 |
 |
 |
|
|
  |
 Lebenserwartung von Röhren |
SonicAudio 
Mod
Dabei seit: 02.04.2009
Beiträge: 175
Spezialist: Audiotechnik, Elektroakustik
Herkunft: Liechtenstein
|
|
| Lebenserwartung von Röhren |
     |
Warum Röhren im Vergleich zu Transistoren und anderen Halbleiterbauelementen eine deutlich reduzierte Lebensdauer aufweisen:
Trotz ihrer hohen Toleranz gegenüber kurzzeitigen Überschreitungen der elektrischen Grenzwerte besitzen Elektronenröhren eine geringere Lebensdauer als Halbleiterbauelemente. Gerade in der Leistungstechnik sind Röhren Verbrauchselemente, während oft in Empfängern der 1950er Jahre noch die original eingesetzten Vorröhren anzutreffen sind. Röhren weisen herstellungsbedingt Toleranzen im zweistelligen Prozentbereich auf, in einigen Schaltungen funktioniert eine Röhre mit weit abweichenden Parametern besser, in anderen weniger. Im Bereich der High-End-Audioverstärker werden Röhren oft weitaus früher als messtechnisch notwendig ausgetauscht.
Die anfangs aufwändige und vor allem bei sehr hohen Frequenzen problematische Konstruktion Röhrensockel–Röhrenfassung ist nicht zuletzt Ausweis der Notwendigkeit einfachen Austausches.
Neben einigen anderen Faktoren wird die Lebensdauer einer Elektronenröhre bei einem Betrieb innerhalb der Grenzwerte durch folgende Faktoren bestimmt:
Abtragung von Kathodenmaterial
Ein häufiger Ausfallgrund von Elektronenröhren sind taube Kathoden, das heißt, deren Elektronenemission lässt nach. Solche Kathoden können in gewissem Umfang regeneriert werden. Dazu wird während gewisser Zeiträume die Kathode gezielt überheizt, während gleichzeitig ein begrenzter Anodenstrom fließt. Ziel ist dabei, die Kathode wieder zu aktivieren, sodass die Röhre wieder eine Weile funktioniert.
Bei altersbedingt leuchtschwachen Anzeigeröhren wie zum Beispiel magischen Augen ist eine Regenerierung im Allgemeinen nicht möglich, da die Gründe nicht in einer schwachen Emission der Kathode zu suchen sind, sondern sich fast ausschließlich in einem Taubwerden des Leuchtstoffes zeigen. Es gibt Möglichkeiten, durch massive Erhöhung der Anodenspannung wieder eine höhere Leuchtkraft zu erzielen.
Für Bildröhren waren früher Bildröhrenregeneriergeräte erhältlich, die den Vorgang der Regeneration vereinfacht haben.
Weiterhin wurden taube Bildröhren-Kathoden dauerhaft überheizt, um noch eine gewisse Zeit funktionsfähig zu bleiben.
Heutige Glühkathoden von Bild- und anderen Kathodenstrahlröhren haben eine so hohe Lebensdauer, dass sie meist diejenige des Gerätes übersteigt.
Das emissive Material der Kathode kann sich mit der Zeit langsam ablösen. Zum einen kann das durch sehr starke Überlastungsmomente geschehen, die zum Beispiel auftreten können, wenn die Röhre mit bereits angelegter Anodenspannung aufgeheizt wird. Zum anderen findet in der Röhre eine stetige Abdampfung statt. Dieser Vorgang verläuft unter normalen Betriebsbedingungen jedoch sehr langsam und macht sich erst nach einigen zehntausend Betriebsstunden bemerkbar. Bereits vor Taubwerden der Kathode kann als Folge Gitteremission auftreten.
Gitteremission
Eine Folge von der Kathode verdampfenden und sich auf dem Steuergitter niederschlagenden Materials kann Gitteremission sein. Dabei emittiert das Steuergitter Elektronen, was dazu führt, dass es positiver wird, sich dadurch der Anodenstrom erhöht und sich der Arbeitspunkt soweit verschiebt, dass Verzerrungen und/oder thermische Überlastung auftreten. Dadurch heizt sich das Steuergitter noch weiter auf und emittiert umso mehr Elektronen. Besonders anfällig sind Schaltungen, bei denen die Gittervorspannung über einen besonders großen Widerstand (1 Megaohm oder größer) zugeführt wird. Dann reichen bereits wenige Mikroampere Gitteremissionsstrom, um einen Ausfall zu verursachen.
Vakuum
Das Vakuum einer Röhre kann sich aus zwei Gründen verschlechtern: Ausgasung von Materialien innerhalb der Röhre, was von der Qualität (Reinheit) der Materialien abhängt, sowie Eindringen von Gasen durch den Kolben.
Bedingt durch die Betriebstemperatur einer Elektronenröhre wechselt die Temperatur des Glaskolbens oder der Keramik-Metall-Verschweißungen zwischen ein- und ausgeschaltetem Zustand um die 100 K, bei Leistungsröhren kann die Temperaturdifferenz sogar 150 K erreichen. Manchmal geht mit einer Vielzahl von Ein- und Ausschaltvorgängen die Bildung von Haarrissen im Kolben einher. Die meisten Gase (Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid usw.) können zunächst vom Getter der Röhre adsorbiert werden. Bei Glasröhren ermöglicht der Getter eine optische Kontrolle des Vakuums: Solange der silberne Belag an der Innenseite des Kolbens noch deutlich erkennbar ist, kann man das Vakuum als ausreichend ansehen. Ist er dagegen verschwunden bzw. milchig-transparent verfärbt, befindet sich Luft im Glaskolben. Bei genügendem Gasdruck kommt es zu einer Oxidation des Heizfadens: Er verbrennt. Die Röhre ist jetzt nachhaltig zerstört.
Die Verschlechterung des Vakuums hat zunächst Änderungen der elektrischen Eigenschaften zur Folge. So können im nicht mehr komplett gasfreien Raum Glimmentladungen entstehen, die sich gerade bei Endröhren wegen schaltungstechnisch nicht notwendiger hochohmiger Außenwiderstände außerordentlich schnell zu Bogenentladungen steigern. Diese ziehen unter Umständen weitere Bauteile (Netztransformator, Gleichrichterröhre, Ausgangsübertrager) in Mitleidenschaft. Ist jedoch schaltungstechnisch gesichert, dass der innere Überschlag nur kurz brennt und keine Folgeschäden verursacht, kann sich das Vakuum einer Röhre durch den dabei auftretenden Metalldampf und dessen Gasadsorptionsvermögen wieder verbessern. Dieses Phänomen wird besonders bei Senderöhren beobachtet beziehungsweise genutzt.
Regenerierung
Ein häufiger Ausfallgrund von Elektronenröhren sind taube Kathoden, das heißt, deren Elektronenemission lässt nach. Solche Kathoden können in gewissem Umfang regeneriert werden. Dazu wird während gewisser Zeiträume die Kathode gezielt überheizt, während gleichzeitig ein begrenzter Anodenstrom fließt. Ziel ist dabei, die Kathode wieder zu aktivieren, sodass die Röhre wieder eine Weile funktioniert.
Bei altersbedingt leuchtschwachen Anzeigeröhren wie zum Beispiel magischen Augen ist eine Regenerierung im Allgemeinen nicht möglich, da die Gründe nicht in einer schwachen Emission der Kathode zu suchen sind, sondern sich fast ausschließlich in einem Taubwerden des Leuchtstoffes zeigen. Es gibt Möglichkeiten, durch massive Erhöhung der Anodenspannung wieder eine höhere Leuchtkraft zu erzielen.
Für Bildröhren waren früher Bildröhrenregeneriergeräte erhältlich, die den Vorgang der Regeneration vereinfacht haben.
Weiterhin wurden taube Bildröhren-Kathoden dauerhaft überheizt, um noch eine gewisse Zeit funktionsfähig zu bleiben.
Heutige Glühkathoden von Bild- und anderen Kathodenstrahlröhren haben eine so hohe Lebensdauer, dass sie meist diejenige des Gerätes übersteigt.
__________________
"By the end of today, another day is gone forever. You will never get it back. We must never let up for a second. Work harder at every single thing." - Terry Manning
|
|
15.04.2010 17:24 |
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
