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Kondensatoren für Serienheizkreise
#1
Da es heute praktisch nirgends mehr Gleichstromnetze gibt, bietet es sich an, den bei Allstromradios unvermeidbaren Heizkreis-Vorwiderstand je nach Bedarf oder Zweckmäßigkeit durch einen Heizkreis-Kondensator als kapazitiven Vorwiderstand zu ersetzen. Hierdurch ergeben sich gleich mehrere Vorteile:

- Energieersparnis für Röhren der C-Serie

Die ersten in Europa weit verbreiteten Allstromröhren waren jene der C-Serie mit einem einheitlichen Heizstrom von 0,2 A. Ein typischer C-Röhrensatz, bestehend aus den Typen CK1, CF3, CBC1, CL4 und CY1, erreicht eine Heizspannung von 97 V, wenn man 12 V für die Skalenbeleuchtung hinzurechnet. Dies entspricht einer Leistung von 97 V * 0,2 A = 19,4 W. Da aber die restliche Spannung bis zur Netzspannung 230 V (heute) mit einem Vorwiderstand vernichtet werden muss, ist der Gesamtverbrauch an Heizleistung 230 * 0,2 = 46 W, also mehr als das Doppelte.
Verwendet man nun statt eines Vorwiderstandes einen Heizkreis-Vorschaltkondensator, so wird es bei diesen 19,4 W bleiben, da der Kondensator selbst keinen Energieverbrauch hat, weil er nur ständig umgeladen wird.

   
Bild 1 : Serienheizkreis mit Vorwiderstand: unerwünschte Wärmeentwicklung und Energieverbrauch, Skalenlampen sind gefährdet durch den hohen Einschaltstrom.

   
Bild 2 : Serienheizkreis mit Kondensator: Keine zusätzliche Erwärmung, keine Energieverschwendung und keine durchbrennenden Skalenlampen.

- Umrüstung von 110 V -Geräten auf 230 V

Eine Besonderheit stellen Geräte mit 0,3 A -Röhrensätzen nach amerikanischem Vorbild (z. B. 25L6, 25Z6, 6Q7 etc.) dar, die ursprünglich meistens für 110 V konzipiert waren. Wird ein solches Gerät mittels Vorwiderstand auf 230 V umgestellt, so werden alleine schon im Heizkreis 230 V * 0,3 A = 69 W verbraucht, obwohl die tatsächliche Heizleistung wesentlich geringer ist. Diese wäre nur 23 W einschließlich Skalenlampe, die restlichen 69 - 23 = 46 W werden nutzlos im Vorwiderstand verbraten.

- Verringern der Wärmeentwicklung

Abgesehen von der Energieverschwendung kann es problematisch sein, die Wärmeentwicklung von z. B. 46 W in obigem Fall in einem oft nur kleinen Gehäuse unterzubringen. Hier ist ein Heizkreis-Vorschaltkondensator die einzig sinnvolle Problemlösung.

- Schoneffekt durch annähernd Konstantstrom

Ein weiterer enormer Vorteil ist, dass wegen der Phasenverschiebung, die durch den steten Umladevorgang im Kondensator verursacht wird, der Heizstrom bei kalten Heizfäden nur minimal höher ist als im Betrieb. So wäre im Beispiel mit den C-Röhren der Strom gerade nur 10,3 % höher, wenn die kalten Heizfäden nur ⅛ des Warm-Widerstandswertes hätten.
Daher sind Urdox-, NTC- und Eisen-Wasserstoffwiderstände etc. zur Strombegrenzung bei kalten Heizfäden nicht mehr erforderlich!
Für die Skalenlampen sind keine Sondermaßnahmen gegen Überstrom erforderlich. Bei ganz normaler Einschleifung in den Heizkreis ist mit bloßem Augen praktisch kein Helligkeitsunterschied zwischen kalten und warmen Heizfäden erkennbar.


Berechnung des Kondensators

Dazu habe ich eine Excel- Tabelle erstellt, in welcher alle Rechenvorgänge enthalten sind. Man muss nur die erforderlichen Parameter eintragen und erhält sofort den exakten Kapazitätswert des Kondensators in µF.


.xls   Heizkreiskondensator_JR22x(2).xls (Größe: 10 KB / Downloads: 2)

Nachfolgend wird erklärt, auf welcher Grundlage die Berechnung des Heizkreiskondensators basiert.

Die Rechenvorgänge im Detail:

Es muss zunächst der Wirkwiderstand R des Heizkreises berechnet werden, indem die Summe aller Heizspannungen durch den Heizstrom geteilt wird, in unserem Beispiel mit den C-Röhren sind es 97 V, geteilt durch 0,2 A = 485 Ω.
Danach muss der Scheinwiderstand Z des gesamten Heizkreises am Netz berechnet werden, indem die Netzspannung durch den Heizstrom geteilt wird, hier also 230 V, geteilt durch 0,2 A = 1150 Ω .
Durch geometrische Subtraktion ist daraus der kapazitive Blindwiderstand Xc zu errechnen, also : (Scheinwiderstand)² minus (Wirkwiderstand)², und vom Ergebnis die Wurzel zu ziehen,

im Beispiel also : 1150² - 490² = 1082400, davon √ = Xc = 1040,385 Ω.

.png   formel1.png (Größe: 668 Bytes / Downloads: 72)

.png   formel2.png (Größe: 768 Bytes / Downloads: 72)

Xc = 1040,385 Ω

Nach der Formel
.png   formel3.png (Größe: 1.020 Bytes / Downloads: 72) erhält man den Kondensatorwert in µF,

also im Beispiel
.png   formel5.png (Größe: 1,85 KB / Downloads: 37)

C = 3,06 µF


.png   HK-C-calc_C-Rö_22.png (Größe: 11,17 KB / Downloads: 84)
Tabelle 1 : Als Beispiel wurde der C-Röhrensatz eingegeben.


Bedienungsanleitung

Eintragungen sind in folgende Zellen (hellblau) zu machen:

A3: Norm- Netzspannung 230 V oder ortsübliche meist vorhandene Netzspannung in Volt (227...235 V), wenn das Gerät normalerweise an dieser Spannung betrieben wird.
A6: Heizstrom der Röhren in A, also 0,2 A für C-Röhren.
A12: Netzfrequenz, normalerweise 50 Hz, kann auch geändert werden, z. B. 60 Hz.
B3...B16: Eintragung der Röhrentypen und Lämpchen, nur zur Übersicht, ohne Rechenfunktion.
C3...C16: Heizspannung der einzelnen Röhren + Skalenlämpchen.

Man erhält dann folgende Ergebnisse :

Hauptergebnis (hellgrün) :

E13: Wert (Kapazität) des Vorschaltkondensators in µF

Zwischen- und Nebenergebnisse („magenta“) :

C17: die Summe der Einzel-Heizspannungen in V.
D3: Wirkwiderstand Rf des Heizkreises in Ω.
E3: Scheinwiderstand Zf des gesamten Heizkreises in Ω.
E8: kapazitiver Blindwiderstand Xc in Ω.
E14: Ersatzweiser Ω - Wert eines Heiz- Vorwiderstands, wenn kein Kondensator verwendet werden würde.
E15: Verlustleistung in W, die dieser Widerstand umsetzen würde.
E16: Kalt- Einschaltstrom, wobei der Kalt- Widerstand der Heizfäden als ⅛ des Warm- Widerstands angenommen wird, als absoluter Betrag in A; dieser Wert verringert sich nach wenigen Sekunden.
E17: der Maximal-Kaltstrom in % über dem Nenn- Heizstrom.


.png   Kondensator-vorschalt.png (Größe: 11,25 KB / Downloads: 167)
Tabelle 2 :  Die wichtigsten Allstrom- Röhrenserien mit jeweils bereits ausgerechnetem Heizkreiskondensator bei der entsprechenden Röhrenbestückung und Netzspannung 230 V 50 Hz. Hier sieht man, welcher Kondensator bei einer ähnlichen Bestückung benötigt wird. Ebenso kann man anhand dieser Angaben die Richtigkeit der Excel-Tabelle überprüfen oder zur Übungskontrolle verwenden.
Ganz unten findet man den Maximal-Einschaltstrom, oben als Absolutbetrag, darunter in %, entsprechend den Feldern E16 + E17.


Auswahl des Kondensators

Es kommen nur selbstheilende Kondensatoren in Frage, also solche, die bei einem eventuellen Durchschlag keinen dauerhaften Kurzschluss bilden können - dies wäre tödlich für die Röhren! Bei Neukauf sollte man nach impulsfesten Folienkondensatoren Ausschau halten. Diese sollten für mindestens 230 V AC 50 Hz (= 230 V~ 50 Hz) Wechselspannung im Dauerbetrieb ausgelegt sein. Dazu zählen auch solche, die als X-Funkentstörkondensatoren angeboten werden.
In der Spannungsfestigkeit nach oben besteht natürlich keine Grenze, gerne kann man Kondensatoren für 300 oder 400 V AC einsetzen.
Die Wahl fällt also auf selbstheilende Folienkondensatoren, MP-Kondensatoren oder andere, die für mindestens 220 V 50 Hz ausgelegt sind.
Kondensatoren ohne Wechselspannungsangabe sollten mindestens 630 V -DC-Typen sein.
Bei praktischen Versuchen taten auch 400 V -DC-Kondensatoren klaglos ihren Dienst. Dies wird begünstigt, da im Betrieb als Vorschaltkondensator oft deutlich weniger als 230 V am Kondensator anliegen. Zur Sicherheit sollten aber möglichst keine Kondensatoren unter 630 V -DC verwendet werden.


Welche Kondensatoren sind sonst noch geeignet?

Außer Neukauf findet man für mindestens 220 V 50 Hz Wechselspannung geeignete MP- oder Folienkondensatoren oft in zu entsorgenden Gasentladungslampen (Leuchtstoff- , HQL-, HQI- Lampen, etc.) sowie bei Einphasen-Wechselstrommotoren in den verschiedenartigsten Geräten, z. B. Wasch- und Geschirrspülmaschinen. Diese sind oft für weit höhere Spannungen als 230 V ausgelegt und daher praktisch ewig haltbar.
Auch wer Zugriff auf ausschlachtbare gewerbliche und industrielle Geräte und Schaltungen hat, kann hier fündig werden.
Gewarnt werden muss vor etwas älteren Kondensatoren im vergossenen Kunsstoffgehäuse, wo man glauben könnte, es wären Folienkondensatoren, die aber tatsächlich einen Papierwickel enthalten und sich oft explosionsartig zerlegen. Auch gibt es solche, die einen satten Kurzschluss erzeugen, die unbedingt zu vermeiden sind!
Ebenso wenig geeignet sind alte Papierwickel-Kastenkondensatoren, auch wenn dort schön "Prüfspannung 500 V" oder 1000 und mehr Volt drauf stehen!
Zur Kondensator-Auswahl sollte man auch auf Erfahrungsberichte und Empfehlungen unterschiedlicher Quellen zurückgreifen.


Extra Sicherung für den Röhren- Heizkreis?

Bei der Verwendung von hochwertigen selbstheilenden Kondensatoren ist keine besondere Sicherung im Röhren-Heizkreis erforderlich. Zudem sind die Heizfäden durch die als Sicherung wirkenden Skalenlampen geschützt, die wegen der höheren Glühfadentemperatur schneller durchbrennen als die Röhren.
Wenn man den Heizkreis trotzdem absichern möchte, sollte eine träge Sicherung mit dem nächst höheren Wert über dem Heizstrom gewählt werden, z. B. 125 mA bei einem 100 mA –U-Röhrensatz.


Fein- Abgleich

Da Kondensatoren mit genau dem berechneten erforderlichen Wert selten erhältlich sind, muss der Vorschaltkondensators aus entsprechenden kleineren Werten zusammengesetzt werden. Dabei kann man nicht nach den aufgedruckten Kondensator-Werten gehen, denn die sind mit 10 % Toleranz viel zu ungenau, da der Heizstrom nicht um +/- 3 % abweichen soll. Stattdessen muss auf den exakten Heizstrom abgeglichen werden, also das mA-Meter in den Heizkreis einschleifen und ständig messen.
Wenn man damit noch keine Erfahrung hat, wäre es vielleicht besser, den Vorschaltkondensators nicht sofort mit realen Röhren zu ermitteln und dabei mal versehentlich die Röhren mit voller Netzspannung zu „schießen“. Stattdessen sollte man zuerst mit einem entsprechenden Ersatz-Widerstand „üben“.
In unserem Beispiel mit den C-Röhren wäre es ein Widerstand von (98 V / 0,2 A) = 490 Ω, ≥ 20 W. (Angabe im Feld D3 der Excel-Tabelle).
Die gefundene Kondensator-Zusammenstellung wird dann in die reale Schaltung übernommen, dabei überprüft und erforderlichenfalls nachjustiert.
Für die in obiger Tabelle erwähnten 3,060 µF schaltet man zu einem 3,0 µF-Kondensator kleinere Werte parallel dazu, bis der Heizstrom möglichst genau stimmt, sofern man 3 µF-Kondensatoren findet. Hat man von diesen eine größere Anzahl, findet man vielleicht sogar einen darunter, der mit seiner Toleranz genau passt. Andernfalls muss von einem 2,7 µF-Kondensator ausgegangen werden, also 2,7 + 0,33 + 0,022 µF.
Bei diesem Abgleich ist zu beachten, dass dieser wirklich an der vorgesehenen Spannung erfolgt, also an der Norm-Netzspannung 230 V oder an der ortsüblichen meistens vorhandenen Netzspannung in Volt (227...236 V), wenn das Gerät normalerweise an dieser Spannung betrieben wird. Erforderlichenfalls muss diese Spannung mit einem Stelltrafo eingestellt werden.
Möchte man einen Urdox oder NTC-Widerstand weiterhin im Heizkreis beibehalten, muss man beim Stromabgleich jeweils lange genug warten, bis sich der Strom beruhigt hat.
Bei diesem Abgleich ist nur auf den exakten Strom zu achten, die Heizspannung einzelner Röhren spielt dabei keine Rolle. Es ist hier bedeutungslos, ob eine ECH3 statt 6,3 V hier nur 5,8 oder gar 6,9  V annimmt – so sind die Toleranzen des Heizfadens.


Problem: Hohe Gesamt-Heizspannung

Bei Geräten, die mit U-Röhren bestückt sind, wird oft eine relativ hohe Gesamt-Heizspannung erreicht, was eigentlich der Sinn der U-Röhren ist.
In einem ideal guten Serien-Heizkreis soll ein möglichst hoher Anteil der Netzspannung direkt der Röhren-Heizung dienen und nur wenig Spannung in einem Vorwiderstand vernichtet werden.
Bei hoher Gesamt-Heizspannung treten jedoch Probleme in den Vordergrund, die bei niedrigerer Gesamt-Heizspannung, z. B. bei 50 % der Netzspannung = 115 V, keine Rolle spielen:
  • Der Vorschaltkondensator wird unhandlich groß. Seine Kapazität erhöht sich exponentiell, je näher die Gesamt-Heizspannung an die Netzspannung herankommt.
  • Der Einschalt-Überstrom vergrößert sich immer mehr, so dass ein NTC-Widerstand als Soft-Starter erforderlich wird.


.png   Tabelle HK-C-calc_U80.png (Größe: 11,6 KB / Downloads: 83)
Tabelle 3 : Mit einem UKW-Radio, welches die U80er Röhrenserie enthält, z. B. die Philetta, wird eine Gesamt-Heizspannung von 215 V erreicht, worin zwei 12 V-Skalenlampen und ein NTC-Widerstand mit 22 V enthalten sind.
Bei diesen 215 V Heizspannung lohnt es sich eigentlich nicht mehr, einen Heizkreis-Kondensator zu verwenden, da nur noch 15 V mit einer Leistung von 1,5 W zu vernichten sind. Würde man trotzdem einen Kondensator verwenden, wäre dieser mit 3,9 µF schon unhandlich groß.
Hier sieht man, wie sich die Kapazität des Vorschaltkondensators immer stärker erhöht, je näher die Gesamt-Heizspannung an die Netzspannung herankommt.
Auch zeigt sich, dass, je höher die Gesamt-Heizspannung ist, auch der Einschalt-Überstrom umso größer wird.
Der Einschalt-Kaltstrom liegt hier 2,68-fach über dem Nennstrom, also ist ein NTC-Widerstand als Soft-Starter unverzichtbar, um die Skalenlampen zu schützen, wodurch die Gesamt-Heizspannung noch zusätzlich erhöht wird.


.png   Tabelle HK-C-calc_UCL11_Urdox.png (Größe: 11 KB / Downloads: 83)
Tabelle 4 : Auch bei einem normalen AM-Super mit U11-Röhren wird eine Gesamt-Heizspannung von 210 V erreicht, also kaum weniger als beim UKW-Radio mit der U80-Serie. Ein Heizkreis-Kondensator bringt auch hier kaum Vorteile, ein 200 Ω Vorwiderstand müsste 20 V vernichten und dabei 2 W in Wärme umsetzen.


.png   PSU_U11_Urdox1.png (Größe: 3,27 KB / Downloads: 83)
Bild 3


.png   PSU_U11&Skal&Filter.png (Größe: 23,84 KB / Downloads: 83)
Bild 4 : Die bessere Lösung bei hoher Gesamt-Heizspannung oder wenn der Urdox bzw. NTC-Widerstand fehlt oder defekt ist: getrennte Stromkreise für Heizung und Skalenlampen.

Die vorherigen Beispiele zeigen, dass es bei hoher Gesamt-Heizspannung keinen Sinn mehr macht, die Heizfäden und Skalenlampen in Reihe zu schalten. Eine Problemlösung besteht darin, zwei separate Stromkreise zu bilden, einen für die Röhren-Heizfäden und einen für die Skalenlampen.
Im Beispiel mit den U11-Röhren haben diese nun einen Heizkreis mit nur noch 150 V Gesamt-Heizspannung, wodurch ein Kondensator mit 1,83 µF erforderlich ist. Der Einschalt-Kaltstrom liegt nur noch 1,31-fach über dem Nennstrom (0,131 A zu 0,1 A). Da sich aber keine Lampen in dem Stromkreis befinden, ist dieser belanglos.
Die 2 * 18 V, 100 mA Skalenlampen haben ihren eigenen Stromkreis mit einem 1,4 µF Kondensator.
Das Beispiel-Bild zeigt eine komplette Stromversorgung, wie man sie für einen U11-Röhrensatz aufbauen könnte, mit HF-Filter L1/C3 gegen Störverseuchung und mit extra Sicherung im Röhren-Heizkreis, da die Heizfäden jetzt nicht mehr durch die als Sicherung wirkenden Lämpchen geschützt sind, wobei 125 mA träge zu empfehlen ist. Für die Lämpchen würde sich eine extra Sicherung preislich nicht lohnen.


.png   HK-C-calc_UCL11_0Sk.png (Größe: 10,82 KB / Downloads: 83)
Tabelle 5 : Berechnung des Vorschaltkondensators für U11-Röhren ohne Skalenlampen


.png   HK-C-calc_nur_Sk36V_100mA.png (Größe: 10,67 KB / Downloads: 83)
Tabelle 6 : Berechnung des Vorschaltkondensators für 2 Skalenlampen je 18 V, 100 mA, ohne Röhren

Ein erhöhter Einschalt-Kaltstrom ist praktisch nicht mehr vorhanden. Dieser spielt aber ohnehin keine Rolle, da sich in diesem Stromkreis nur die Lämpchen ohne Röhren- Heizfäden befinden.
Die Vorteile dieser Schaltung sind die schnellere Aufheizung der Röhren, da kein Urdox bzw. NTC- Widerstand vorhanden ist, sowie immer der richtige Strom für die Skalenlampen und bei deren Ausfall spielt das Radio weiter.
Die Skalenlampen müssen dann auch nicht mehr 100 mA Strom haben, da sie ja einen eigenen Kreis bilden. Man kann alle beliebigen Lämpchen im Bereich 24 – 60 V mit beliebigen Strömen verwenden, natürlich müssen es immer gleiche Lampen sein.
Die Kondensator-Berechnung ist genau wie bei Röhren-Heizungen.
Im Beispiel mit zwei Lämpchen 60 V 0,04 A hätte der Vorschaltkondensator dann nur 0,65 µF.


.png   HK-C-calc_U80_0Skal.png (Größe: 11,54 KB / Downloads: 83)
Tabelle 7 : Berechnung des Vorschaltkondensators für U80-Röhren ohne Skalenlampen

Die Gesamt-Heizspannung liegt bei 169 V, wodurch ein Kondensator mit handlichen 2,042 µF erforderlich ist.
Der Einschalt-Kaltstrom liegt 1,46-fach über dem Nennstrom. Da sich aber keine Lampen in dem Stromkreis befinden, ist dies ungefährlich. (Bei Wechselstrom- A- und E- Röhren ist der Einschalt-Kaltstrom noch sehr viel höher).
Es zeigt sich ganz deutlich, dass separate Vorschaltkondensator-Stromkreise für Heizung und Skalenlampen auch für die U80er UKW-Röhrenserie eine ideale Lösung ist, wenn der NTC-Widerstand fehlt oder defekt ist.

Noch eine alternative Lösung:


.png   PSU_U11-Skal-sum-I.png (Größe: 5,3 KB / Downloads: 83)
Bild 5 : Skalenlampe wird vom Gesamtstrom durchflossen!

Eine Möglichkeit, die Skalenlampe gegen den erhöhten Einschalt-Kaltstrom zu immunisieren, besteht darin, Skalenlampen zu wählen, die vom Gesamtstrom des Radios durchflossen werden und erst dann ihre volle Helligkeit erreichen. Es müssen also Lampen mit einem Nennstrom sein, der entsprechend über dem Heizstrom der Röhren liegt.
Beim Einschalten des Gerätes wird die Lampe nur vom Einschalt-Kaltstrom des Heizkreises durchflossen und leuchtet dabei nur mäßig hell.
Während des Aufheizvorgangs nimmt der Heizstrom seinen normalen Wert an und die Helligkeit der Skalenlampe geht stark zurück. Sobald dann die Gleichrichterröhre zu arbeiten beginnt, addiert sich der Anodenstrom zum Heizstrom und die Lampe erreicht nun ihre volle Helligkeit.
Ein praktisches Problem besteht darin, Lampen in einer geeigneten Stromstärke zu finden. Bei einem AM-Radio mit der U11-Röhrenserie war bei den gut erhältlichen Skalenlampen für 0,3 A bei 6 – 7 V die erreichte Helligkeit zu gering, der Nennstrom 0,3 A  ist also zu hoch.
Leider zeigte es sich als praktisch unmöglich, Lampen mit 0,2 – 0,25 A Nennstrom zu finden, die möglicherweise genau richtig gewesen wären. So musste auf eine Lampe 6,5 V 0,15 A zurückgegriffen werden, die jedoch im Strom nun zu schwach gewesen wäre und daher viel zu hell geleuchtet hätte.
Mit einem Parallelwiderstand von 91 Ω konnte sie auf ihre Nenn- Helligkeit gebracht werden.
Ein Abgleich über Strom- oder Spannungsmessung ist nicht möglich, da wegen der Einweggleichrichtung der Strom stark asymmetrisch ist und von einem normalen Multimeter nicht korrekt gemessen wird. Hierzu ist ein echtes Effektivwert-Messgerät erforderlich, das nicht jeder hat.
Zum Abgleich wurde eine gleiche Lampe an ihrer Netzspannung betrieben und die Skalenlampe mit einem einstellbaren Parallelwiderstand auf gleiche Helligkeit und Glühfarbe gebracht. Der gefundene Ω – Wert wurde durch einen entsprechenden Fest-Widerstand ersetzt.


Entlade-Widerstand

Parallel zu dem Vorschaltkondensator muss ein Widerstand geschaltet werden, damit dieser Kondensator beim Abschalten nach einigen Sekunden entladen wird.
Durch diesen Entladewiderstand wird verhindert, dass man an einem gezogenen Gerätestecker einen Stromschlag erhält, da solche Kondensatoren sehr lange ihre Ladung halten können.
Ferner wird verhindert, dass zufällig beim Ausschalten der Kondensator gerade noch auf einen hohen Spannungswert geladen war und beim nächsten Einschalten gerade auf ein umgekehrtes Spannungsmaximum geschaltet wird, mit der Folge eines sehr hohen, wenn auch nur sehr kurzen Stromimpulses.
Angenommen, der Kondensator wäre zufällig auf die Netz-Spitzenpannung 230 V * 1,41 = 325 V geladen und in dem Moment, wo eingeschaltet wird, wäre die Netzspannung zufällig -325 V, dann wäre die Gesamtspannung 650 V, die kurzzeitig auf die Heizfäden entladen wird.
Eine genaue Berechnung dieses Widerstandes ist nicht notwendig.
Man kann den Wert nach der Faustformel : Entladewiderstand Re [MΩ] = 5 / C [µF] berechnen,
bei einem Kondensatorwert von 5 µF wäre der Entladewiderstand: 5 / 5 µF = 1 MΩ,
bei einem Kondensatorwert von 1 µF wäre der Entladewiderstand: 5 / 1 µF = 5 MΩ .
Die gefundenen Werte kann man großzügig auf- oder abrunden, je nach dem, was gerade vorhanden ist.
Wegen der Spannungsfestigkeit sollten ≥ 1 W-Typen verwendet werden. Man kann hier auch die uralten Riesen-Widerstände verwenden, wie man sie im VE oder ähnlichen Geräten als Gitterwiderstand findet.


Praktische Erfahrungen mit der Kondensatorheizung

Hier vor Ort befinden sich ca. 20 Geräte in dieser Technik, die wechselweise ständig in Betrieb sind. Probleme gab es damit bisher nur in einem einzigen Fall, wo ein kleiner Ergänzungs-Kondensator aus Altbestand mit der Zeit immer durchlässiger wurde, bis die Sicherung ansprach. Dieser war in einer Ausführung, die aussah wie ein Folien- Kondensator, es aber tatsächlich nicht war. Man kann hier nicht vorsichtig genug sein.


LED- Skalenlampen

Glühlampen sind eine aussterbende Spezies. Auch die in Röhrenempfänger üblichen Skalenlampen werden wohl immer schwieriger zu beschaffen sein.
Daher könnte man gezwungen sein, auf herkömmliche Skalen-Glühlampen zu verzichten und stattdessen auf LED umzurüsten.
Dieses Thema wurde im Artikel LED's in (Röhren-) Radios ausführlich behandelt.
Bei den hier behandelten Allstromradios mit Serien-Heizkreis ist jedoch der Betrieb von LED's im Heizkreis nicht ganz unproblematisch, weshalb die LED- Speisung vorzugsweise auf der Minusseite der Anodenspannung vorgenommen werden sollte, z. B. mit den LED's im Katodenkreis der Endröhre.


Warum nicht früher schon Vorschaltkondensatoren?

Aufgrund der Vorteile, die Heizkreis-Vorschaltkondensatoren bieten, könnte man sich die Frage stellen, warum hat die Industrie nicht schon damals solche Kondensatoren verwendet ?

Grund 1 : Diese Geräte waren ja ausdrücklich als Allstromradios vorgesehen, also gleichermaßen geeignet für Gleich- und Wechselspannungsnetze. Würde man ein Gerät mit Heizkreis-Kondensator an Gleichspannung betreiben, so würde der Kondensator beim Einschalten einen kurzzeitigen Ladestrom verursachen, danach wäre Schluss und die Röhren blieben kalt. Also hätten man bei diesen Geräten eine Umschalt- oder Umsteckmöglichkeit benötigt, um je nach Stromart einen Widerstand oder einen Kondensator zu wählen, was natürlich viel zu teuer gewesen wäre.

Grund 2 : Erst ab ca. den 1950er Jahren gab es MP- Kondensatoren mit selbstheilenden Eigenschaften. Zuvor gab es nur solche, die bei einem Durchschlag einen satten dauerhaften Kurzschluss erzeugten, was für diese Anwendung natürlich völlig unannehmbar war. Zudem waren für Wechselspannung geeignete Kondensatoren in dieser Größenordnung relativ teuer.

Als gegen Ende der Röhren- Ära die Anzahl der Röhren in TV-Geräten immer mehr zurückging, wurden jedoch auch dort von der Industrie oft Heizkreis-Vorschaltkondensatoren verwendet. Zu dieser Zeit gab es nur noch Wechselspannungsnetze und MP-Kondensatoren waren erschwinglich.


HF- Drosseln gegen Störverseuchung im Netz

   
Bild 6

Die Zunahme von immer mehr Schaltnetzteilen und anderer „moderner“ Elektronik führt zu einer immer stärkeren Störverseuchung der Netzspannung.
Über die sinusförmige 50 Hz Netzspannung wird ein breites Spektrum von HF-Störungen überlagert. Da ein Vorschaltkondensator diese Störungen ungehindert zu den Röhren weiterleitet, sollten Maßnahmen ergriffen werden, um diese Störungen zu unterdrücken.
Hierzu muss auf der heißen Seite des Netzeingangs, wo die Phase L liegen soll, eine HF-Drossel L1 vorgeschaltet werden. Zudem werden HF-Reste mit dem Kondensator C2 kurzgeschlossen. L1 und C2 ergeben einen Tiefpass, der die 50 Hz Netzfrequenz durchlässt und die Stör-Hochfrequenz sperrt.
Normalerweise bleibt der N-Leiter als Bezugspotential unverdrosselt. Würde man den N-Leiter ebenfalls verdrosseln, wäre eine externe Erdverbindung erforderlich, mit fraglichem Nutzen, da der N-Leiter ebenfalls Erdpotential führt.
Für den Tiefpass- (Entstör-) Kondensator C2 empfehlen sich 10...47 nF, mindestens 230 V AC 50 Hz, bestens geeignet ist auch hier ein X-Kondensator.
Die HF-Drossel muss auf den Maximalstrom des Gerätes ausgelegt sein. Dabei muss berücksichtigt werden, dass bei Einweggleichrichtung der Spitzenstrom den 4- bis 5fachen Wert des Gesamt-Anodenstroms betragen kann, hinzu kommt der Heizstrom. Die Drossel muss also auch für einen U-Röhren-Super für mindestens 0,5 A ausgelegt sein.
Für die oft genutzten Geräte hier im Haus kamen Ferritkern- Drosseln mit 50 mH, ca. 1 A, zum Einsatz, die zu geringen Kosten erworben wurden. Diese Induktivität ist so enorm groß, dass HF-Störungen auch nicht die geringste Chance haben, durchzukommen.
Bei 200 kHz (Langwelle) beträgt der induktive Widerstand enorme 62,8 kΩ, bei Mittelwelle 1000 kHz sind es sogar 314 kΩ!
Mit dem Kondensator C2 = 22 nF alleine wäre die Grenzfrequenz 4,8 kHz, der parallel liegende Heizkreis zieht diese jedoch noch weiter nach unten. Daraus ergibt sich, dass dieser Tiefpass L1 / C2 schon bei Langwelle 150 kHz eine völlige Sperre darstellt.
Nebenbei ist diese 50 mH -Drossel in der Lage, Spannungsspitzen zu schlucken, die für Kondensatoren und Röhren gefährlich werden könnten.
Es ist daher vorteilhaft, Drosseln mit einem solch relativ hohen Wert zu verwenden, auch wenn für die reine Störunterdrückung deutlich geringere Werte ausreichend wären.


Die Auswirkung der HF- Drossel auf den Heizkreis

Der Einfluss der HF-Drossel muss berücksichtigt werden, da Ihre Wirkung dem Kondensator entgegengesetzt ist und durch Reihenresonanz die Spannung erhöht. Man kann ihre Wirkung abschätzen, indem man ihren induktiven Widerstand XL ermittelt und diesen vom kapazitiven Widerstand Xc des Kondensators (in Excel- Feld E8). subtrahiert.
Der induktive Widerstand XL errechnet sich nach :
.png   formel8.png (Größe: 632 Bytes / Downloads: 30)
π = 3,14 ; L = Induktivität in H ; f = Netzfrequenz ;
Eine HF-Drossel von 10 mH = 0,01 H hat demnach
.png   formel7.png (Größe: 738 Bytes / Downloads: 30) = XL = 3,14 Ω.
Dieser Wert ist von den im Beispiel ermittelten Xc = 1042,7 Ω zu subtrahieren, es verbleiben also 1039,6 Ω. Diese geringe Abweichung kann durch den ohnehin erforderlichen Kondensator-Abgleich ausgeglichen werden, vorausgesetzt, die HF-Drossel ist während dieses Abgleichs mit in der Schaltung.
Die oben erwähnte und mehrfach verbaute 50 mH- Drossel erreicht nach
.png   formel6.png (Größe: 759 Bytes / Downloads: 30) einen induktiven Widerstand XL von = 15,7 Ω.
Dieser verringert den Xc- Wert des Beispiel- Kondensator von Xc = 1042,7 Ω auf 1027 Ω. Auch hier wurde keine Neuberechnung durchgeführt und der Heizstrom durch Kondensator-Feinabgleich auf den gewünschten Nennwert gebracht.


Die Notwendigkeit von HF- Drosseln

diese hängt sowohl ab von der Nutzung des Gerätes wie auch von der Stärke der Störverseuchung vor Ort. Wird der Empfänger tatsächlich für LW / MW- Fernempfang genutzt, kann der Einbau einer HF-Drossel unverzichtbar sein. Wird der Empfänger jedoch nur zum Empfang eines Heim-Modulators mit relativ starker Ankopplung verwendet, kann man sich den Einbau einer HF-Drossel wohl ersparen. Allerdings dient diese auch dem Zweck, Spannungsspitzen zu begrenzen.


Symmetrische HF- Drosseln

gelegentlich werden symmetrische HF- Drosseln angeboten, die zwei gleiche getrennte Wicklungen enthalten. Diese sind gedacht, um beide Leiter eines Netzanschlusses darüber zu führen. Wie schon oben erwähnt, wird hier nur die heiße Seite des Netzeingangs verdrosselt. Daher sind bei Verwendung symmetrischer HF- Drosseln deren Teilwicklungen in Reihe zu schalten, und zwar in dem Windungssinn, dass sich deren Gesamt-Induktivität erhöht.


Möglichkeit der Umrüstung auf andere, leichter und billiger erhältliche Röhren

Beispiel 1 : Die Beschaffung des Allstrom-Volksempfänger-Röhrensatzes VC1, VL1 und VY1 könnte ggf. schwierig und teuer sein, so dass es attraktiv wäre, auf leichter beschaffbare C-Röhren CC2, CL1 und CY1 umzurüsten. Diese sind außer den Heizdaten kompatibel zu den V-Röhren. Es wäre jedoch wenig sinnvoll, diese über einen Heiz-Vorwiderstand zu betreiben, da man dann wieder 46 W Heizleistung verbraten würde. Bei Verwendung eines Vorschaltkondensator von 2,83 µF wird jedoch keine Energie außer den 9,2 W tatsächliche Röhrenheizleistung verbraucht.

Beispiel 2 : Umrüstung von U-Röhren auf P-Röhren. Die Röhren der P-Serie, einst hauptsächlich für TV-Geräte vorgesehen, zählen zu den am günstigsten erhältlichen Röhren. TV-Gerätesammler gibt es nur wenige, die dafür einen echten Bedarf hätten, und Radiosammler können allgemein wenig damit anfangen.
Bildet man jedoch einen 0,3 Af- Serienheizkreis, so lässt sich aus einer Kombination von P- und E-Röhren mit 0,3 Af ein kompletter Röhrensatz bereitstellen, so wie auch in TV-Geräten P- und E-Röhren zusammen betrieben wurden.
Ideale Geräte zur Umrüstung auf P-Röhren sind jene mit dem Noval-U-Röhrensatz UCC85, UCH81, UF89, UABC80, UM84, UL84 und UY85.
Diese sind mit minimalem Aufwand umzurüsten auf einen Röhrensatz bestehend aus PCC85, ECH81, EF89, PABC80, PM84, PL84 und PY82. Alle Röhren sind pinkompatibel und bis auf die PY82 datengleich zu ihren U-Typen. Die PY82 entspricht elektrisch genau der UY82 und erfordert keine sonstigen Änderungen. Lediglich parallel zum EF89-Heizfaden muss ein Widerstand 63 Ω / 1 W geschaltet werden, da die EF89 nur 0,2 A Heizstrom hat und es eine PF89 leider nie gab. Die Skalenlampen müssen natürlich ebenfalls 0,3 A-Ausführungen sein. Der erforderliche Vorschaltkondensator muss den Wert 4,45 µF haben.
Außer der günstigen Beschaffbarkeit dieser Röhren besteht ein besonderer Reiz der Exklusivität. Wer hat schon ein Radio mit P-Röhren? Und dass sogar noch weniger Verbrauch hat als das gleiche mit U-Röhren!
Die PY82 ist eigens ausgewiesen als Netz-Gleichrichterröhre. Es lassen sich aber auch die gängigen Booster-Dioden wie PY80, PY83 und PY88 verwenden, allerdings ggf. nur mit Verdrahtungsänderungen.
In kleineren Geräten (Philetta) kann man statt der dafür überdimensionierten PL84 auch die PL82 einsetzen, wobei der Katodenwiderstand ggf. zu wechseln ist. Die PL82 hat übrigens die gleiche Charakteristik wie die UL41!
Als Skalenlämpchen für 0,3 A-Heizkreise sind Fahrrad-Lämpchen 6V / 2,4 W, entsprechend 0,4 A, besonders geeignet. Da sie hier mit Unterstrom betrieben werden, leuchten sie weniger hell und haben dafür eine fast unbegrenzte Lebensdauer.


Schwingkreis - Berechnungen


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Tabelle 8

Als kostenlose Zugabe enthält die Tabelle eine Unterabteilung für Schwingkreis–Berechnungen. Aus zwei bekannten Werten von Induktivität, Kapazität oder Frequenz kann man den gesuchten dritten Wert errechnen.
Man gibt in zwei Felder innerhalb von B21, B23 oder B25 (hellblau) die zwei bekannten (gegebenen) Werte ein.
Das dritte Feld mit dem unbekannten Wert lässt man frei. Es dürfen nie in allen drei Feldern Zahlen stehen, da dann auch drei Ergebnisse erscheinen, die man nicht mehr zuordnen kann. Den gesuchten Wert (Ergebnis) findet man in einem der Felder D21, D23 oder D25 (hellgrün). Bei den nicht gesuchten Ergebnissen erscheint eine Fehlermeldung.
Man kann die bekannten Werte in MHz, pF und µH eingeben oder wahlweise in kHz, nF und mH und das Ergebnis ebenfalls jeweils in diesen Einheiten erhalten.
Smiley53
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