Ersatz der Stahlröhre UCL11
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von Rainer Steiner
20.07.2011
Fehlerbeschreibung:
Ein Radio ( Siemens Kammermusik-Super 92GW) zeigte folgenden Fehler:
Wurde das Chassis in normaler Lage (horizontal) betrieben, funktionierte es einwandfrei. In vertikaler Lage hörte man im Lautsprecher starke Prasselgeräusche und nach einigen Minuten verbrannte der Schirmgitterwiderstand der UCL11. Die Messung ergab zuvor 0V Schirmgitterspannung mit prassel-abhängigen Spannungsspitzen. Der Fehler blieb auch nach dem Wechsel des Schirmgitter-Kondensators (0,5 µF) bestehen.
Ursache:
Der Grund war ein zeitweiser Kurzschluß im Sockel der UCL11 zwischen Pin 7 (Schirmgitter) und Pin 3 (Katode).
1. Lösungsversuch:
Zuerst wurde mittels geladenem Elko (50µF) mit 250 Volt Gleichspannung versucht, den Kurzschluß "wegzubrennen" aber ohne Erfolg denn danach war er dauerhaft vorhanden. Dann wurde zum Letzten gegriffen. Hoher Strom bei 4 Volt. Folge: Der Kurzschluß war weg aber auch die Verbindung zwischen Pin 3 und der Katode ... Der Stahlröhren-Sockel wurde vorsichtig abgelötet. Dabei stellte sich dann heraus, daß der Draht von Pin 3 zum Schmelzfuß der Röhre bis unmittelbar zum Glasrand fehlte ...Pech !
Problemlösung:
Da keine weitere UCL11 dauerhaft zur Verfügung stand, wurde nach einem Ersatz gesucht. Dabei stand an 1. Stelle: Keine Änderung am Radio selbst, später sollte wieder eine UCL11 verwendbar sein.
Die Wahl fiel (weil zufällig vorhanden) auf die Novalröhre vom Typ UCL82.
Bild 1 zeigt beide Röhrentypen. Der Unterschied besteht u.a. darin, daß die UCL11 eine gemensame Katode für das C- und L-System hat. Dadurch mußte in Radiogeräten der 30er und 40er Jahre mit einer sogenannten " halbautomatischen Gittervorspannung" gearbeitet werden. Die UCL11 benötigt für die Tetrode (L-Teil) -8,5V und für die Triode (C-Teil) -2V Gittervorspannung bei gemeinsamer Katode. Damit fällt die Verwendung einer "automatischen Gittervorspannungserzeugung" mittels Katodenwiderständen aus. Die Gittervorspannungen werden im Siemens 92GW durch die Widerstände R1 und R2 erzeugt.
Bild 2 zeigt die Anordnung beider Widerstände. Sie liegen in Reihe, R1 (30 Ohm) dabei einseitig an Masse und R2 (100 Ohm) am negativen Pol der Anodenspannung. Durch die Reihenschaltung fließt der gesamte Strom der Anodenspannungsversorgung und es entsteht dabei ein (negativer) Spannungsabfall von -8,5 V gemäß der Regel:
-Ug = -Iges * R
wobei -Iges die Summe aller Anoden- und Schirmgitterströme der Röhren und
R = (30 +100)Ohm = 130 Ohm
beträgt. Diese Spannung wid über ein Siebglied, bestehend aus 150 kOhm/0,1µF und 500 kOhm dem Steuergitter der Endtetrode zugeführt. Der Spannungsabfall an R1 beträgt -1,9V und wird doppelt genutzt. Zum Einen wird er über ein Siebglied mit 30kOhm/25µF über das Lautstärkepotentiometer dem Gitter der Triode zugeführt, zum Anderen wird er zur Verzögerung der Schwundregelspannung benutzt. (Über 1,5 MOhm an der Schwundregeldiode der UBF11) (Verzögerte Schwundregelung bedeutet, daß kleine HF-Signale = schwache Sender noch keine Schwundregelung auslösen und deshalb der Empfänger bei kleinen Eingangssignalen nicht "aufrauscht" => max. Eingangsempfindlichkeit)
Der Anodenstrom der UCL11 ist um 10mA größer, der Schirmgitterstrom um 1mA geringer als die entsprechenden Werte der UCL82.
Die benötigt -16V Gittervorspannung, die Schaltung des 92GW stellt aber nur bei Nennstrom (UCL11) -8,5 V zur Verfügung. Durch den Stromunterschied von 9 mA (Anode: 10mA mehr, G2 1 mA weniger) stehen daher
dU = 9mA * 130 Ohm => dU = 1,17V (lies: delta U) => Ug = -8,5V -(-1,17V) => Ug = -7,33V
Gittervorspannung bei Verwendung der UCL82 zur Verfügung. Die muß den Rest von
16V - 7,33V = 8,67V
mit einer "automatischen Gittervorspannungserzeugung" mittels Katodenwiderstand für die Endpentode selbst erzeugen. Bei einem Katodenstrom von
Ik = Ia + Ig2 => Ik = 35ma + 7 mA => Ik = 42 mA
und 8,67V muß ein Katodenwiderstand von
Rk = Ug1 : Ik = Rk = 206 Ohm
zusätzlich verwendet werden. Dieser Wert gilt (theoretisch) für eine neue Röhre, bei Verwendung einer "guten" gebrauchten kann der Katodenwiderstand der Endröhre zwischen 150 und 200 Ohm liegen. Die Triode der UCL11 benötigt rund -2V als Gittervorspannung während das Steuergitter der Triode der UCL82 zwischen 0V und -1,7V liegen darf. Der reduzierte Katodenstrom der UCL82-Endröhre erzeugt am Widerstand R1
Ug1 = -1,9V -(-0,27V) => Ug1 = -1,63V
Damit liegt die Gittervorspannung für die Triode der UCL82 optimal!
Bild 3 zeigt die Umrüstschaltung für die UCL82. Die Katode der Triode liegt wie bei der UCL11 auf Masse-Potential am Pin 3 des Stahlröhrensockels, während die Katode der Endpentode über 150 - 200 Ohm ebenfalls am Pin 3 liegt. Der Katodenwiderstand wird NICHT mit einem Elko überbrückt (Gegenkopplung). Die Heizspnnanung der UCL11 beträgt 10V mehr als diejenige der UCL82, deshalb müssen bei der UCL82 10V "vernichtet" werden. Das übernimmt Rh:
Rh = U : I => Rh = 10V : 0,1A => Rh = 100Ohm.
(Zur Erinnerung: U-Röhren benötigen alle 100mA Heizstrom) Dabei ist
P = U * I => P = 10V *0,1A => P = 1 Watt
Der Ausgangstransformator der UCL11 paßt auch für die UCL82.
Bild 4 zeigt die UCL82 neben einer UCL11. Beide geben praktisch die gleiche Leistung ab. Änderungen am Radio sind NICHT erforderlich. Als Zwischensockel für die UCL82 wurde der Sockel einer (altersschwachen) EF12 verwendet. Der Stahlröhrensockel erhält 2 Bohrungen mit 3,2mm Durchmesser und eine leichte "Versenkung" für Senkkopfschrauben auf der Unterseite im Abstand der Noval-Röhrensockel-Befestigungslöcher. Hier werden mittels M-3-Senkkopfschrauben Abstandsbolzen angeschraubt, welche den Novalsockel tragen.
Bild 5 zeigt den verdrahteten Sockel. Darauf achten, daß der Blechkragen des Novalsockels ebenfalls am Pin 3 (Katodenanschluß) des Stahlröhrensockels angeschlossen wird sonst besteht wegen "Mitkopplung" die Gefahr von UKW-Schwingungen! Den Einsatz der Ersatz-UCL11 zeigt Bild 6 im Siemens Kammermusik-Super 92GW.
Das gleiche Gerät von vorne:
Zum Abschluß noch Meßwerte der Ausgangsleistung: (Messung erfolgte mit dem Ausgangstransformator des Siemens 92GW)
UCL82: Ausgangsleistung bei 10% Klirrfaktor, gemessen mit dem Klirrfaktormesser PMZ-11 von Zopan (Warschau): 4,1 Watt an 3,5 Ohm. UCL11 (Röhre von RFT aus einem 5E61-D von Stern-Radio von 1951): 4,0 Watt.
Die Spannung an der Anode betrug bei der UCL11 225V, bei der UCL82 230V.
Die UCL82 ist demnach ein vollwertiger Ersatz für die Stahlröhre UCL11!