Lieben-Röhre - Versuche vom Jahr 1913

Am 1. Juni 1999 hatte ich von Herrn Dr. Hartung in Jena eine Schrift erhalten, die von Hand aussen mit "v.Lieben-Relais" betitelt ist und innen eine 12seitige Arbeit der Gesellschaft für Drahtlose Telegraphie m.b.H. Berlin enthält plus eine 2seitige Erweiterung. Es ist eine absolut zeitnahe Arbeit und nennt sich "Abschrift /Sr." auf Papier leicht höher als A4 als blau geschriebene Kopie. Ich gebe hier diese so gut wie möglich wieder. Kahtrin, meine Frau, hat uns den Text abgeschrieben und ich habe ein Muster gescannt sowie die Bilder dazu. Die erste Arbeit ist im Februar und März 1913 entstanden, die beiden Zusatzseiten mit Titel "Nauen" am 29. Mai 1913. Diese habe ich gescannt. Hier das Ganze:

Der aperiodische Universal-Verstärker (v. Lieben-Relais)
Der Gesellschaft für drahtlose Telegraphie m.b.H.
(System Telefunken)

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Einleitung:
Der aperiodische Universal–Verstärker (Relais-Röhre) der Gesellschaft für drahtlose Telegraphie, System „TELEFUNKEN“ ist ein Verstärker für alle Arten elektrischer Schwingungen.
Diese bisher unerreichte Eigenschaft konnte nur einem Apparat zukommen, bei welchen die den Verstärkungseffekt herbeiführenden beweglichen Stromleiter keinerlei Massen besitzen, deren Vorhandensein der Verwendung des Apparates als Universal-Verstärker entgegengewirkt haben würde. Es kommen infolgedessen im Interesse einer universalen und aperiodischen Verstärkung nur Anordnungen in Frage, bei welchen als Stromträger leitend gemachte Gasstrecken oder dergl. benutzt werden, wie sie beispielsweise die Wehnelt’schen Röhren aufweisen. Professor Wehnelt hat bekanntlich gefunden, dass man in einer evakuierten Glasröhre bei verhältnismässig kleinen Spannungen bereits leuchtende Entladungen herbeizuführen im Stande ist, wenn man die Röhre mit einer Oxydkathode versieht, welche durch einen elektrischen Strom in Rotglut versetzt werden kann.

Ein Entladungsrohr ähnlicher Art ist der neue aperiodische Verstärker der Gesellschaft für drahtlose Telegraphie, welcher die Verstärkung jeder Art von elektrischen Schwingungen ermöglicht, seien es nun schnelle Schwingungen, wie sie in der drahtlosen Telegraphie gebräuchlich sind, seien es Schwingungen langsamer Frequenz, welche bereits hörbare Töne liefern oder Wechselschwingungen gemischter Frequenz, wie sie in der Fernsprechtechnik die Regel bilden.

Die mit einer derartigen Verstärkungsröhre erzielbaren Verstärkungen sind recht beträchtlich.
Es lassen sich beispielsweise bei Verstärkung niederfrequenter Ströme mittels der Relais-Röhre Verstärkungen erzielen, welche das 25-bis nahezu 50 fache der Originalströme betragen.
Die Verstärkung hochfrequenter Ströme, bei welcher sich Verstärkungen bis zum 75- bis 100-fachen der Intensität der eingeleiteten Schwingungen erzielen lassen, erfordert ausser dem auf der Station bereits vorhandenen Hörempfänger eine Zusatzapparatur (Zwischenstöpsel) sowie einen weiteren Hochfrequenz- Schwingkreis mit Detektor zur Umformung der verstärkten schnellen Schwingungen in solche langsamer Frequenz.

Bei drahtloser Telephonie vermag der Verstärker, namentlich bei geringer Lautstärke der Ferngespräche, ausserordentlich zum besseren Verständnis des letzteren beizutragen, da gleichzeitig durch den Relais-Effekt keinerlei Verzerrungen und Verunstaltungen der menschlichen Sprache auftreten.

1) Beschreibung
Die zur Verstärkung schwacher Ströme dienende Anordnung besteht in der Hauptsache aus einem evakuierten Entladungsrohr und einer hierzu gehörigen Apparatur, auf welche das erstere aufgesteckt wird.

Die Entladungsröhre ist mit 3 Elektroden ausgerüstet, erstens der bereis vorstehend erwähnten Wehnelt- oder Oxydkathode, welche mittels einer Akkumulatorenbatterie von ca. 30-32 Volt zur Rotglut erhitzt wird, zweitens der positiven Elektroden oder Anode, die sich im oberen Raum der Röhre als Spirale ausgebildet befindet und weiterhin einer den oberen und unteren Röhrenraum trennenden durchlöcherten Hilfselektrode. An die Oxydkathode und die Anode wird eine Spannung von ca. 220 Volt gelegt, wobei in erhitztem Zustand der ersteren Stromdurchgang in Form eines blauen Glimmlichts auftritt.

Zur Erhitzung der Oxydkathode dürfen nur Akkumulatoren verwendet werden, welche eine Stromstärke von ca. 2 Amp. bei 28-30 Volt dauernd und gleichmässig zu liefern imstande sind, da von einer gleich bleibenden Erwärmung der Oxydkathode die Konstanz der Empfindlichkeits- Einstellung der Röhre abhängig ist. Die zur Herbeiführung der Entladung erforderlichen 220 Volt( bei ca. 0,01 Amp.) können ausser von Akkumulatoren auch von einer Maschine geliefert werden, wenn eine Drosselspule zur Verwendung kommt, welche die sonst störenden Kollektorgeräusche beseitigt.

An der Röhre sind drei Stromkreise zu unterscheiden:

a) der Stromkreis des Brenners oder der Oxydkathode, in welchen der zur Erwärmung
    der letzteren nötige Strom fliesst,
b) der Ladekreis der Röhre, welcher an die Oxydkathode und die durchlöcherte
    Hilfselektrode angeschlossen wird und welchem die zu verstärkenden Ströme überlagert werden,
c) der Stromkreis des Anodenstromes, welcher zwischen der Oxydkathode und der
    Anode fliesst und welchem die verstärkten Ströme abgenommen werden.

Da sowohl an den Polen des Ladekreises als auch des Anodenkreises erhebliche Spannungspotentiale bestehen, müssen die zu verstärkenden Detektorströme der Röhre induktiv übertragen werden, welchem Zwecke geeignete Transformatoren dienen, die in beide Stromkreise eingeschaltet werden.. Diese Transformatoren sind in der Apparatur eingebaut, welche ausser einem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Röhre, sowie einen Regulierknopf zum Einstellen der Spannung noch zwei Steckkontakte aufweist.

Photo 1736 Fig. 1

Die beiden (Fig. 1 von vorn gesehen) links befindlichen Steckkontakte vermitteln die Verbindung zum Ladekreis der Röhre und werden dieselben, falls es sich beispielsweise um Verstärkung schwacher, von einem Empfänger gelieferter funkentelegraphischer Signale handelt, mit denjenigen Kontakten verbunden, in welche bei gewöhnlichem Empfang das Kopftelefon eingestöpselt wird.

Das rechts befindliche Steckkontaktpaar vermittelt innerhalb der Apparatur die Verbindung zum Anodenkreis und können von diesem die verstärkten Ströme abgenommen werden. In diese wird bei Niederfrequenz-Verstärkung das Kopftelefon eingefügt.

Da für die Grösse der Potenzialdifferenz zwischen Oxydkathode und Anode ein Optimum existiert, muss dieselbe variabel sein. Ein vor dem Sockel der Röhre befindlicher Hartgummi- Regulierknopf dient zur Einstellung der günstigsten Spannung.

Zur Apparatur gehört weiterhin ein kleines Schaltbrett, welches mit der ersteren durch eine flexible Leitung verbunden ist. Dasselbe ist ausser den dreipoligen Kontaktstöpseln mit drei Sicherungen, sowie den Anschlussklemmen für die beiden Stromquellen(Akkumulatorenbatterie 28-32 Volt), sowie Entladekreis 220 Volt) versehen.

Die Eigenart der Schaltung des Verstärkers gestattet es, mehrere Röhren zur Erhöhung des Effektes in Reihe zu schalten.

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Firg. II. zeigt beispielsweise zwei Verstärker in Kaskadenschaltung, welche auf einer Apparatur vereinigt sind.

Eine derartige Kombination gestattet es, funkentelegraphische Signale, falls dieselben nicht eine ausnehmend geringe Lautstärke besitzen, in einem mittelgrossen Raum hörbar zu machen.

Photo 1739 Fig. II

 

2.) Schaltung

                           M….............Stromquelle (220 Volt) für den Entladekreis der Röhre.

Nachstehende Fig. IV zeigt das Schaltungsschema für einen Verstärker, bei welchem zur Speisung des Anodenkreises (220 Volt) Maschinenstrom zur Verwendung kommt.

In der Skizze ist gleichzeitig illustriert, wie die 28-32 Volt Batterie für den Brenner nach Ausserbetriebsetzung der Röhre in einfacher Weise wieder aufgeladen werden kann. Die Drosselspule des Kollektorgeräusche- Dämpfers wird in diesem Fall während des Batterieladens kurz-geschlossen.

Fig. IV
 

In vorstehender Schaltungsskizze IV bedeutet weiterhin:

C…………Kollektorgeräusch-Dömpfer

S1S2……..Sicherungen (6 Amp.)

U…………Umschalter zur Ladung der Akkumulatorenbatterie( während des Betriebes der
                Röhre auszuschalten)

W………...Ladewiderstand

S3 ……….Sicherungen für die Röhre (2 Amp.)

A…………doppelpoliger Ausschalter

Die Akkumulatorenbatterie für den Brenner muss so gross dimensioniert sein, dass dieselbe eine Entladestromstärke von 2 Amp. mehrere Stunden lang (je nach der beabsichtigten Betriebszeit des Verstärkers) zu leisten vermag.

 

3) Hochfrequenz-Verstärkung

Zur Verstärkung von schnellen elektrischen Schwingungen (Hochfrequenz-Schwingungen) kann die Apparatur der Röhre nicht ohne weiteres verwendet werden. Es ist für diesen Zweck ein Zwischenstöpsel zu benutzen, dessen Gestalt und Anordnung aus nachstehender Fig. V ersichtlich ist. Fig. Va zeigt den Zwischenstöpsel mit den zugehörigen Leitungen von oben gesehen.

Photo 1744 Fig. V

Photo 1745 Fig. Va
 

Bei der Hochfrequenz- Verstärkung wird der Ladekreis der Röhre mir denjenigen Kontakten des Empfangsapparates verbunden, welche bei gewöhnlichem Empfang zum Detektor führen. Die Verbindung wird mittels eines einfachen Zwischenkontaktes und Stöpsels hergestellt. Die Stöpselbuchsen, in welche bei normalem Empfang das Kopftelefon eingesteckt wird, müssen in diesem Falle mittels eines Kurzschlussstöpsels leitend verbunden werden. Die im Anodenkreis zirkulierenden, verstärkten Hochfrequenzschwingungen werden zunächst in eine Kopplungsspule geführt, von dieser induktiv abgenommen und einem Schwingungskreis übermittelt, welcher den Detektor und das Kopftelefon enthält. Der Schwingungskreis kann ev. durch einen zweiten Hörempfänger ersetzt werden.

Da es sich bei der Verstärkung schneller Schwingungen als erforderlich herausgestellt hat, die Erhitzung des Brenners der Röhre in feineren Abstufungen regulieren zu können, ist in die Zuleitungen zu letzteren ein Regulierwiderstand von 5 Ohm zu schalten, welcher eine Stromstärke von ca. 2 Amp. verträgt. Die Zuleitungen zu diesem werden mit 2 Klemmen des Zwischenstöpsels verbunden.(s. Fig. V auf vorstehender Seite).

Nachstehendes Schaltungsschema (Fig. VI) Zeigt die Leitungsführung bei der Hochfrequenz-Verstärkung.
 

Blaupause L 898 Fig. 6

 

Ks bedeutet in der Skizze:

A……..1 normalen Empfangsapparat
K……..1 Hilfsempfangsapparat oder zweiten Empfänger mit Detektor und Telefon.
C……...Kopplungsspule
D E…..Blockierungskondensatoren
W……..Regulierwiderstand für den Brenner
T………Telefon

4) Hoch-und Niederfrequenz-Verstärkung mit einer Röhre

Der Verstärker gestattet es, die verstärkten Hochfrequenzschwingungen, welche im Telefon T als pulsierende Gleichströme zirkulieren, niederfrequenzseitig in derselben Röhre nochmals zu verstärken. Die Stöpselkontakte P des Telefons (s. Fig. VI) werden zu diesem Zwecke mit den Stöpselkontakten L der Apparatur verbunden und das Telefon selbst in die Kontakte O eingefügt. Es lassen sich auf diese Weise Verstärkungen erzielen, welche das annähernd 100-fache derjenigen Lautstärken betragen, mit welcher man ohne den Verstärker im Empfangsapparat A (d. h. bei normalem Empfang) zu rechnen hätte.

Allgemeines

Da sich die Röhre nach dem Einschalten erst allmählich erwärmt und ihren Gleichgewichtszustand annimmt, empfiehlt es sich, besonders beim Verstärken sehr schwacher Ströme, einige Zeit vor der Benutzung einzuschalten.

Die Zimmertemperatur soll nicht unter 13° und nicht über 34° C. betragen.

Wir der Brenner zu stark erhitzt, bzw. die Anodenspannung am Regulierungsknopf zu hoch eingestellt, so können sich zischende Nebengeräusche im Telefon einstellen.

Das Öffnen des Ladekreises der Röhre, d. h. des Stromkreises zwischen Gitterelektrode und Oxydkathode xnX ist zu vermeiden, da hierdurch ev. Eine Zerstörung derselben eintreten kann, der Anodenstromkreis derselben hingegen kann nach Belieben unterbrochen werden.

Ist nach dem Einschalten der Röhre der untere kugelförmige Teil von Glimmlicht erfüllt, der obere Teil aber dunkel, so ist entweder der Brenner zu schwach erhitzt, die Anodenspannung zu niedrig, oder es ist eine Unterbrechung im Entlade(Anoden)-Kreis vorhanden. Die Erscheinung kann auch von einem mangelhaften Kontakt, einer defekten Sicherung oder dergl. herrühren.

Die Röhren werden in zwei Typen: Schwachstrom-und Starkstromröhre ausgeführt. Die Starkstromröhren unterscheiden sich von den Schwachstromröhren dadurch, dass die perforierten Aluminium-Elektroden der ersteren noch mit einem feinmaschigen Drahtgitter versehen sind. Die äusseren Dimensionen beider Typen sind, bis auf diese Unterscheidungsmerkmale, dieselben.

Der Brenner (Oxydkathode) darf nicht stärker als bis zur Rotglut erhitzt werden.

Die Röhre gibt im Allgemeinen die besten Verstärkungen, wenn der über der Gitterelektrode befindliche Kathodendunkelraum ca. 1-2 cm hoch ist.

Blaupause einer Federskizze C/N2 (Schaltungsschema)
 

Schaltungsmassnahmen bei Empfänger I.
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a) Die Telefon-Stöpselbuchsen T1 sind kurzzuschliessen
b) In D1 ist ein Detektorzwischenstöpsel einzufügen, dessen Stöpselleitung mit III verbunden werden.
c) Der Stromkreis L darf beim Abstimmen nicht geöffnet werden, es ist in diesem Falle jedes Mal die
    Röhre auszuschlaten.

Schaltungsmassnahmen bei Empfänger II
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a) Der Antennen-Kondensator C2 ist bei Serienschaltung (kurze Welle) kurzzuschliessen, bei
    Parallelschaltung zu öffnen.
b) Der Detektor ist bei D2 einzusetzen.
c) Der Anodenkreis A darf nach Belieben geöffnet werden,
d) Die Spule 3 soll viele Windungen besitzen(z. Bsp. Spule 10.11)

Zum Empfang mit der Liebenröhre sind folgende Apparate erforderlich:
1) 1   komplette Apparatur zum Einsezten der Röhre
2) 2   Röhren 28 Volt (1 Stk. In Reserve)
3) 50 Patronensicherungen
4) 1   Akkumulatorenbatterie
5) 1   Benzinaggregat mit Dynamomaschine 220 Volt 6-8 Amp., sofern Strom von 220 Volt, sonst nicht
         verfügbar.
6) 1   Kollektorgeräuschdämpfer
7) 1   Zwischenstöpsel für Hochfrequenzverstärkung einschl. Schiebewiderstand

Das Benzinaggregat muss so eingerichtet sein, dass auch die Edisonbatterie damit aufgeladen werden kann.

Pos. 1-3 sowie Pos. 6 liefert Kabelwerk Oberspree
Pos. 4 Bergmann E.-W
Pos. 5 ?

Kommentar Ernst Erb:
Wie es zu dieser Röhre kam, erfahren Sie aus "Radios von gestern", Seite 200. Ganz kurz zusammengefasst: Ab 1905 versucht von Lieben vergeblich, mit der Braun-Wehnelt-Röhre einen Telefon-Verstärker zu bauen, was in der gleichen Zeit auch Max Dieckmann und Gustav Glage versuchen. Beide melden 1906 auch Patente an. Man versucht einen mittels konkav geformter Kathode erzeugte Elektronenstrahlen magnetisch auf zwei verschieden Anoden abzulenken, um ein Relais zu erhalten. 1910 versucht es von Lieben noch mit einer elekrostatischen Ablenkung (DRP 236 716), wobei er sich an Dieckmann/Glage anlehnt, bis er entnervt diesen Weg aufgeben muss.

Nun schlägt Reisz vor, gemäss Lee de Forest ein Drahtgitter über der Lochscheibe (von Dieckmann/Glage) anzubringen und Strauss erkennt, dass er die besten Resultate erhält, wenn er das Gitter über einen hohen Widerstand mit der Anode verbindet. Beides führt zuer Patentanmeldung vom 20.12.1910 - unter der Erwähnung der Arbeit von de Forest, der wohl von Verstärkung schreibt, diese aber nicht als Patentanspruch angemeldet hatte, sondern nur die Wirkung als Audion. Zum Vergleich: 1909 bietet de Forest den ersten Röhrenempfänger für den Privatgebrauch in "Modern Electrics" an sowie das "Double-Wing-Audion".

Im August 1911 demonstriert das Team Lieben/Reisz/Strauss die Röhre erstmals - mit dem Ergebnis, dass sich AEG, S&H, Felten & Guilleaume Carlswerk AG und Telefunken zum so genannten Lieben Konsortium als Laboratorium (bei AEG in Oberschönweide) bilden. Ab 1912 kann man die Liebenröhre in Serie fabrizieren. Am 15.10.1912 meldet man die LRS-Verstärkerröhre zum Patent an (DRP 264 554), die dann 3 Monate im Test steht. Es gibt auch Abarten davon und eine kleine Ausführung. Hier oben finden Sie die Beschreibung der ersten Entwicklungen mit Stand Februar 1913 und Mai 1913. Dazwischen stellt Langmuir (GE im März 1913) in den USA die erste Hochvakuum-Röhre (Pliotron) vor! 

1914, umschlossen durch einen Käfig mit Temperaturregulierung (DRP 293 460), zeigt die Liebenröhre als Telefonverstärker einigermassen befriedigende Resultate. Zu diesem Zeitpunkt stellt man in den USA Hochvakuumröhren her, basierend auf der Entwicklung der Triode von Lee de Forest. In Deutschland entsteht 1916 eine erste solche Röhre für Telefoniezwecke, als Messerkontaktröhre Typ A mit dem typischen deForest Aufbau. Entwicklung S&H mit Pirani.

Telefunken: Otto von Bronk meldet am 3.9.11 das Patent DRP 271 059 an, das ein de-Forest-Audion als HF-Verstärkerrröhre zum Gegenstand hat. Im Mai 1913 baut Alexander Meissner mit der Liebenröhre einen Oszillator, um den Träger von Morse-Maschinensendern zu modulieren. Ab August 1914 bringt Telefunken eine Serie von Hochvakuumröhren für Radiozwecke auf den Markt, z.B. EVN94 und EVN171 (Verstärker EV89), die wiederum nach den Nachfolgern der Konstruktion deForest der Amerikaner konstruiert ist.


Nachtrag 14.2.09: Dieses Manuskript ist später, 1914, auch im "Jahrbuch der drahtlosen Telegraphie und Telefonie" auf Seite 446 veröffentlicht worden, wie mir Rüdiger Walz mitteilte.

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.