einen Ausschnitt des Bedienungspanels nach erfolgter Reparatur.

Zusammenfassung

Der Ausfall des Schalters mit Bruch von zwei Befestigungsösen wurde vermutlich durch innere Korrosion der Zinkdruckgusslegierung des Schalterdeckels ausgelöst.

Die Reparatur des Umschalters Anodenspannung / Schirmgitterspannung ist ohne weitergehende Demontage des Röhrenmessgeräts Funke W20 möglich.

Durch Wahl eines geeigneten Schalters kann eine betriebssichere Funktion wieder hergestellt werden.

Auch eine optisch weitgehend am Original orientierte Restauration ist erzielbar.

Referenzen

Zur Vermeidung externer Links werden externe Informationen hier nur als Text angegeben.

(1)  Initiative Zink: Unter „www initiative-zink.de/service/faq/                                                              faq-zinkdruckguss/korrosionsverhalten“,                                                                                             abgerufen am23.09.2018

(2) Wenk, Lothar: “www bdguss.de/fileadmin/content_bdguss/                                                       BDG-Service/Infothek/Sonderpublikationen/Int._Druckgusstag/                                                       14._Druckgusstag/Sicherheit_und_ Qualitaet_von_                                                                 Zinkdruckguss.pdf”,                                                                                                                         abgerufen am 23.09.2018

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Danke, ein sehr hilfreicher Bericht!

Vielleicht interessiert noch Folgendes:

1. Die Schalter mit den Bestandteilen aus dem sehr problematischen Zinkdruckguss gab es erst in den späteren W20-Serien. In meinem Gerät mit niedrigerer Seriennummer (275**) sind original genau die allgemein sehr bekannten Schalter eingebaut, die im obigen Artikel mit "Schalter A" bezeichnet wurden. Die funktionieren auch heute nach jahrzehntelangem Dauergebrauch immer noch einwandfrei.
2. Vor ca. 25 Jahren habe ich mal bei einem der späteren W20-Geräte (Seriennummer 282**) die beiden Zinkdruckguss-Schalter über dem rechten Instrument ersetzen müssen. Dabei habe ich die oben genannten "Schalter A" benutzt (allerdings als Original und nicht als Nachbau), denn die haben genau die erforderlichen Kontakte. (Man kann keine handelsüblichen, zweipoligen Umschalter verwenden; es werden Schalter mit je zwei komplett getrennten Schließern und Öffnern benötigt.) Kaum zu glauben, aber die "Schalter A" passen tatsächlich genau in den Platz unter der Pertinaxplatte stramm hinein, was nach dem in 1. Geschriebenen allerdings auch nicht verwunderlich ist. Montiert mit den original dazugehörenden Ringmuttern, passen sie auch optisch sehr gut zu den originalen Zinkdruckguss-Schaltern. Die zentralen Montagebohrungen musste ich nicht erweitern. Mag sein, dass das bei einem Nachbau-Schalter anders ist. Ein besonderes Augenmerk gilt dem elektrischen Anschluss der neuen Schalter. Man sollte sich die Schaltung schon im Vorfeld ganz genau überlegen und die Pinbelegung der Schalter so optimieren, dass die kürzesten Drähte nicht gerade an die am weitesten entfernten Schalterklemmen zu liegen kommen. Dann ist ein Verlängern der originalen Anschlussdrähte i.A. nicht erforderlich. Zugegeben: Der Schalter-Ersatz ist wirklich nichts für Anfänger; er hat mich damals sehr viel Nerven und Fingerspitzengefühl gekostet! Freiwillig würde ich das heute wohl nicht noch einmal machen. Gottseidank mussten die beiden Schalter über dem linken Instrument bis heute nicht ersetzt werden, da sie ja so gut wie nie umgeschaltet werden müssen. Ich traue mich auch kaum, sie überhaupt zu berühren, denn wenn die mal defekt gehen und ausgewechselt werden müssen, dann muss man fast das gesamte W20 zerlegen...

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Sehr geehrter Herr Steinmetz,

 

vielen Dank für die wertvolle Info.

 

Ich habe noch ein zweites Funke W20 Röhrenmessgerät mit der Seriennummer 28659. Das Gerät ist bereits mit Brückengleichrichtern statt Röhren ausgestattet und könnte eines der letzten gebauten Geräte sein. Leider ist auch dieses Gerät mit Schaltern der Zinkdruckguss-Serie ausgestattet. Ich muss daher zukünftig auf nicht angenehme Überraschungen gefasst sein.

 

Die Tatsache, dass  der Schalter-Nachbau (A) nicht die klassischen Gewindemaße 12 x 0,75 mm hat, hat bei mir Verwunderung ausgelöst. Der Durchmesser ist um 0,7 mm größer und die Gewindesteigung ist ebenfalls größer. Möglicherweise ist das Gewindemaß 0,5 Zoll (siehe auch das Vergleichsbild).

 

 

Der Unterschied zum Originalschalter wird offensichtlich, wenn man bei der Reparatur versucht, das Gewinde des Nachbauschalters durch die Bohrung des Bedienungspanels zu stecken, es wäre eine deutliche Erweiterung nötig, da die Bohrung exakt ohne Spielraum auf den Originalschalter zugeschnitten ist. Die lokalen Raumprobleme, die notwendige Erweiterung der Bohrung und die Unmöglichkeit, den Originalschraubring zu verwenden, haben mich dann vom Einbau dieses Schalters abgehalten.

 

Mit besten Grüßen

 

Hans Rodt

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Hinweis zur Beschaffung eines geeigneten Schalters (Marquardt 0133.0501)

 

Herr Claudio Mussner hat mich informiert, dass zurzeit bei Ebay auch noch Original-Marquardt- Schalter angeboten werden. Diese Original-Marquardt-Schalter verfügen über das Gewinde 12 x 0,75mm und nicht über das größere Gewinde des Marquardt-Nachbaus. Die ersteren sind daher mit dem Gewinde des Funke-Schalters kompatibel. Sie sind auch erkennbar an der gelblich-glänzenden Oberfläche des Schalterdeckels, während die Oberfläche des Nachbaus silberglänzend erscheint.

 

 

Ebay Art.Nr. : 132535798658

Marquardt  0133.0501   Kippschalter Netzschalter 2A 250V (2 Öffner, 2 Schließer)

Preis 9,95 €

 

Hans Rodt

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Danke für den Tipp!

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