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Röhrentechnik für NichttechnikerRöhrentechnik für Nichttechniker

                                                                        
  1. 1.Einleitung
    1. 2.Elektronenröhren
    2. 3. Matchen
      1.  3.1 Warum macht man das überhaupt?
      2. 3.2 Wie groß darf die Abweichung zwischen den Röhren sein?
      3. 3.3 Besserer Klang durch gematchte Röhren?
    3. 4.Rauscharme Röhren
      1. Rauschen
      2. Signal/Rauschabstand
      3. rauscharme Röhren
    4. 5.Brummen
      1. Brummen bei Röhren
    5. 6.Bias
      1. 6.1 automatisches Bias 
      2. 6.2 festes Bias 
      3. 6.3. allgemeine Hinweise
    6. 7. Lebensdauer von Röhren
      1. 7.1 Fragen zu beobachteten Phänomenen bei  Röhren
        1. 7.1.1 Kurzes Aufblitzen des Heizfadens beim Einschalten
        2. 7.1.2 Röhren leuchten nicht gleich hell
        3. 7.1.3 bläuliches Schimmern im Innern der Röhre
      2. 7.2 Defekte bei Röhren
        1. 7.2.1 Röhrenheizung
        2. 7.2.2  Glasschaden
        3. 7.2.3 Fadenschluß
    7. 8.Wann ist eine Röhre verbraucht?
      1. 8.1. mechanische Beanspruchung
      2. 8.2.elektrischer Verschleiß
      3. 8.3 Wann sollten Röhren getauscht werden?
    8. 9. Mikrofonie
      1. 9.1 Was ist Mikrofonie?
      2. 9.2 Messverfahren zum Messen von Mikrofonie

1.Einleitung

Es wird versucht einige grundlegende Sachverhalte dem Leser anschaulich zu erklären. Dabei wird bewußt in Kauf genommen, dass es sich hier nicht um eine exakte theoretisch fundierte Abhandlung handelt, sondern vielmehr oft gebrauchte Begriffe anschaulich zu erklären, so dass auch Technikfremde etwas mit diesen Begriffen anfangen können.

2.Elektronenröhren

ein sehr kurzer geschichtlicher Abriss:

Der Erfinder Edison bemerkte bei der Entwicklung seiner Glühbirne, in der neben dem Glühfaden eine zusätzliche Elektrode eingefügt war, dass wenn der Glühfaden erhitzt wurde aus diesem Elektronen austraten und diese in der Glühbirne nun freien Elektronen mit der zusätzlich eingeführten Elektrode messbar war. Diese Emission von Elektronen war umso stärker je höher die Heizleistung und letztendlich die Teperatur des Heizfadens war.  Im Jahr 1883 meldete Edison unter Ausnutzung des oben genannten Effektes eine Schaltung zum Patent an, die als Gleichspannungregler funktionierte.
Anfang des 19. Jahrhundert nahm die Röhrenentwicklung an Fahrt auf. Die Triode wurde entwickelt und stellte das erste Verstärkerelement in der Elektrotechnik dar. Mit dieser Röhre konnten kleine Signale verstärkt werden.
1926 wurde dann die Pentode entwickelt. Maßgeblich beteiligt waren hier Manfred von Ardenne und Siegmund Loewe. Letzterer ist auch der Patentinhaber. Den Höhepunkt der Elektronenröhre war in den fünfzigern Jahren des letzten Jahrhundert. Zunehmend wurde die Elektronenröhre durch den 1947 entwickelten Transistor, der zu den Halbleitern gehört, abgelöst.
In den 60 zigern Jahren war bis auf einzelne spezielle Bereiche der Elektrotechnik die Röhre vom Transistor abgelöst.
Spezielle Leistungstrioden im Sendebereich sowie Bildröhren konnten hier noch nicht durch Halbleiter ersetzt werden.
Halbleiter beruhren wie der Name schon sagt auf Halbleter. Zu diesen gehört das Silizium, Gallium, Selen.

Wer sich für die Geschichte der Elektronenröhre interesiert dem sei dieser Artikel empfohlen.

Geschichte der Elektronenröhre

3. Matchen

  Matchen kommt wie so oft aus dem Englischen und heißt in diesem Sinn: aufeinander abgleichen.  
Wie der Name schon sagt werden Röhren so zusammengestellt, das Ihre technischen Daten soweit wie möglich übereinstimmen. Diese Übereinstimmumg sollte über die gesammte Arbeitskennlinie reichen und nicht nur für einen einzelnen Arbeitspunkt. Wenn nur auf einen Arbeitspunkt abgeglichen wird, so kann man sich das matchen auch sparen.
Vor allem bei Endstufenröhren werden gemachte Röhren angeboten.  Diese werden immer in geradzahligen Einheiten angeboten. Also als Paar, Quartett, Sechstett  oder auch Oktett angeboten.

 3.1 Warum macht man das überhaupt?

Gute Frage, denn zur Hochtzeit der Röhren gab es keine gemachten Röhren und trotzdem arbeiteten die damals produzierten Verstärker ganz hervorragend. Woher käme auch sonst der Mythos denen Röhrenverstärker des öfteren anhaftet..
Waren die Röhren damals besser als heute? Eigentlich nicht.  Als ich meine Lehre als Elektroniker machte, waren noch sehr viele Mitarbeiter mit der Röhrentechnologie vertraut (mein Glück)  und hatten einen immensen Erfahrungsschatz.  Von diesen lernte ich sehr viel über die praktische Anwendung mit Röhren und deren Problematik (Brummen, Rauschen, Mikrofonie Toleranzen us.w.), so  dass ich behaupte und die Praxis bestätigt dies immer wieder,  Röhren von damals waren auch nicht besser als die heute produzierten.
In der Blütezeit der Röhren gab es keine gematchten Röhren. Vielmehr wurde jede einzelne Röhre einzeln auf ihren Arbeitspunkt eingestellt und gut war es. Der Grund für diese Einstellarbeit waren folgende.

1. optimaler Arbeitspunkt für die Röhren,  um ein Optimum an Leistung zu erzielen. Röhren waren damals sehr teuer und man versuchte möglichst viel Ausgangsleistung raus zu holen.
2. Reduzierung von Brummstörungen.
3. Vermeidung von Vormagnetisierung des Ausgangstrafos um Verzerrungen zu minimieren.

Der Grund das heute gematchte Röhren angeboten werden liegt daran, dass viele heute produzierte Verstärker keine Möglichkeit mehr bieten die Röhren einzeln abzugleichen. Einige Firmen bauen Verstärker in denen es  gar nicht mehr möglich ist den Arbeitpunkt einzustellen. So bleibt denn, wenn man seinen Verstäreker nicht umbauen will, nicht anderes übrig als gematchte Röhren zu kaufen.

Hersteller von Röhrenverstärkern bieten heute speziell für ihren Verstärker gematchte Röhren an.
Generell hat man als Anwender keinerlei Probleme. Einfach austauschen und weiter geht´s. Das aber gleichzeitig  argumentiert wird  nur mit diesen Röhren hat man einen  besseren Sound und die Angst  geschürt wird , dass beim Einsetzen nicht originaler Röhren der Verstärker Schaden nehmen kann, ist meiner Meinung nach Unsinn.
Erstens gibt es nur ein paar Hersteller auf der Welt die noch Röhren produzieren, d.h. alle werden von diesen Firmen bedient auch die Hersteller der Verstärker die ihre eigenen Röhren anbieten und zweitens ist trotz weniger Hersteller die Konkurenz groß, so dass sich kein Hersteller erlauben kann auf Dauer schlechte Qualität zu liefern.  

3.2 Wie groß darf die Abweichung zwischen den Röhren sein?

 Hier gibt es unterschiedliche Meinungen. Die Praxis zeigt, dass Endstufenröhren mit 5mA Abweichung kein Problem darstellen.
Grundsätzlich gilt , bei Röhrentausch sollte das BIAS überprüft werden.

3.3 Besserer Klang durch gematchte Röhren?

Dies ist eine heiß diskutierte Frage. Meine Erfahrung ist, dass gematchte Röhren den Techniker das Leben leichter machen aber klangliche Unterschiede konnte ich bis jetzt nicht hören.

Unten stehendes Bild zeigt  eine Möglichkeit wie man Röhren matcht.
Dabei wird die gesammte Kennlie aufgenommen.
Die Anodenspannung und Gitterspannung sind konstant
Mit  Verändern der negativen Gitterspannung kann dann unten stehende Kennlinie aufgenommen werden.

Kennlinie
Bild1

Der Arbeitspunkt AP wird hier dem Datenblatt der entsprechenden Röhre entnommen.  Maßgebend ist neben der Anodenspannung und Gitterspannung,  die negative Gitterspannung. Die negative Gitterspannung wird zur Arbeitspunkteinstellung verwendet. Dies ist die BIAS-Spannung.
Sind alle Spannungen eingestellt wird sich ein Anodenstrom einstellen der mehr oder weniger dem Datenblatt entspricht. ( Abweichungen von +/- 20% sind hier keine Seltenheit).
Der Pfeil mit den zwei Spitzen zeigt die max. Abweichung des Anodenstromes an, der z.B +/-2,5mA betragen darf.. Liegen die einzelnen Kennlinien innerhalb der zwei Spitzen so würden dies den Anforderungen zum Matchen der Röhren genügen.
In unserem Bild wird die Röhre 3 als Bezugsröhre für alle anderen Röhren verwendet.
Im AP würden alle Röhre diese Forderung erfüllen (Pfeil1)
Wenn man aber am oberen rechten Rand Pfeil2 betrachtet erkennt man, dass erstmal nur Röhre1 und Röhre3 als Pärchen geeignet sind. Der AP mit Ia1 würde dann zwischen den beiden Röhren etwas nach oben wandern.
Betrachtet man nun Röhre2 und Röhre4 so kann mit Ihnen auch ein Paar gebildet werden, da die beiden Kennlinien auch innerhalb der Toleranz liegen (siehe Pfeil3) .Der AP mit Ia1 würde hier etwas nach unten wandern.
Man könnte jede der vier Röhren als Bezugsröhre verwenden. Das Ergebniss würde aber das gleiche sein.
Das bei all diesen Messungen die maximale Verlustleistung der Röhre nicht überschritten werden darf ist selbstverständlich.

Neben dieser Art des matchen gibt es auch noch andere Möglichkeiten. Eine davon ist die Steilheit der Röhren zu messen und entsprechend den Messwerten diese dann zu matchen.
Es muß auch nicht die gesammte Kennlinie aufgenommen werden. Es reicht schon einige Messpunkte aufzunehmen um hier zu einem zufriedenstellenden Resoltat  zu kommen.
Ebenso ist es auch möglich mit einem Computer die Messdaten aufzunehmen und den Daten entsprechend passende Röhren per Computer auszusuchen zu lassen.

4.Rauscharme Röhren

Rauschen

Den Begriff Rauschen kennt eigentlich jeder. Erinnert sei an "Das Rauschen der Blätter, -des Wasserfalls oder Meeresrauschen. Allen gemeinsam ist eine Überlagerung von Schwingungen deren Frequenz (Wellenlänge) und Amplitude (Stärke) zufällig ist und ein mehr oder weniger breites Frequenzspektrum erfaßt. Der Begriff "Rauschen"  kommt übrigens aus der Elektrotechnik als die ersten Verstärker gebaut wurden hörte man dieses typische Geräusch, dem es letztendlich seinen Namen verdankt. Die Beschreibung des Rauschen aus physikalischer Sicht ist alles andere als einfach. Hier geht es rein in die Quantenmechanik und alle Phänomene sind bis heute nicht restlos geklärt. In der Elektrotechnik wird bis auf wenige Ausnahmen das Rauschen als Störquelle angesehen. Es sind kleine Spannungs- oder Stromschwankungen die sich, wie oben angeführt, in einer Überlagerung von Schwingungen deren Frequenz und Amplitude zufällig ist, zusammensetzen.
Man versucht den Abstand zwischen dem Rauschen und dem eigentlichen Nutzsignal (z.B. Musik) möglichst groß zu machen damit das Rauschen nicht mehr als Störend empfunden wird.
Jedes Bauelement erzeugt Rauschen. Es spielt dabei keine Rolle ob es sich um Widerstände, Kondensatoren oder um aktive Bauelemente handelt wie Transistoren oder eben auch Röhren.
Da wie oben erwähnt wurde, das Rauschen einen gewisses Frequenzspektrum aufweist, ist es wichtig dieses Frequenzspektrum genauer zu bestimmen.
In der Audiotechnik wird oft der Frequenzbereich von 20Hz bis 20000Hz definiert.  Steilflankige Filter begrenzen hierbei den Frequenzbereich.
Es gilt: Eine Rauschangabe ohne Angabe des  Frequenbereich ist eigentlich sinnlos, da es sonst nicht möglich ist festzustellen welcher Verstärker von verschiedenen Herstellern denn nun am wenigsten rauscht.
Bei Gitarrenverstärker findet man eigentlich nie eine Angabe über deren Rauschsspannung bzw. Signal/Rauschabstand.

Signal/Rauschabstand

Das Verhältnis vom Signal zum Rauchen wird meistens im dB angegeben. Was es damit auf sich hat wird nachfolgend kurz erklärt.

Bei der Messung des Signal Rauschabstandes kommt es  nicht selten vor, dass der Abstand vom Signal zum unerwünschten Rauschen sehr
große Verhältnisse annehmen kann.1 zu 100000 oder mehr sind hier keine Seltenheit.
Um dies einfacher darstellen und  rechnen zu können wird auf die logarithmische Darstellung von Zahlen zurückgegriffen. Damit lassen sich große Zahlen sehr übersichtlich darstellen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil mit dieser Art zu rechnen ist, das aus einer Multiplikation eine Addition und aus einer Divison eine Subtraktion wird.
 Das ganze wird in der Elektrotechnik mit  dB gekennzeichnet.
Wenn Sie mit Ihrem Taschenrechner mal das eine oder andere berechnen wollen, müssen sie die [ log] oder [lg] Taste benutzen. Die [ln] Taste berechnet ebenfalls den Logarithmus. Die Basis ist aber nicht unser Zahlensystem sondern der natürliche Logarithmus der eine andere Basis hat. Sie erhalten demnach vollkommen ander Zahlenwerte.

Beispiel:
log 10000 = 4,  wogegen
ln10000 = 9,21 ergibt.

Wenn in Strom oder Spannungspegel gerechnet wird muß dieser Wert mit 20 multipliziert werden.
Beispiel:
log 100000 = 5 x 20 = 100dB

Auch die Leistung wird in dB angegeben. Allerdings ist hier der Wert mit 10 zu multiplizeren.
Demnach wird nach obigen Beispiel
log 100000 = 5 x 10 = 50dB

Achtung: Wie Sie sehen erkennt man aus dem Ergebnis nicht ob es sich um eine Leistungsangabe oder Spannungs-bzw. Stromangabe handelt.  Es ist immer wichtig zu wissen auf welcher Grundlage dieses Ergenis zustande gekommen ist. Das Ergebniss ist nur eine Zahl die das Verhältniss zweier Zahlen ausdrückt.
Deshalb wird oft statt der einfachen dB Angabe dBV oder dBm etc. angegeben um dieses Zahlenverhältnis eindeutig zu bestimmen

rauscharme Röhren

Es werden des öfteren rauscharme Röhren angeboten.
Die Frage die sich stellt was bringt es diese in einen Gitarrenverstärker oder Bassverstärker einzusetzen.
Antwort: eigentlich nichts.
Begründung: Wenn sie Ihren Gitarrenverstärker ohne angeschlossenes Instrument (es darf auch kein Kabel am Verstärker angesteckt sein) etwas aufdrehen hören sie das Rauschen des Verstärkers. Nehmen sie nun Ihr Instrument (ohne aktive Elektronik) und verbinden es mit Ihrem Verstärker. Das Rauschen wird sich  erhöhen und zwar in Abhängigkeit vom Volumeregeler und Tonregler ihrer Gitarre. Dieses Rauschen wird teilweise beträchtlich höher sein als das Rauschen des Verstärkers. Dies ändert sich auch dann nicht, wenn sogenannte selektierte rauscharme Röhren verwendet werden. Es ist offensichtlich, das der größte Anteil am Rauschen durch die angeschlossene Gitarre verusacht wird.
Manche fragen sich jetzt, wie kann es sein, dass meine Gitarre die nur aus dem Tonabnehmer und zwei Potis und ein paar Kondensatoren besteht soviel zum Rauschen beitragen kann. In der Physik wird das Rauschen oft als Rauschwiderstand definiert. Das heißt ein Widerstand mit einem bestimmten Wert hat auch ein bestimmtes Rauschen.  Je höher dieser Wert ist, dest höher liegt sein Rauschen. Man verwendet hier den Begriff "Rauschwiderstand".
So liegt der Rauschwiderstand von Trioden bei einigen hundert Ohm. Der Rauschwiderstand einer E-Gitarre liegt bei einigen zehn bis hundert KOhm und ist damit um ein vielfaches höher als der Rauschwiderstand einer Triode.
Bei Verwendung des Rauschwiderstandes ist die Rauschleistung auf allen Frequenzen gleich verteilt.
Bei Röhren ergibt sich hier ein etwas anderes Bild. So steigt das Rauschen unterhalb von 1kHz an und wächst einer e-Fuktion gleich bis weit unterhalb der Högrenze von 20 Hz stetig an.  Der Rauschleistung einer Triode ist nicht gleichmäßig über alle Frequenzen gleich.

Gibt es Gründe speziell rauscharme Röhren einzusetzen?
Wenn man sich mit HIFI beschäftigt, könnte es durchaus Sinn machen, bei Eingangsverstärkern für Plattenspieler sei es MM oder MC dies mal durchzurechnen.  


5.Brummen

Neben dem Rauschen ist das 50Hz Brummen eine weitere Störquelle sie sich sehr unangenehm bemerkbar macht. Während beim Rauschen keine einzelnen Signale herrausgehört werden können, ist der Brummton mit seinen 50 Hz sehr wohl als einzelner Ton hörbar. Die Ursachen sind vielfältiger Natur. Es können die unsachgemäße Erdung, magnetische und elektrische Störfelder sein, die sich dem eigentlichen Nutzsignal überlagern. Während in der HIFI Technik ein hörbares Brummen eigentlich der Vergangenheit angehört, wird dies bei Gitarrenverstärkern toleriert. Selbst Verstärker der neuesten Generation zeichnen sich manchmal nicht gerade durch Brummarmut aus.

Brummen bei Röhren

Röhren benötigen zum Betrieb eine Heizspannung. Diese ist in der Regel eine Wechselspannung, die direkt von Netztrafo geliefert wird. Es ist klar, dass diese dann eine Frequenz von 50Hz wie hier in Deutschland üblich, besitzt. Das Röhren empfindlich auf diese Art der Heizung reagieren können und diese Wechselspannung aufnehmen und dem eigentlichen Signal hinzufügen ist schon immer ein Thema gewesen. Dies wurde in früheren Zeiten in gewissen Grenzen toleriert. Um es zu minimieren wurde die Heizspannung symmetriert. Dies geschah entweder durch ein Poti, dessen beide Enden an der Heizspannung angelegt wurden und die Mittelanzapfung wurde mit Masse verbunden. Durch verdrehen des Potis wurde der optimale Punkt gesucht um das Brummen zu minimieren.  Die einfachere Methode besteht darin, zwei gleiche Widerstände in Reihe zu Schalten. Die beiden äußeren Enden wurden mit der Heizwicklung verbunden. Die Verbindung zwischen den Widderständen wurde nit Masse verbunden.
Die oben beschriebene Methode wird auch heute noch oft angewendet. Vor allem bei Gitarrenverstärkern ist dies die Regel.
In der HIFI Technik wird zumindest die erste Verstärkerstufe mit Gleichspannung geheizt. Damit wird das Thema Brummen durch Einstreuung der Heizspannung zu den Akten gelegt.

6.Bias

Bias ist ein allgemeiner Begriff aus Elektrotechnik und wird immer dann verwendet, wenn ein Bauteil oder Schaltungsteil mit einer festen Spannung oder Strom versehen wird um bestimmte Eigenschaften zu erhalten.
So wird z.B. eine Fotodiode mit einer kleinen Spannung in Sperrrichtung vorgespannt um das Rauschen zu minimieren.
Spricht man bei Röhren von Bias so wird damit der Arbeitspunkt der Röhre festgelegt. Dies ist sowohl bei den Voststufenröhren als auch bei den Endstugfenröhren notwendig. Die Bias Spannung bei Röhren ist in der Audiotechnik eigentlich immer eine negative Spannung. Die Wirkung bezieht sich auf das Steuergitter einer Röhre.
Wer sich etwas mit Röhren beschäftigt wird feststellen, das die Angaben in den Dateblättern und Schaltplänen nur eine grobe Richtschnur sind. Zu groß sind die Abweichnungen der Röhren, selbst vom gleichen Typ und Hersteller.

Man unterscheidet grundsätzlich zwei Arten von Bias.

6.1 automatisches Bias 

Hier wird das Bias nicht durch Anlegen einer extra Spannung erzeugt, sondern  aus dem Strom der durch die Röhre fließt erzeugt. Dabei werden sogenannte Katodenwiderstände eingesetzt. Der wesentliche Vorteil dieser Art zur Erzeugung des Bias liegt vor allem darin, dass die Toleranzen der einzelnen Röhren  zum Teil ausgeglichen werden und zum anderen  dass  sich bei Alterunug der Röhren das Bias in gewissen Grenzen automatisch anpasst um den optimalen Arbeitspunkt zu erhalten.
Es gibt auch einen Nachteil. Die Spannung die am Kathodenwiderstand abfällt steht nicht mehr für die Aussteuerung der Röhre zur Verfügung.
Bei Vorstufenröhren deren Bias bei einigen Volt liegt ist dies unerheblich, wenn man bedenkt, dass die Versorgungsspanung zwischen 200 und 350V liegt. Deshalb wird diese Art des Bias vor allem bei Vorstufenröhren angewendet.

6.2 festes Bias 

Wie der name schon sagt wird beim festen Bias eine konstante Spannung angelegt um den optimalen Arbeitspunkt einzustellen. Diese Methode wird bei Endstufenröhren angewendet.
Wenn man bedenkt, dass das Bias bei Endstufenröhren bis zu -50V und mehr betragen und diese Spannung nicht mehr zur Austeuerung des Signals nicht mehr zur Verfügung steht  ist es offensichtlich diese Art des Bias zu verwenden. Bei einer Versorgungsspannung von vielleicht 400V sind die 50 Volt nicht mehr zu vernachlässigen. Es kommt aber noch ein weiterer Aspekt hinzu. Der Strom durch Endstufenröhren ist ungleich höher als der bei Vorstufenröhren. Die damit verbundene Verlustleistung eines automatischen Bias ist doch sehr erheblich.
Deshalb wird bei Enstufenröhren ein festes Bias verwendet.
Es gibt jedoch Ausnahmen. Bei Endstufenröhren kleiner Leistung wird auch ein automatisches Bias verwendet. Der typische Vertreter socher Endstufenröhren ist die EL84. Das Bias liegt bei größer -10Volt und der Strom etwa bei 45mA. In diesem Zusammenhang sei noch die 6V6 erwähnt die in der gleichen Leistungsklasse spielt.
Eine automatische Anpassung der Röhren sowie deren Alterung findet bei einem festen Bias nicht statt. So ist es empfehlenswert den Arbeitspunkt in gewissen Abständen zu kontrollieren.

6.3. allgemeine Hinweise

Wer erst wenig mit Röhren zu tun hatte ist oft unsicher wie denn das BIAS eingestellt werden soll.
Grundsätzlich gilt:
1. Der Arbeitspunkt sollte bis max. 80% der maximalen Verlustleitung der Röhre eingestellt werden.
je höher die Leistung  an die maximale Verlustleistung der Röhre herranreicht, desto geringer ist die Lebensdauer der Röhre.

z.B. eine EL84 hat 12Watt Anodenverlustleistung. Die maximale Verlustleistung soll bei 70% liegen.
Der Kathodenstrom ist demnach mit der Formel
P = U*I --> I = P/U zu berechnen.
Ist die Anodenspannung zB. 300V, folgt:
I= P/U --> I = (12 *0,7)/300 so sollte der Kathodenstrom  28mA nicht überschreiten.

7. Lebensdauer von Röhren

Alle elektronischen Bauelemente unterliegen der Alterung und haben eine begrenzte Lebensdauer. Während Halbleiter ihre Funktion plötzlich einstellen verändern Widerstände, Kondensatoren und auch Röhren ihre Kenndaten bis sie auch ihren Dienst einstellen.

7.1 Fragen zu beobachteten Phänomenen bei  Röhren

bei Röhren werden immer wieder einige Phänomene beobachtet die manchmal zu einiger Verunsicherung führen ob denn die Röhre noch einwandfrei arbeitet.

7.1.1 Kurzes Aufblitzen des Heizfadens beim Einschalten

Dies ist kein Grund zur Sorge. Bei einigen Herstellern oder Typen ist dies zu beobachten und ist konstruktiv bedingt.

7.1.2 Röhren leuchten nicht gleich hell

Oft glühen die Heizfäden von Röhre zu Röhre nicht gleich hell. Dies ist kein Qualitätskriterium ob die Röhre funktioniert. Wenn bei einer Röhre ein Glühen des Heizfadens erkennbar ist, so kann man daraus schließen, dass die Heizung funktioniert.
Die Heizwendel ragt bei Röhren oft etwas über die Kathode hinaus. Da dies bei allen Röhren nicht gleich ist kann auch hier der Eindruck entstehen einige Röhren leuchten heller als andere.

7.1.3 bläuliches Schimmern im Innern der Röhre

Im Innern von Röhren herrscht im Idealfall ein absolutes Vakuum. Rein theoretisch sollte eigentlich nichts weiter als freie Elektronen im Innern der Röhre vorhanden sein. Es schwirren aber immer noch Reste von Fremdmolekülen im der Röhre herum. Diese kommen auch vom Glaskörper der Röhre. Trifft nun ein Elektron auf ein solches Molekül werden diese dann zum Leuchten angeregt. Zu beobachten ist dieses Phänomen vor allem bei Endstufenröhren und tritt auch bei neuen Röhren auf.
Wenn der silberschwarz glänzende Belag an Glaskörper noch vorhanden ist hier kein Grund zur Besorgnis gegeben.


7.2 Defekte bei Röhren

7.2.1 Röhrenheizung

Röhren werden geheizt. Dies ist erforderlich, dass genügend Elektronen aus der Kathode freigesetzt (emittieren) werden.
Wenn der Heizfaden bricht und damit die Heizung ausfällt ist die Röhre unbrauchbar und muß ersetzt werden.
Dies ist sehr leicht erkennbar, da im Betrieb das Leuchten des Heizfadens sehr gut sichtbar ist.

7.2.2  Glasschaden

Röhren brauchen um ihre optimale Leistung zu bringen ein ausreichend hohes Vakuum. Gleichzeitig muß auch noch sicher gestellt werden, das Verunreinigungen aller Art so niedrig wie möglich zu halten sind.  Das größte Gift im Glaskolben ist der Sauerstoff. Um diesen zu binden werden sogenannte Getterperlen in den Glaskolben eingesetzt. Diese bewirken, das der Sauerstoff gebunden wird und sich als silbrigschwarzer glänzender Niederschlag am Glaskörper anhaftet. Offentsichtlich ist die Röhre unbrauchbar, wenn der Glaskörper zu Bruch geht. Manschmal ist dies aber nicht so weiteres erkennbar.
Wenn sich aber der silbrigschwarze Belag am Glaskörper einer Röhre  zu einem milchig weisen oder grauen Belag verfärbt ist die Röhre unbrauchbar, da sie Luft gezogen hat. (siehe Bild2)



röhre defekt
                                                      Bild2

Bild2:  Die linke Röhre zeigt den typischen schwarzglänzenden Belag. Diese Röhre ist soweit in Ordnung. Die rechte Röhre zeigt den weis-grauen milchigen Belag. Ein eindeutiges Anzeichen, dass bei dieser Röhre kein Vakuum mehr vorhanden ist. Die Röhre muß  ausgetauscht werden.

7.2.3 Fadenschluß

Ein Fadenschluß liegt vor, wenn im Innern der Röhre verchiedene Anschlüsse die eigentlich nicht miteinander verbunden sind einen Kurzschluß verursachen.
Diese Art von Fehler lassen sich leider nicht so ohne weiteres feststellen  Röhren sollten um Messfehler auszuschließen nur unter Betriebsbedingungen getestet werden.
Hierzu bedarf es eines Röhrentesters oder einer Testschaltung in der die Röhre getestet werden kann.
Falls hier ein Fadenschluß festgestellt wird ist diese Röhre unbrauchbar und muß gewechselt werden.
Dieser Fehler kommt eher selten vor.

8.Wann ist eine Röhre verbraucht?

Oben angeführte Fehler führen zu einem Defekt einer Röhre so dass man diese austauschen muß.
Röhren wenn sie im Bertrieb sind altern. Ihre Kenndaten verändern sich im Laufe der Zeit. Dies ist ein langsamer Prozess der über Jahre oder Jahrzehnte andauern kann.
Wenn man bedenkt, dass die alten Röhrenradios die schon seit 40 Jahren und mehr täglich ihren Dienst tun und immer noch mit dem ersten Röhren bestückt sind und  andererseits vor allem in Instrumentaverstärkern die Röhren einmal im Jahr gewechselt werden obwohl die Röhren technisch in Ordnung sind so wird es wohl hier keine pauschale Antwort geben können.
 
Als ich noch in der Lehre war hieß es immer wenn eine Röhre 60% ihrer Leistungsfähigkeit verliert ist diese verbraucht.
Damit war gemeint, dass der Kathodenstrom vom Anfangswert auch 60% gesunken ist.
Nur wann hat eine Röhre nur noch 60% der Leistungsfähigkeit?
Um hier eine eindeutige Aussagen zu treffen müsste man die Werte bei einer neuen Röhre messen.
Dies ist wohl in den seltesten Fällen der Fall oder wer hat einen Messplatz daheim um dies zu kontrollieren? 
Röhren sind von ihren Daten her nicht identisch. Die Datenblattangeben sind hier nur als Mittelwert anzusehen. Abweichungen von 20% und mehr sind keine Seltenheit. Davon sind alle Röhren egal von welchem Hersteller diese stammen betroffen.
Wenn dem nicht so wäre könnte man sich auch das ganze matchen sparen.´
Eine andere Möglichkeit den Verschleiß von Röhren zu messen ist folgende.
Man vermindert die Heizspannung um 10%. Der Kathodenstrom sollte sich hierbei um max. 20% vermindert.
Diese Information habe ich aus einem alten Manual von Hickoc.
Ich habe mal dies an verschiedenen Röhren probiert. Darunter waren neue Röhren als auch sehr alte Röhren. Die Testergebnisse zeigten,
das diese Methode durchaus brauchbar ist. Diejenigen Röhren die nach oben beschriebener Methode als verbraucht galten waren nur die alten Röhren und diese zeigten auch ein starkes Abweichen von den Kennwerten der jeweiligen Röhre.

welche Faktoren sind  maßgeblich am Verschleiß von Röhren verantwortlich?

8.1. mechanische Beanspruchung

Röhren sind feinmechanische Teile. Die Toleranzen bewegen sich hier in Bruchteilen von Millimetern. Obwohl der mechanische Aufbau im Glaskörper durch Glimmerplättchen fixiert ist, so sollte man Röhren  jedoch mit Sorgfalt behandeln. Jede mechanische Beanspruchung ist für eine Röhre Stress.
Während Röhren in HIFI-Verstärkern eher ein geruhsames Leben haben sind Röhren in Instrumentalverstärkern in erhöhten Maße mechanischem Stress ausgeliefert. Die Röhren sind meist in unmittelbarer Nähe des Lautsprechers angebracht. Auch hier entsteht für die Röhre mechanischer Stress der von den Schallwellen des Lautsprechers kommen.
Ebenso werden die Verstärker oft transportiert , da sie ja auch für die Liveauftritte benutzt werden. Erschütterungen sind hier nicht zu vermeiden. Röhren die in Instrumentalverstärkern eingesetzt werden haben in der Regel eine geringere Lebensdauer als solche die in
HIFI-Verstärkern eingesetzt werden.

8.2.elektrischer Verschleiß

Auch hier haben Röhren in HIFI-Verstärkern eine längere Lebenserwartung als Röhren die in Instrumentalverstärkern eingesetzt werden.
Endstufenröhren in Instrumentalverstärkern sind von je her auf maximale Leistungsabgabe eingestellt. Es ist auch nicht so selten, dass die Röhren an ihren elektrischen Grenzwerten  und darüber betrieben werden. Damit sind acu neben der maximalen Verlustleistung der Röhre auch die anderen Werte wie maximale Anodenspannung gemeint.
All dies trägt dazu bei, dass die Röhren eine verminderte Lebensdauer haben.
Ebenso werden die Röhren übersteuert um so den typischen verzerrten Gitarrensound zu erzeugen.
Die Verzerrung wird entweder in den Vorstufen oder Endstufenröhren erzeugt. Speziell die Endstufenverzerrung bedeutet Stress für die betreffenden Röhren, da diese hier sehr oft auch Leisungsmäßig über ihre maximal zulässige Leistung betrieben werden.

8.3 Wann sollten Röhren getauscht werden?

Gute Frage. Aus rein technischer Sicht ist ein Röhrentausch nur dann von nöten, wenn die Röhre defekt ist.
Der andere Grund liegt am Sound der sich im Laufe der Zeit verändert. Vor allen Endstufenröhren die mit der Zeit an Leistungsfähigkeit verlieren verändern ihre Kennwerte. Obwohl nicht besonders verkaufsfördernd wäre hier eine Kontrolle des BIAS notwedig um die Röhren
wieder auf die neuen Kennwerte ein zu stellen.  Damit könnte man noch einige Zeit mit den Röhren leben.
Meine persönlichen Erfahrungen sind, dass ich ca. alle drei Jahre die Endstufenröhren austausche. Der Verstärker ist hier im Übungsraum und im Livebetrieb. Als ich noch mehr Zeit hatte hatten wir alle zwei Wochen einen Liveauftritt. Der Sound reicht von clean bis leicht angezerrt.
Der Verstärker besitzt zwei Vorstufenröhren. Hier wurde eine getauscht, da diese mikrofonisch wurde.
Der Verstärker ist jetzt ca. 15 Jahre alt.

9. Mikrofonie

9.1 Was ist Mikrofonie?

Wie schon öfters erwähnt sind Röhren feinmechanisch Gebilde. Die einzelnen Gitter sind hier nur Millimeter oder Bruchteilen davon voneinander entfernt. Die Toleranzen dieser Abständen liegen hier im  hundersten oder tausendsten Teil eines Millimeters.
Werden Röhren mechanisch beansprucht  so kommt die Mechanik in Schwingung. Dies läßt sich sehr leicht ausprobieren inden man im Betrieb vorsichtig an eine Vorstufenröhre klopft. Dabei ist ein mehr oder minder langer Ton zu hören. Das Spektrum reicht von einem dumpfen Plopp bis zu einen hohen Klingelton. Dies ist vom Aufbau der Röhre abhängig.
Grundsätzlich gilt, das alle Röhren die in der Audiotechnik eingesetzt werden, diese Eigenschaft aufweisen.
In der Regel führt dies zu keinerlei Problemen.
Bei manchen Röhren ist aber dieser Effekt so stark, dass ein normaler Betrieb nicht möglich ist  Betroffen sind hier vor allem Röhren wenn diese in der Eingangsstufe eingesetzt werden. Zu hören ist dies wenn im normalen Betrieb ein klingeln zu hören ist. Bei Gitarrenverstärkern glaubt man manchmal zwei verschiedene Töne zu hören oder im unverzerrten Sound hört sich das ganze manchmal etwas unrein oder etwas verzerrt an. Oft tritt dieses Verhalten bei nur einzelnen Tönen auf.  Hier trifft man dann die Resonazfrequenz die das Röhrensystem schwingen läßt.
Natürlich sollte man diese Röhre gegen eine andere bessere Röhre tauschen. Dennoch braucht man die getauschte Röhre nicht gleich zu entsorgen. Man kann probieren diese an einer anderen weniger empfindlichen Stelle des Verstärkers einzusetzen.
Durch Materialermüdung kann Mikrofonie auch erst im Laufer der Zeit auftreten.

9.2 Messverfahren zum Messen von Mikrofonie

Leider gibt es kein einheitliches Verfahren zum Messen der Mikrofonie. Jeder kocht hier seine eigene Suppe.
So bietet jeder Hersteller und Lieferant von Röhren mikrofoniearme Röhren an. Da es hierbei keinerlei Informationen gibt wie dies gemessen wurde muss man darauf vertrauen, dass dies tatsächlich auch so ist.


wird fortgesetzt


erstellt: 02.01.2012
Änderung 12.02.2013
Änderung 23.03.2013 Kapitel 4 und 9 neu hinzu. einige Rechtschreibfehler gefunden und korrigiert neue sind hizugekommen.
Änderung 22.05.2013 Link zur  Geschichte der Röhren hinzugefügt. Text umgearbeitet, Fehler korrigiert
Änderung 2.10.2013: Kapitel 6.3 korrigiert. Rechenbeispiel wurde korrigiert. Kapitel 8 erweitert.

noch Fragen? einfach eine e-mail senden.
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