emerson: Model 646A, Beschreibung und Reparatur
emerson: Model 646A, Beschreibung und Reparatur
1 Einführung
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Kürzlich wandte sich ein Sammlerkollege mit der Bitte an mich, seinen frisch erstandenen EMERSON 646A zu inspizieren. Ein Vorbesitzer hatte Modifikationen, u.a. Änderungen in der Verdrahtung der Röhrenfassungen vorgenommen, deren Sinn schwer zu durchschauen war. Gerne willigte ich ein, da die Instandsetzung dieser einfachen AA5 Modelle normalerweise keine große Herausforderung darstellt. Bei der Reparatur bin ich dann aber doch auf einige interessante Punkte gestossen, die ich hier beschreiben möchte.
2 Schaltungsanalyse
Wie bereits erwähnt, handelt es sich um einen einfachen AA5 für optionalen Netz- oder Batteriebetrieb mit der Röhrenbestückung 1R5, 1U4, 1U5, 3V4 und 117Z3.
In der im RM hinterlegten Schaltung aus Riders Perpetual hat sich im linkem Teil ein Fehler eingeschlichen, den ich rot markiert habe: Die kalten Enden des Drehkondensators und der Oszillator - Schwingkreisspule liegen nicht auf der Schwundregelleitung sindern direkt auf Chassispotential.
Zwar nicht fehlerhaft aber verwirrend fand ich die Tatsache, dass Riders für die Netzschalterkontakte Schaltsymbole verwendet hatte, die üblicherweise für Glühlampen verwendet werden. Ich habe diese retouchiert und dafür die blauen Schaltkontakte eingezeichent.
2.1 Überblick
In dem nur für MW - Empfang ausgelegten Modell fungiert die Vorkreisspule L1 gleichzeitig als Rahmenantenne und bildet zusammen mit dem Drehkopaket C17 und dem Trimmer C18 den Vorkreis.
Ein im Schaltbild nicht gezeigtes, im Text des Rückwandaufklebers jedoch erwähntes Detail betrifft die Anschlussmöglichkeit einer externen Antenne.
Die Ankopplung dieser externen Antenne erfolgte vermutlich kapazitiv durch zwei auf den Pappestreifen links im Bild aufgeklebte Folien - eine oberhalb des Streifens sichtbar ("Cant"), die andere unterhalb. Um die Spule nicht zu beschädigen wurde der Punkt aber nicht näher untersucht.
Das heiße Ende des Vorkreises führt direkt an g3 der Mischheptode (Pentagrid - Converter) 1R5, das kalte Ende auf die Regelspannungsleitung. .
Der aus L2, dem Drehkopaket C19 und dem Trimmer C20 bestehende Oszillatorkreis koppelt induktiv auf g2 und g4 der 1R5. Wie in US - Modellen dieser Epoche häufig anzutreffen, wird das in g2 der 1R5 eingespeiste Oszillatorsignal kapazitiv durch eine in die Oszillator - Kreisspule L2 eingewickelte, am unteren Ende offene Koppelwicklung ausgekoppelt.
Eine ganz ähnliche Schaltung wurde im Bericht über den ZENITH 5G41 bereits erwähnt.Hier im Schaltbild des ZENITH rot umrandet.
Das die Mischröhre verlassende Zwischenfrequenzignal (455 kHz) wird nach Flterung und Zwischenverstärkung in der Röhre 1U4 nochmals gefiltert und an die Demodulatorröhre 1U5 übergeben. Das demodulierte NF - Signal wird im Pentodensystem der 1U5 vorverstärkt. Die NF - Endverstärkung erfolgt in einer 3V4.
Eine Besonderheit stellt die hier gewählte Rückkopplung über den Kondensator C4 = 2,2 pF zwischen der Sekundärseite des 2. ZF - Filters (Einzelkreis) zum unbelegten Pin 4 der 1U4 dar, auf die mich H. M. Knoll aufmerksam machte. Hier seine Kommentare:
"Der Kondensator koppelt intern vom leeren Pin 4 auf das Gitter 1 zum Zweck einer ZF - Rückkopplung. Die Röhre dreht die Phase zwar um 180°, mit der Koppelwicklung zum ZF - Einzelkreis kann man die Phase aber wieder auf 0° zurückdrehen und damit zur Rückkopplung machen. Da Cga der Röhre 1U4 bei nur 0,01 pF liegt, muss die Rückkopplung ebenfalls sehr klein sein. Da der Wert von 2,2 pf für den Rückkopplungskondensator zu groß gewesen wäre, hat man den Trick der internen Kopplung über Pin 4 angewendet."
Danke Hans!
2.2 Stromversorgung
Die Stromversorgung des EMERSON 646 erfolgte alternativ durch Gleichrichtung der Netzspannung ( nominell 115 V~) mit einer Einweg - Gleichrichterröhre 117Z3 oder durch zwei Batterien: "A" mit 4,5 V / # 726 und Bat. "B" mit 90 V #490. Hier das Schaltbild bei Netzbetrieb im Detail:
Bei Netzbetrieb liegen alle Röhrenheizungen in Reihe, die Spannungsreduktiion von der Anodenspannung auf die benötigte kumulative Heizspannung von ≈ 7 V erfolgte über den Vorwiderstand R13 = 2200 Ω. Bei einem Heizstrom von 50 mA fallen über diesem ca. 110 V ab und es werden 5,5 W in Wärme umgesetzt.
Als Schutz gegen Berührung der Gleichrichterröhre mit ihrer Heizleistung von N = 117 V x 40 mA = 4,7 W, und des Widerstandes (gemeinsame Wärmeleistung 10W) trug der Abstimmdrehko auf seiner Rückseite eine Asbestplatte, die beim vorliegenden Gerät bereits entfernt wurde (siehe auch weiter unten Abschnitt 3.2).
Da bei Batteriebetrieb nur eine Spannung von nominell 4,5 V zur Verfügung steht (bei frischer Heizbatterie etwas mehr), musste man den Heizkreis für diese Betriebsart modifizieren: Nur noch die 3 Röhren mit 1,4 V Heizung liegen in Reihe, während die NF - Endröhre 3V4 in einem separaten Zweig parallel zu den drei anderen Röhren geheizt wird. Die Differenzspannung zwischen ihrer 2,8 V Heizspannung und der Batteriespannung musste man über einen zusätzlichen Widerstand R14 = 27 Ω abfallen lassen.
2.3 Heizkreis und Gitterspannungen
Ein recht komplexes, und daher bei Schaltungsdiskussionen häufig umgangenes Thema stellt die detaillierte Auslegung des Heizkreises und die Erzeugung der Gittervorspannungen dar. Darauf möchte ich im Folgenden etwas näher eingehen.
Im Prinzip könnte man sich vorstellen, dass der Heizkreis bei Netzbetrieb aus einer einfachen Serienschaltung aus einem Vorwiderstand und den Röhrenheizfäden besteht. Anstelle der Heizfäden habe ich hier deren Warmwiderstände von ca. 28 Ω (1,4 V / 50 mA) eingezeichnet
Bei dieser vereinfachten Betrachtung hat man folgende Punkte außer Acht gelassen:
- Bei indirekt geheizten Röhren ist die Kathode vom Heizfaden elektrisch isoliert. Das elektrische Potential ist also entlang der gesamten Kathodenoberfläche konstant.
Im Gegensatz hierzu fungiert bei den direkt geheizten Batterieröhren der Heizfaden selbst als Kathode und dessen elektrisches Potential unterscheidet sich von einem Heizfadenende zum anderen: Bei den Röhren 1R5, 1U4 und 1U5 um 1,4 V, bei der 3V4 sogar um 2,8 V. Legt man das Gitter an ein bestimmtes Potential, so ist die Potentialdifferenz - also die Gittervorspannung - abhängig davon, an welchem Ende des Heizfadens man sich gerade befindet. .
- Was die Verhältnisse noch komplizierter macht, ist die Tatsache, dass bei Batterieröhren der Heizfaden nicht nur vom Heizstrom, sondern auch vom Anoden- und Schirmgitterstrom durchflossen wird. Um den Heizfaden nicht zu überlasten, muss er bei Röhren mit hohem Anodenstrom durch Parallelschalten entsprechender Shuntwiderstände entlastet werden.
- Letztendlich fragt man sich, wie man angesichts dieser komplexen Verhältnisse die Gitterspannungen einstellt.
Ich habe nun noch einmal den vollständigen Heizkreis des EMERSON 646A bei Netzspannungsbetrieb mit den entsprechenden Shuntwiderständen herausgezeichnet.
Bei den angegebenen Anodenströmen handelt es sich nur um Näherungswerte. Dies gilt insbesondere für die geregelte Mischröhre 1R5.
Wie man sieht, hatte man in den Heizkreis auch Kondensatoren eingefügt.
Der 300 µF Elko am Heizfaden - Mittelabgriff der 3V4 entspricht in seiner Wirkung den üblichen Kathodenkondensatoren, die den Kathodenwiderstand in NF - Verstärkerstufen wechselstrommäßig überbrücken und damit die sonst auftretende NF - Gegenkopplung unterdrücken. Die beiden anderen Kondensatoren dienen zur Vermeidung von Stufenverkopplungen über die Heizleitungen.
Zum Punkt der Gittervorspannungen blicken wir noch einmal auf das Gesamtschaltbild:
Mischröhre 1R5
Der Heizfaden liegt am masseseitigen Ende des Heizkreises, also zwischen 0 V (Pin 1/5) und +1,4 V (Pin 7) bezogen auf Massepotential.
Das Oszillatorgitter g1 liegt über R1 = 100 KΩ an Pin 1,5 der Heizung, also auf Massepotential ⇒ Ug1 = 0. Die Gittervorspannung von g1 liegt also zwischen 0V an einem Ende des Heizfadens und -1,4 V am anderen. Dieser Spannung ist das über L2 kapazitiv ausgekoppelte Oszillatorsignal überlagert.
Das Vorkreisgitter g3 liegt über die Rahmenantenne an der Regelspannung, also der Richtspannung des Demodulators, die ihrerseits über R4 = 1 MΩ (Lautstärkeregler) auf Pin 1 des Heizfadens der 1U5 und somit auf + 1,4 V gegenüber Massepotential liegt.
Die Gittervorspannung von g3 liegt also im voll aufgeregelten Zustand (ohne Signal) zwischen ca. 0 V an einem Heizfadenende und +1.4 V am anderen. Mit steigender Signalstärke, also steigender negativer Richtspannung am Demodulator verschieben sich die Spannungswerte in negativer Richtung.
ZF - Röhre 1U4
Der Heizfaden liegt an dritter Stelle vom masseseitigen Ende des Heizkreises, also zwischen +2,8 V (Pin 1/5) und +4,2 V (Pin7) bezogen auf Massepotential.
Das Steuergitter g1 liegt über den Sekundärwickel des ZF - Bandfilters T1 und R3 = 3,3 MΩ an Pin 1/5 der Heizung.
Die Gittervorspannung liegt also wieder zwischen 0V an einem Ende des Heizfadens und -1,4 V am anderen.
Demodulator / NF - Vorverstärker 1U5
Der Heizfaden liegt an zweiter Stelle vom masseseitigen Ende des Heizkreises, also zwischen +1,4 V (Pin 1) und +2,8 V (Pin7) bezogen auf Massepotential.
Das Steuergitter g1 der Triode liegt über R5 = 10 MΩ an Pin 1 der Heizung.
Die Gittervorspannung liegt also wieder zwischen 0V an einem Ende des Heizfadens und -1,4 V am anderen, zuzüglich des durch den Gitteranlaufstrom an R5 verusachten Spannungsabfalls.
NF - Endröhre 3V4
Der Heizfaden liegt an vierter Stelle vom masseseitigen Ende des Heizkreises, also zwischen +4,2 V (Pin 1) und +7 V (Pin7) bezogen auf Massepotential, der Mittelabgriff auf +5,6 V.
Das Steuergitter g1 liegt diesmal nicht an einem Heizfadenende, sondern über die Reihenschaltung von R8 = 3,3 MΩ und R10 = 330 Ω auf Massepotential.
Die Gittervorspannung liegt also zwischen -4,2 V an einem Ende des Heizfadens, -7 V am anderen, und -5,6 V am Mittelabgriff des Heizfadens, nahe bei dem für A - Betrieb empfohlenen Arbeitspunkt bei Ug1 = -5 V.
Etwas anders liegen die Verhältnisse bei Batteriebtetrieb. Während sich für die Beschaltung der Röhren 1R5, 1U4 und 1U5 nichts ändert, war man durch den modifizierten Heizkreis der 3V4 gezwungen, die Gitterspannung etwas anders zu erzeugen. Die Heizfadenenden der 3V4 lagen ja nun nur noch zwischen +1,4 V und + 4,2 V, der Mittelabgriff bei +2,8 V über Massepotential, also zu tief für die empfohlene Gittervorspannung..
Daher hatte man sich entschieden, den Minuspol der Anodenbatterie nicht mehr direkt an Massepotential sondern an den Punkt zwischen R8 und R10 zu legen. Somit floß nun der gesamte Anodenstrom von ca. 15 mA durch den Widerstand R10 und hob die Spannung an dessen oberen Ende auf 330 Ω x 15 mA = - 5V, also die für A-Betrieb angestrebte Gittervorspannung.
3 Mechanischer Aufbau des EMERSON 646A
3.1 Das Gehäuse
Die Mehrzahl der hier gezeigten Bilder wurde erst nach Abschluss der Reparaturarbeiten angefertigt.
Hier zunächst einige Bilder von der Außensansicht des Gerätes:
Die Seitenwände des Gerätes weisen einige Bohrungen auf. Zwei davon wurden von einem Vorbesitzer wegen der ausgebrochenen originalen Befestigungspunkte zur Chassishalterung angebracht.
Bei dem dritten Loch bin ich mir hinsichtlich der Originalität nicht sicher. Hier erreicht man mit einem schlanken Schraubenzieher den auf dem Drehkondensator sitzenden Vorkreistrimmer. Da die Induktivität der Rahmenantenne - also der Vorkreisspule - durch die Nähe zum metallischen Chassis bei geschlosser Rückwand kleiner ist als bei geöffneter, sollte ein korrekter Abgleich im Prinzip bei geschlossener Rückwand folgen. Zu dieser Thematik siehe auch den Beitrag von Prof. Dietmar Rudolph "Abgleich von Spulen".
Auf der Oberseite ist die Rückwand zur Wärmeabfuhr der Gleichrichterröhre und des Heizungs - Vorwiderstands mit zwei Lüftiungsschlitzen ausgestattet.
3.2 Verschiedene Chassisansichten
Der Skalenhintergrund war beim hier vorliegenden Gerät nicht vorhanden. Er wurde improvisiert nachgebildet. Rechts ein Bild der originalen Blende.
Beim vorliegenden Gerät fehlt der ursprünglich an das Rückseite des Drehkondensators montierte Asbest - Hitzeschild, der zwei Funktionen hatte (Siehe rot umrahmtes Teil im Bild rechts):
- Vor Berührung der Gleichrichterröhre und des Heizungsvorwiderstandes zu schützen. Nach einstündiger Betriebszeit liegt die Temperatur der beiden Komponenen bei geöffeneter Rückwand bei ca. 120 °C (gemessen mit Infrarot - Thermometer).
- Die Rückwand und den Papieraufkleber von der Wärmestrahlung der nur 2 cm entfernten Gleichrichterrröhre abzuschirmen. Zwar wird durch die Lüftungsschlitze auch bei geschlossener Rückwand eine gewisse Konvektionskühlung gerantiert, von längerem Netzbetrieb ohne Hitzeschutzschild ist trotzdem abzuraten
3.3 Verdrahtung
Einige der Allen - Bradley Kohlemassewiderstände wurden getauscht, da ihre Werte massiv angestiegen waren.(Faktor 2 - 3). Das betraf zwar insbesodere die Widerstände im Megohmbereich, jedoch war auch der Wert der 1 KΩ Widerstände verdoppelt!
Zwei Komponeneten fand ich überraschend:
- Den keramischen Kombi - Kondensator mit der Sprague Teilenummer 928034, in welchem alle Kondensatoren im Umkreis der Demodulator- NF - Vorverstärkerröhre 1U5 zusammengefasst sind.
- Den oben bereits erwähnten 2,2 pF Rückkopplungskondensator C4 von der Sekundärseite des 2. ZF - Filters zum unbelegten Pin 4 der 1U4, der aussieht wie ein Allen-Bradley Widerstand.
Hier die beiden Teile rot bzw. blau umrahmt in Großaufnahme mit dem entsprechenden Schaltungsausschnitt.
4 Reparaturarbeiten
4.1 Falsche und defekte Röhren
Schon beim ersten Betrachten der Verdrahtung war mir aufgefallen, dass man einige der offensichtlich originalen verbindungsdrähte zu den Röhrenfassunegn verlängert hatte. Wie sich herausstellte, hatte einer der Vorbesitzer beschlossen die Demodulator - Röhre 1U5 durch eine 1S5 und die NF - Endstufenröhre 3V4 durch eine 3Q4. Die Austauschröhren hatten zwar die gleichen elektrischen Daten, wiesen aber große Unterschiede in der Stiftbelegung auf.
Nach Wiederherstellung der originalen Verdrahtung und Einsatz der korrekten Röhren wurde das Gerät erstmals mit Batterien in Betrieb genommen. Leider ohne Erfolg! Nachmessen der Heizspannungen zeigte das überraschende Ergebnis, dass über der Mischröhre 1R5 deutlich zu wenig Spannung abfiel, über den anderen in der Heizungskette liegenden Röhren 1U4 und 1U5 Röhren deutlich zu viel.
Der Grund: Die 1R5 hatte Luft gezogen. Ihr Heizfaden wurde durch die eingedrungene Luft gekühlt und blieb dadurch deutlich niederohmiger als im Warmzustand unter Vakuumn. Da die Heizspannung durch die 4,5 V Heizbatterie von außen auf die Serienschaltung eingeprägt war, kam es zu der beobachteten ungleichmäßigen Heizspannungsverteilung auf die drei Röhren.
Nach Ersatz der Röhre funktionierte das Gerät bei Batteriebetrieb bereits recht zufriedenstellend, zeigte aber bei Netzbetrieb viel zu starken Brumm.
4.2 Kombi - Elektrolytkondensator
Die drei in einem Gehäuse zusammengefassten Elektrolytkondensatoren 300µF, 80 µF und 30 µF hatten ihre Kapazität weitgehend verloren und zeigten stark erhöhte Leckströme. Durch die großem Abmessungen dieses Kondensators war es recht einfach, ihn mit modernen Elkos zu befüllen. Anstelle der originalen Werte wurden nun die üblichen Standarwerte eingesetzt:
330 µF ⇒ 470 µF, 80 µF ⇒ 82 µF, 30 µF ⇒ 3 Stück 10 µF parallel.
Hier einige Bilder des Aufbaus auf einer Lochrasterplatte und des mit Epoxidhaarz wiederverschlossenen Kondensators nach der Erneuerung seines Innenlebens:
Das Gerät spielte nun auch bei Netzbetreib brummfrei.
4.3 Widerstände
Wie bereits erwähnt, hatten sich die Widerstandswerte einiger Allen - Bradley Kohlemassewiderstände massiv geändert. Das Problem war mir zwar bekannt, beschränkte sich aber nach meiner Erfahrung auf sehr hochohmige Widerstände, deren Wert sich bis zu einem Faktor 3 vergrößert hatte.
Im vorliegenden Grät hatten aber sogar die 1 KΩ Widerstände Werte zwischen 2 und 3 KΩ angenommen.
Einige dieser Widerstände habe ich erneuert.
4.4 Batterien
Die ursprünglich im Gerät eingesetzten Batterien waren als "A" Batterie mit 4,5 V der Typ #726, als "B" Batterie mit 90 V der Typ #490 - oder ähnliche.
Während die "B" - Batterie #490 sowohl in ihren äußeren Abmessungen als auch in der Form ihrer Anschlussklemmen recht genau mit den früher in Deutschland üblichen VARTA - PERTRIX 61 Batterien übereinstimmten, hatte die "A" Batterie #726 eine vollkommen andere Geometrie als deutsche 4,5 V Taschenlampen - Flachbatterien.
Ersatz für "B" Batterie #490 ⇒ VARTA Pertrix 61 Ersatz für "A" Batterie #726 ⇒ VARTA 3LR12
Die Petrix 61 Batterie wurde geöffnet und wie üblich mit 10 Stück 9 V Blocks 6LR61 gefüllt, die Flachbatterie 3LR12 mit einer zuverlässigen Steckverbindung versehen und in einer Behausung aus expandiertem Kunststoff untergebracht, die stramm in den Raum unterhalb des Chassis passte.
4.5 Gehäuse und - Chassisarbeitenarbeiten
Unglücklicherweise waren sowohl die für die Chassisaufhängung verwendeten Rippen an der Gehäuseinnenseite als auch die Federhalterung im unteren Teil der Rückwand ausgebrochen.
Das Problem kannte so gelöst werden, dass die ausgebrochenen Strukturen mit einem Isolierschlauch passenden Innendurchmessers umgeben und mit Epoxidharz ausgegossen wurden.
Bei korrekter Michung und Aushärtung kann man in diesen problemlos Löcher bohren und Gewinde schneiden. Nach einem abschließenden Anstrich mit passend angemischten REVELL Modellbaufarben sind die ausgebesserten Fehlstellen nicht mehr besonders auffällig.
Das Chassis konnte nur wieder an den dafür vorgesehehen Punkten befestigt werden. Allerdings fehlte mir die Motivation, dafür die originalen Befestigungslaschen nachzufertigen. Ich habe mich mit kleinen Pertinaxstreifen begnügt.
4.6 Der Betriebsartenschalter
Zur Umstellung von Netz- auf Batteriebetrieb musste der Netzstecker fest in eine Absetzposition neben dem Drehkondensator gedrückt werden, wobei einer der beiden Flachstifte einen Kipphebel herunterdrückte, der andere nur zur seitlichen Führung dienete. Der Kipphebel seinerseits betätigte den zur Umschaltung der Betriebsspannungsleitungen verwendeten Drehschalter.
Da die Netzleitung komplett fehlte, habe ich eine moderne Zwillingsleitung verwendet und mit einem "two prong plug" konfektioniert, den ich vor einiger Zeit in einem Supermarkt in den USA erstanden hatte. Während frühere US - Netzstecker Kontaktstifte aus sehr formstabilem, massivem Messing hatten, verwenden die mordernen Stecker Kontaktstifte aus gefaltetem, relativ leicht biegdamem Messingblech. Zu meiner Enttäuschen gelang es mit diesem Netzstecker nicht, den Kipphebel so herunterzudrücken, dass er dauerhaft in dieser Position stecken blieb.
Um das Gerät zuverlässig auf Batteriebetrieb, also mit heruntergedrücktem Kipphebel laufen zu lassen, musste die Führung des betreffenden Flachstiftes verbessert werden.Dafür wurde ein kleiner Messingblock verwendet, in den eine Nut mit der Breite des Flachstiftes eingarbeitet und der an geeigneter Stelle in den Chassisausschnitt eingelötet wurde. Für den Augenblick ist das eine funktionierende und nicht zu auffällige Lösung.
Hier einige Nahaufnahmen dieser Hilfskonstruktion:
Seitlich durch den Chassisausschnitt gesehen.
Von unten gesehen.
5 Schlussbemerkungen
Das Gerät funktioniert nach den beschriebenen Reparaturarbeiten wieder zufriedenstellend - eben so gut, wie man es von einem AA5 - Modell erwarten kann.
Ich bin ein Gegner von "Rundum - Kondensatorkuren". So wurden auch in diesem Gerät nur die deutlich defekten Elektrolytkondensatoren des Netzteils erneuert. Alle anderen Kondensatoren wurden überprüft, zeigten aber keine unzulässig erhöhten Leckströme und wurden daher im Gerät belassen..
So befindet sich das Gerät wieder weitgehend im Originalzustand und wird den Besitzer hoffentlich noch lange erfreuen.
Falls die Absicht besteht, das Gerät über längere Zeiträume am Netz zu betreiben, so sollte man zwischen Gleichrichterröhre und Rückwand wieder einen Hitzeschutzschild installieren, auf jeden Fall aber die Temperatur der Rückwand in der Nähe der Gleichrichterröhre regelmäßig überwachen.
Danksagung: Mein Dank geht an Hans Michael Knoll für seine wertvollen Kommentare.
Harald Giese
Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.