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Auf dieser Seite könnt Ihr einiges über das Vakuum bei der Röhrenherstellung erfahren.

Im unteren Teil erkläre ich die chemischen Zusammenhänge bei der Herstellung und Regenerierung von Röhren

Erst mit dem Leerpumpen (Vakuumerzeugung) der Röhre wird diese zum Leben erweckt, das heißt es dürfen nur noch wenige Atome im restlich verbliebenen Gas in der Röhre verbleiben. Der Sauerstoff bildet dabei das schädliche Gas. Selbst der Sauerstoff, der im Metall der Anode oder in den Glimmerblättchen enthalten ist, will man vollständig entfernen. Es kommt sonst zur Vergiftung der Kathode und die Röhre wird unbrauchbar. Dabei spielt auch das Durchdiffidieren (Permeation) von Gasen durch die Glaswand eine Rolle.

Für die Richtigkeit  aller Angaben wird keine Gewähr gegeben. Irrtümer sind vorbehalten. Die Angaben dienen nur zur Information!

 

Das Vakuum
Grundsätzlich gilt als Vakuum der Zustand eines Gases, dessen Teilchenanzahldichte geringer ist als die der Atmosphäre an der Erdoberfläche.

In der Vakuumtechnik wird das Millibar (mbar) als Einheit verwendet. Diese Einheit leitet sich aus der gesetzlichen Druckeinheit Pascal (Pa) ab.

1 Pa = 1N.m-2,   1bar = 1000 mbar = 105 Pa = 105 N.m-2 = 0,1 MPa

Die früher üblichen Druckeinheiten, wie Torr, Kp/cm2, at, atm, mWS, mmHg dürfen nicht mehr verwendet werden!
Einheit Grobvakuum Feinvakuum Hochvakuum Ultrahochvakuum
mbar 10 3 bis 1 1 bis 10-3 10-3 bis 10-7 < 10-7

 

Vakuumpumpen Eigenschaften
Membranpumpe: bei der mittels mechanisch bewegter Membran die Gasansaugung und Verdrängung erzeugt wird. Membranpumpen werden als Vorpumpen eingesetzt.
Drehschieberpumpen: bei Ihr sind im Rotor bewegliche Schieber angeordnet, die durch die an ihnen angreifende Zentrifugalkraft die Gehäusewand entlang gleiten. Sie werden zur Erzeugung von Grob- und Feinvakuum eingesetzt.
Turbomolekularpumpen: wirken durch Gasstöße mit einer schnell bewegten Wand, die die Gase gerichtet mitreißt und dadurch einen Druckunterschied erzeugt. Der mechanische Aufbau ist so, dass Staturscheiben und Rotorscheiben, die jeweils spiegelbildlich liegende, schräg gependelte Kanäle enthalten, in einen Gehäuse abwechselnd angeordnet sind. Sie arbeiten im  Hoch- und Ultrahochvakuumbereich.
Öl-Diffusionspumpen:: arbeiten mit einen Treibmittel Öl, in das die Gasmoleküle hinein- diffundieren und elastische Zusammenstöße erleiden. Dadurch wird ihrer thermischen Diffusionsbewegung eine Geschwindigkeitskomponente in Strömungsrichtung des Treibmittels überlagert, ein Druckunterschied erzeugt und eine Saugwirkung erzielt. Sie arbeiten im Hochvakuum.
Kryopumpen: wirken durch das Kondensieren von Gasen an sehr tief gekühlten Oberflächen. Die Temperatur liegt mit 10K bis 20K in einen Bereich, wo außer Neon, Wasserstoff und Helium alle Gase ausgefroren werden. Sie arbeiten als Vorpumpen bis 10-2 mbar

 Lebensdauer der Röhren beeinflussen!

Restgase Erhöhter Restgasdruck in einer Röhre (verursacht durch Desorption, Lecke und Permeation) wirken sich schädigend auf die Röhrenfunktion aus. Vergiftung der Kathode, Verringerung der elektrischen Spannungsfestigkeit, Bildung von Gasionen, die im elektrischen Feld beschleunigt werden und Zerstörend wirken um einiges zu nennen.
Desorption Der Mechanismus der Abgabe von Gasen ins Vakuum, die an den inneren Oberflächen von Röhren adsorbiert waren oder im gelösten Zustand an die inneren Oberflächen diffundierten, wird als Desorption bezeichnet.
Permeation Die Permeation beschreibt den Durchgang durch feste Körper. Für Metalle sind Edelgase absolut undurchlässig.. Andere Werkstoffe, wie Quarz, Gläser und Keramik, werden von Edelgasen (He) und mehratomigen Gasen molekular durchdrungen und begrenzen die Lebensdauer jeder Röhre.

Die physikalischen Grundlagen der Röhrenregenerierung

Die Größe des Anodenstromes ist von verschiedenen Umständen abhängig, in erster Linie von der Temperatur und Größe der Kathodenoberfläche und von der Beschaffenheit der sogenannten Kathodenschicht.

                                              

Für alle weiteren Ausführungen, die im Zusammenhang mit der Röhrenregenerierung stehen, kommt für uns die genaue Betrachtung  und Kenntnis eben erwähnten wirksamen Kathodenschicht in Frage.

Wir unterscheiden in der Röhrentechnik hauptsächlich zwei Arten  von Kathoden: die indirekt- und direktgeheizten Kathode. Beide Kathoden tragen, abgesehen von einem Sonderfall bei direktgeheizten Kathoden, als wirksame Schicht eine B a r i u m s c h i c h t . Barium ist eine Erdalkalimetall, das eine sehr hohe spezifische Elektronenemission besitzt. Da reines Barium in freier Luft nicht bestehen kann ( es würde sofort oxidieren), ist das Ausgangsprodukt des Bariums meist eine Bariumkarbonatverbindung.

Die Herstellung des Bariumsniederschlages aus dieser Verbindung geht so vor sich, dass die auf der Glühkathode aufgebrachten Karbonate unmittelbar in der Röhre unter Hochvakuum durch eine Glühbehandlung in Bariumoxyd umgewandelt werden; später, in der fertigen Röhre, entsteht daraus beim Stromdurchgang durch Elektrolyse metallisches Barium. Die Umwandlung geht nach folgenden dargestellten Schema vor sich:

                                                                         Ba CO 3    Bariumkarbonat

                            BaO  Bariumoxyd                                                                          CO2     Kohlensäure

            Ba  Barium                 O  Sauerstoff

CO2 ( Kohlensäure) wird abgepumpt und der freiwerdende Sauerstoff  O in der fertigen Röhre wird von dem in Ihr befindlichen, Fremdgase absorbierenden Getter (der Verspieglung) aufgenommen.

Die direktgeheizte Kathode

Man unterscheidet zwei Arten der Aufbringung:                                                                                                           
1. Das Bariumpastelverfahren - Das Grundmetall, meist ein Wolfram- oder Nickel- Faden, wird mit der dickflüssigen Karbonatpaste bestrichen und diese durch ein besonderes Verfahren festgebrannt. Der weitere Prozess vollzieht sich dann in der Röhre nach dem im vorigen Abschnitt beschriebenen Schema.

2. Das Destillationsverfahren (Aufdampfverfahren)  - Bei diesem Verfahren besteht die Kathode aus einen Wolfram-Faden, der innerhalb der Gitter aufgespannt ist. Auf der Anode befindet sich ein kleines Täschchen, das nach innen, d.h. nach der Fadenseite hin, offen ist. In dem Täschchen befindet sich eine Pille, aus der Bariumdampf erzeugt werden kann. Der Bariumdampf entsteht durch Erhitzen bariumabstoßender Verbindungen bzw. Reaktionsgemische. Man verwendete hierfür meist Aluminium-Bariumverbindungen oder Barium-Stickstoffverbindungen (Barium-Azid). Dabei ist die die Erzeugung des Bariums aus der Aluminiumverbindung die modernerer Art, sie entspricht einen Thermitverfahren.

Der Vorgang: die Metallteile der Röhre werden auf dem Pumpautomaten erst einmal gründlich entgast. Dies wird durch Erhitzung mittels des Wirbelstromfeldes eines Hochfrequenzsenders erreicht. Bei etwa 1000 Grad  C findet schließlich die Reaktion der in der Anode vorgesehenen Albopille statt, die sich nach folgendem Schema vollzieht:

                                                    3 Ba O  +  2  Al  =  Al2  O3  +  3  Ba

Reines Barium wird frei , und durch weiteres Erhitzen des Pillenträgers dampft das Barium unter olivgrüner Leuchterscheinung heraus, schlägt sich auf dem Faden nieder und bildet hier die wirksame Schicht. Ein Teil des Bariums geht auf die übrigen Elektroden (also auch auf die Anode, wird später bei der Regenerierung benötigt) und auf die Glaswand nieder. Dort bildet es den Getterspiegel, der , wie erwähnt, den Zweck hat, währen des Betriebes der Röhren evtl. austretende Fremdgase zuabsorbieren! Durch besondere Maßnahmen wird nun erreicht, dass der Faden eine ausreichende Haftfähigkeit besitzt.