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Netzschalter in Gleichstromradios

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Documenti » Principi base della radiotecnica » Netzschalter in Gleichstromradios
           
Harald Giese
Harald Giese
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01.Mar.20 12:15
 
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1    Einführung

Netzschalter gehören nicht gerade zu den Radiokomponenten, die bei Radiosammlern besonders großes Interesse erwecken. Zu Unrecht, denn es handelt sich hier um hoch belastete Bauteile, in denen komplexe physikalische Prozesse ablaufen, und die bei einer Lebensdauer des Radios von 10 Jahren und dreimaligem Einschalten pro Tag immerhin  11000 Schaltvorgänge zu bewältigen haben.

Im ersten Moment denkt man natürlich, dass so ein Radioapparat für den Schalter ja keine besonders große Last darstellen kann - immerhin fließen über den Schalter im Betrieb nur ein paar hundert Milliampère. Unglücklicherweise ist das die falsche Betrachtungsweise. Der Betriebsstrom ist zwar klein, aber was an der Lebensdauer des Schalters nagt, sind die Ein- und insbesondere die Ausschaltvorgänge.

Diese Vorgänge sollen etwas näher betrachtet werden, und zwar nur für den Fall, dass das Radio mit Gleichsstrom versorgt wird:

(i) Einschalten:

Wenn sich die zu verbindenden Kontakte aufeinanderzubewegen, kann es schon vor dem direkten metallischen Kontakt zu einem Stromfluss kommen. Das ist in dem Moment der Fall, wo die elektrische Festigkeit der zwischen den Kontakten befindlichen Luft überschritten wird, die bei planen Oberflächen bei ca. 3kV/mm liegt. Gehen wir von einer Netzspannung von 220V= aus, so erfolgt bei etwa  220/3000x1mm = 0,073mm ein elektrischer Überschlag mit nachfolgender Bodenentladung (wohlgemerkt setzen wir hier plane Oberflächen voraus - bei gekrümmten Oberflächen setzt der Überschlag bereits bei größeren Distanzen ein). Der Lichtbogen führt aufgrund seiner hohen Temperatur dort, wo er auf die Kontakte trifft, zum lokalen Schmelzen der Oberfläche. Da das den Bogenfußpunkt umgebende Material aber kalt bleibt, und die Wärmeleitfähigkeit des Metalls sehr gut ist, wird die Wärme sofort abgeleitet und es bleibt nur ein winzigen Krater.

Wir halten fest, dass die Lebensdauer der Bogenentladung beim Einschaltvorgang sehr kurz ist (die Kontakte schließen ja unmittelbar danach), und dass daher an den Kontakten nur geringfügige Schäden auftreten. Ab welchem Moment sich dieser Lichtbogen ausbildet hängt von der Netzspannung, der Form der Schalterkontakte, der Luftfeuchte und der Temperatur ab. Wie lange er brennt, wird durch Schaltgeschwindigkeit bestimmt, also durch den Federmechanismus, der die Schaltwippe umwirft.

(ii) Ausschalten:

Hier wird die Sache schon schwieriger. Die Kontakte bewegen sich bei diesem Vorgang voneinander weg. Hierbei muss man bedenken, dass die Oberflächen der Schalterkontakte nicht "unendlich glatt" sind. Mit nachlassendem Federandruck lässt die Intimität des metallischem Kontakts nach, und die  elektrischen Strombahnen verengen sich auf einen immer kleiner werdenden Querschnitt der Kontaktoberflächen, deren Temperatur aufgrund der zunehmenden Stromdichte schnell ansteigt. Von dem Moment an, wo kein metallisch leitender Kontakt mehr vorhanden ist, also noch bei sehr kleinen Kontaktabständen zündet sofort ein Lichtbogen. Dieses Szenario erinnert zwar im Prinzip an den Einschaltvorgang, nur dass im jetzigen Fall der Lichtbogen nicht durch die Kontaktberührung sofort wieder erlischt. Nun sorgt die Federunterstützung des Schalters natürlich dafür, dass sich die Kontakte möglichst schnell voneinander wegbewegen, und dadurch die notwendige elektrische Feldstärke für die Aufrechterhaltung der Lichtbogenentladung möglichst schnell unterschritten wird, und die Kontakte nicht zu lange der Wärmebelastung ausgesetzt sind. Trotzdem ist die Bogenbrenndauer um ein vieles länger als beim Einschaltvorgang.

Um die Vorgange im einzelnen besser zu verstehen, muss man zwischen zwei Fällen unterscheiden: (i) einem Schalter der nur eine resistive Last abschaltet und (ii) einem Schalter, der eine kombinierte resistive und induktive Last abschaltet.

 Nur resistive Last                                          

Es wird davon ausgegangen, dass sich die im Bild durch A und B gekennzeichneten Schalterkontakte mit konstanter Geschwindigkeit v voneinander wegbewegen. Die zugehörigen Strom-Spannungs-Diagramme mit der Abszisse als Zeitachse wurden zwar Messungen in Starkstromkreisen entnommen, die grundsätzlichen Charakteristika gelten aber auch hier im Schwachstrombereich. Die beiden folgenden Bilder stammen aus "Engel, A.; Steenbeck, M.: Elektrische Gasentladungen, ihre Physik und Technik, Bd. 2. Springer, 1934"

Liegt nur eine resistive Last vor, so hat man eine Situation wie bei den alten Kohlebogenlampen. Zuächst berühren sich die Kohlestifte - der Strom wird durch einen Serienwiderstand begrenzt. Dann zieht man die Kohlestifte ein wenig auseinander → der Bogen zündet. Danach zieht man die Kohlestifte noch weiter auseinander - und der Bogen brennt bis auf größere Distanzen weiter. Das liegt daran, dass die notwenige elektrische Feldstärke zur Aufrechterhaltung der Bogenentladung niedriger ist, als die zur Zündung notwendige Initialfeldstärke. 

Wie man am zugehörigen Diagramm erkennt, sinkt der Strom mit wachsendem Kontaktabstand, während die Spannung sukzessive ansteigt. Der sinkende Strom ist darauf zurückzuführen, dass die aufgrund der größeren Bogenlänge abnehmende Energiedichte zu einer Abkühlung des Bogenplasmas führt ⇒ Abkühlung bedeutet aber, dass weniger Ladungsträger (Ionen und Elektronen)  für die Stromleitung zur Verfügung stehen ⇒ der Strom sinkt.

Der Prozess endet an dem Punkt, wo der Bogen aufgrund zu niedriger elektrischer Feldstärke abreisst ⇒ der Strom springt auf  Null, während die Spannung auf den Wert der Versorgungsspannung springt (hier 110V). 

Resistive + induktive Last

Für den Prozessbeginn gilt im Prinzip das Gleiche wie für den Fall mit rein resistiver Last. Der Unterschied besteht nun aber darin, dass in dem Moment, wo der metallische leitende Kontakt endet, die Bogenentladung zündet und der Strom abzusinken beginnt, die in der Induktivität gespeicherte Energie in den Kreis "nachgepumpt" wird. Die Freisetzung der gespeicherten Energie geschieht hier nicht instantan in Form einer hohen induktiven Spannungsspitze U = - L di/dt, wie sie auftritt, wenn ein Stromkreis mit Induktivität abrupt unterbrochen wird; im vorliegenden Fall wird sie sukzessive in den Stromkreis eingespeist. Wie man am Diagramm erkennt, fällt der Strom hierduch langsamer ab, als im Fall des rein resistiven Kreises.

Ist infolge zu hohen Kontaktabstandes die für die Aufrechterhaltung der Bogenentladung notwendige Feldstärke unterschritten, so springt der Strom nur für ein sehr kurzes Zeitintervall auf Null (Im Diagramm nicht zu erkennen).
Die in der Induktivität noch vorhandene geringe Restenergie führt nun zu einem induktiven Spannungsstoss. Zu diesem Zeitpunkt müssen sich die Elektroden des Netzschalters bereits so weit von einander entfernt haben, daß keine "Rückzündung" des Bogens mehr statt finden kann, der sonst aus dem Gleichstromnetz gespeist würde. Das bedingt, daß hierfür keine sonst üblichen Kippschalter verwendet werden können. Weiter unten gibt es Beispiele für Schalter, die hier zum Schalten  von Gleichspannungen geeignet sind. Neben einem firmenspezifischen Schalter von Siemens gab es auch solche, die damals ein Bastler erwerben konnte.
 
 

 

Konklusion:

Bei Gleichstromradios treffen also hinsichtlich der Belastung des Netzschalters zwei ungünstige Umstände zusammen:

Nach dem Ausschalten des Gerätes steht über dem Netzschalter permanent die Netzspannung an, während sie bei Wechselspannungsradios bei 50 Hz Netzfrequenz alle 10msec durch Null geht, und die Bogenentladung daher viel schneller abreisst.

Im Netzeingang von Gleichstrromradios wird stets eine Drossel verwendet, um Maschinenstörungen, hervorgerufen durch die Kollektoren der Gleichstromgeneratoren im E-Werk, vom Radio fernzuhalten. Wie man sah, führt die Drossel in Kombination mit der ständig anstehenden Netz-Gleichspannung  zu einer Verlängerung der Lichtbogen - Brenndauer und dadurch zu höherem Kontaktabbrand.

Bei Gleichstromradios wurde daher, zumindest bei höherqualitativen Geräten, im Interesse längerer Lebensdauer größere Sorgfalt auf die Auslegung des Netzschalters verwendet, als in Wechselstromgeräten.

Das bedeutet nun natürlich nicht zwangsläufig, dass der Radiohersteller bei seinen Wechsel- und Gleichstromversionen ein und desselben Modells unterschiedliche Schaltertypen eingesetzt hat. Vermutlich tendierte man eher dazu, aus fabrikationstechnischen Gründen in beiden Gerätetypen den gleichen Schalter einzusetzen.

 

Ebenso wenig bedeutete dies, dass alle damaligen Hersteller von Gleichstromradios solche hochqualitativen, durch hohe Lebensdauer herausstechenden Netzschalter einbauten. Ein typisches Beispiel ist der VE301G, der den gleichen einfachen Kippschalter verwendte wie das Wechselstrommodell. Die Überlegung dürfte hier wohl gewesen sein, dass es insgesamt finanziell günstiger war, in ein so billiges Gerät einen ebenso billigen Schalter einzubauen und zu akzeptieren, dass dessen Lebensdauer nicht besonders lang war. Ein Austausch des Schalters war schnell und kostengünstig zu bewältigen.

 

 

 

 

 


 

2    Schalter aus zeitgenössichen Katalogen

Schnorr - Katalog 1931

Im "Handbuch der Funktechnik, Bd. 2, Frankh, 1935" erschien diese Anzeige:


 

3    Einige Beispiele von Gleichstromradios

 

3.1    SIEMENS 35G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 Netzschalter offen                                                          Netzschalter geschlossen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Netzschalter des SIEMENS 35 zeichnet sich durch eine besonders ausgefeilte und robuste Konstruktion mit keramischen Isolierteilen aus. Der keramische Schieber trägt eine metallische Spange, die beim Schließen des Schalters zwischen zwei Federkontakte fährt. Beim Öffnen des Schalters  bewegt sich die Kontaktspange im Bild nach links und der keramische Teil des Schiebers fährt zwischen die Federkontakte um die Ausbildung eines Lichtbgens zu verhindern.

Zum leichteren Verständnis wurden die Bilder in der unteren Reihe wiederholt, aber koloriert: Federkontakte grün, Kontaktspange: blau, keramischer Schieber: rot.


 

3.2    BLAUPUNKT LGD400

 

                            Netzschalter offen                                              Netzschalter geschlossen

 

 

 

 

 

 

 

 

Auch bei diesem Gerät erkennt man einen sehr solide aufgebauten Netzschalter mit keramischem Halter für den Kurzschlussbügel und starker Feder. Zur Kriechstromunterdrückung zwischen den stationären Kontakten ist der Schalterkörper mit einer Isolierrippe ausgestattet.

Der Schalter entspricht der Konstruktion des rot umrahmten Modells Best. Nr. 3016 im Schnorr-Katalog von 1931 und dem Modell 35/31 im Diehr - Katalog von 1929, wo die Vermeidung des Lichtbogens explizit hervorgehoben wird.


 

3.3    MENDE 169G

 

 

                       

MENDE E38N

 

 

Der damalige Werbeprospekt zeigte an der linken Seite des Chassis einen Netzschalter, der beim 169W auch wirklich vorhanden war. Es handelte sich hierbei um einen robusten Schalter, der in einer seitlichen Chassismulde versekt war, ähnlich dem des E38N.

 

 

 

 

Mysteriöserweise fehlt dieser Schalter am Mende 169G, wie man auf den folgenden Bildern meines eigenen Gerätes deutlich erkennen kann:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im letzten Bild sieht man übrigens die Netzdrossel mit M55 Eisenpaket (roter Rahmen).

 

Der beim "real" existierenden Gleichstromgerät fehlende Netzschalter steht in offenem Widerspruch zum Schaltbild:

 

Angeregt durch eine kürzliche Anfrage des RMorg Mitglieds Ludger Kreuz, habe ich das Thema des fehlenden Netzschalters, das schon einmal in einer Forumsdikussion zum 169G behandelt wurde, noch einmal aufgegriffen und versucht, eine schlüssige Antwort auf diese schon lange im Raum stehende Frage zu finden:

"Besitzt der Mende 169G (die Gleichstromversion des Mende Modells "169") einen Netzschalter und wenn ja, wo befindet sich dieser? Da alle verfügbaren Schaltbilder einen solchen Schalter in der "Netz-Minus" - Leitung zeigen, sollte er auffindbar sein. Aber mysteriöserweise hat keiner der Besitzer dieses Gerätes bisher einen solchen gefunden."

Zunächst etwas zur Vorgeschichte meines eigenen Mende169G. Ich hatte das Gerät vor vielen Jahren von einem befreundeten französischen Sammler erworben. Er selbst hatte das Gerät damals in defektem Zustand erhalten und hatte auf eine Reparatur verzichtet, da er sein Sammelgebiet inzwischen auf Miniatur-Radios eingeschränkt hatte. Er liess mich aber wissen, dass bei diesem Gerät die Verdrahtung der "Netz-Minus" - Leitung manipuliert worden war, und er keinen Netzschalter ausfindig machen konnte. So vermutete er, dass dieser mit dem Wellenschalter kombiniert sein musste; und zwar in der Form, dass der Wellenschalter in der Mittelstellung die Minus - Leitung unterbrach.

Da ich mich in der Vergangenheit nie näher mit dem Gerät beschäftigt hatte, hatte ich auch nie die Belastbarkeit der Aussage des früheren Besitzers in Frage gestellt und diese in einem früheren Post ohne Nachprüfung wiedergegeben. Nun wollte ich der Sache aber doch auf den Grund gehen.

Mögliche Positionen eines Netzschalters

Betrachtet man das Chassis des 169G von unten, so bestätigt sich die schon oben getroffene Aussage: Man findet außer dem Umschalter zwischen Radio und Phonobetrieb keinen weiteren Schalter, sondern nur die Buchsen für Grammophon, Lautsprecher und Antenne/Erde. Das einzige Loch in der Chassisrückseite, das groß genug wäre um einen Netz-Kippschalter aufzunehmen, wird für die Durchführung des Netzkabels benötigt. Offensichtlich gab es also auf dem Chassis keinen Netzschalter. In dem Chassisbereich, in dem auf dem Werbeprospekt der Netzschalter saß (hier im Bild rechts unten), klafft in der Verdrahtung eine große Lücke.

Hier die Chassisansicht von unten:

Das Loch für die Netzkabeldurchführung auf der Chassisrückseite:

Alternative Positionen für einen Netzschalter

Als alternative Positionen böten sich im Prinzip an: (i) Der Antennendrehko, (ii) der Rückkopplungsdrehko und (iii) der Wellenschalter

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Man erkennt sofort, dass sich die Verdrahtung der beiden Drehkos im Originalzustand befindet und hier sicher kein Netzschalter befestigt war.

Es bleibt also nur noch der Wellenschalter als möglicher Kandidat für die Position des Netzschalters. 

Wellenschalter

Das folgenden Bild zeigt den Wellenschalter noch einmal in Großaufnahme:

 

Zur Klärung des Aufbaus wurden die Jumper-Drähte zu den Lötösen der seitlichen Stützplatten entfernt, der Schieber ausgehängt und umgeklappt neben die Basisplatte gelegt. Dabei wurde der Schieber so positioniert, als würde er sich in der Mittelstellung des Wellenschalters befinden.

Wie man sieht, trägt die Basisplatte des Schalters 7 Kontaktfedern aus Federbronze. Die blau umrahmten Kontakte liegen auf Masse, sind also mit dem Netz Minuspol verbunden, die rot umrahmten mit den Schwingkreisen. Durch die perspektivische Verschiebung wird auf obigem Bild die relative Lage der Schieberkontakte zu den Kontaktfedern der Basisplatte verfälscht. Um diese besser zu erkennen, wurde ein zweites Bild direkt vertikal über der einen Kontaktgruppe aufgenommen:

Man erkennt, dass bei Mittelstellung des Wellenschalters die Kontaktfedern der Basisplatte mittig zwischen den Kontakten des Schiebers liegen. Das gleiche gilt für die gegenüber liegende Seite des Schalters.

In der Mittelstellung existieren also keinerlei Verbindungen zwischen den an Masse (Netz-Minus) liegenden Kontaktfedern der Basisplatte und den Schieberkontakten. Vermutlich hat der Vorbesitzer des Gerätes daraus geschlossen, dass damit auch die Verbindung zwischen dem Netzeingang und der Minus-Schiene des Gerätes unterbrochen war. Das war leider ein Irrtum, denn die Kontakte des Schiebers stellen lediglich Verbindungen zwischen Masse und den Schwingkreisen her. 

Es gibt aber auch noch einen anderen Grund, warum der Wellenschalter unmöglich als Netzschalter fungiert haben kann. Dies wird unmittelbar klar, wenn man sich an die oben aufgeführten Probleme bei Netzschaltern in Gleichstromradios erinnert:

Bei dem vorliegenden Wellenschalter handelt es sich um einen normalen Schiebeschalter, der beim Umschaltvorgang ohne Federbeschleunigng arbeitet. Er kann also im Prinzip beliebig langsam über die Kontakte bewegt werden, was zu so starker Lichtbogenbildung führen würde, dass die Kontakte in kürzester Zeit  zerstört würden

 

4    Schlussbemerkungen

Auch wenn es wenig plausibel erscheint, dass ein am Lichtnetz betriebenes Radio ohne Netzschalter produziert wurde, so scheint dies beim Mende 169G tatsächlich der Fall zu sein.  Man kann nur vermuten, dass der im Werbeprospekt gezeigte Schalter bei der Wechselstromversion des Gerätes zufriedenstellend funktionierte, dass man aber bei der  Gleichstromversion auf unerwartete Schwierigkeiten hinsichtlich der Lebensdauer der Schalterkontakte stiess.

So liess man den Netzschalter einfach weg und der Kunde musste das Gerät mit dem Netzstecker ein- und ausschalten ... allerdings musste er jedes Mal darauf achten, dass er den Stecker richtig herum in die Steckdose steckte ... sonst leuchtete nur die Röhrenheizung.

Wie aus einem Artikel im "Handbuch der Funktechnik, Bd. 2, Frankh, 1935" hervorgeht, gab es für Geräte ohne eingebauten Netzschalter aber auch robuste Schnurschalter, bzw. Schalter die mit einem Heißgerätestecker kombiniert waren.: 

In meiner Sammlung gibt es noch ein weiteres Gerät ohne Netzschalter, allerdings für Wechselspannungsspeisung, den  "Carl Sevecke KV2", der nur über eine "Bügeleisen" Steckdose verfügte:

Wie in obigem Artikel angesprochen, wurden offenbar tatsächlich  Geräte für Netzbetrieb aber ohne Netzschalter hergestellt - nur begegnen einem diese heute nicht mehr so oft - vermutlich weil es sich meist um einfache Geräte handelte, die schon bald nicht mehr dem Stand der Technik entsprachen und entsorgt wurden, oder, falls sie die Zeit überlebten, als nicht sammelwürdig erachtet wurden.


Herzlich danken möchte ich den Kollegen Hans M. Knoll und Dietmar Rudolph für ihre Unterstützung beim Verfassen dieses Beitrags!

Questo articolo è stato modificato il 03.Mar.20 23:03 da Harald Giese .

Harald Giese
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26.May.20 18:06

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Dank einer kürzlich erhaltenen Nachricht vom RM-Mitglied Ludger Kreuz hat sich nun auch geklärt, wie der Netzschalter beim MENDE 169G aussah. Wie aus der bei Herrn Kreuz vorhandenen, und inzwischen vom Kollegen Nagel unter dem Modell als pdf-File hochgeladenen BDA ersichtlich, wurde das Gerät nicht mit einem fest eingebauten, sondern mit einem in das Netzkabel eingeschleiften Schnurschalter in Betrieb genommen. Hier das entsprechende Bild aus der BDA (Der Netzschalter erscheint unter der Position 8 links unten).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Bauform ähnelte dem im Handbuch der Funktechnik von 1935 gezeigten Schalter der Fa.Robert Karst (ROKA). Siehe auch Teil 1 dieses Berichtes.

  
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