Hochfrequenz-Prüfsender HPG-18

Anfang der 70er Jahre hatte ich bei Bürklin OHG in der Schillerstrasse München den Hochfrequenz-Prüfsender HPG-18 gekauft. Dann kam die berufliche Belastung, meine Radios und Radioutensilien wurden zwischengelagert und der Prüfsender schlichtweg vergessen.

Dieser Tage fiel mir der Prüfsender der Räumung eines Lagerraums wieder in die Hände, äußerlich wie neu, aber der Prüfsender war als Röhrengerät nach über 45 Jahren ein historischer Oldtimer geworden. Bei einer vorsichtigen Inbetriebnahme unter langsam steigender Netzspannung leuchtete zwar die Kontroll-Lampe, eine Funktion des NF-Generators war aber nicht nachweisbar. Die Funktion des  HF-Generators war in einem Kontrollempfänger sehr schwach und unsicher zu orten. In diesem Zustand war das Gerät  für die Werkstatt unbrauchbar und es wurde eine Wiederherstellung der vollen Funktionsfähigkeit des Geräts beschlossen. Dabei sollten aber die konstruktiven Elemente der Herstellungszeit soweit als möglich erhalten bleiben.

Funktionsbeschreibung

Der Prüfsender hat einen Frequenzbereich von 150 kHz bis 300 MHz, und kann daher für Prüf- und Abgleicharbeiten bis in den UKW-Bereich eingesetzt werden. Er verfügt über eine große Skala mit einer Aufteilung in 7 Skalenbögen, auf der die gewünschte Frequenz über einen Feintrieb eingestellt werden kann. Außerdem ist eine äußere Steckfassung für Quarze vorhanden. Die Quarzfrequenzen mit Oberwellen ermöglichen besonders präzise Abgleichfrequenzen. Die HF-Ausgangsspannung kann stufenweise abgeschwächt werden wahlweise mit einem 1000 Hz Ton amplitudenmoduliert werden. Es ist auch ein regelbarer NF-Eingang vorhanden, über den eine externe NF-Quelle eingespeist werden kann.

Die HF-Spannung wird in einem Oszillator in Colpitts-Schwingschaltung in einem System der Doppeltriode 12BH7 erzeugt. Das andere System der Doppeltriode ist eine Ausgangsstufe in Kathodenfolger-Schaltung. An ihrem Gitter läuft die Ausgangspannung des HF-Oszillators wie auch die Ausgangsstufe der Modulationsstufe  zusammen. Die Modulationsstufe, die mit der Pentode 6AR5 bestückt ist, kann ggf. auch als Quarzoszillator arbeiten. Die Stromversorgung erfolgt über einen Netztransformator, der die Heizspannung und die Anodenspannung für die Röhren liefert. Die Anodenwechselspannung wird mit einem Einweg-Selengleichrichter gleichgerichtet und mit einer Siebkette, bestehend aus zwei Elektrolytkondensatoren mit zwischengeschaltetem Siebwiderstand, geglättet.

Äußerer Gerätezustand

Das Gerät war trotz der langen Lagerzeit in sehr guter Verfassung und äußerlich ohne erkennbare Schäden geblieben (Abb. 01)

Die Kunststoffskala war nicht verkratzt und klar ohne Trübung. Der Skalentrieb war nicht beeinträchtigt und leichtgängig. Alle Stufenschalter ließen sich rasten und die  Potentiometer ohne Hemmung drehen. Etwas gewöhnungsbedürftig war das über eine ovale Öffnung „fliegend“ aus dem Metallgehäuse herausgeführte Netzkabel.

Innerer Gerätezustand

Das Prüfsender kann wie folgt geöffnet werden: Die 6 Halteschrauben (je 2 oben und unten, je eine links und rechts)  werden abgeschraubt und der vordere Geräteteil vom hinteren Gehäuse abgezogen. Im Inneren ist der Geräteteil, der die Röhren beinhaltet, durch eine Weißblech-Abschirmung geschützt, diese kann durch Abschrauben von 4 Befestigungsmuttern abgenommen werden. Weitere kleine verlötete Abschirmungen betreffen die HF- Ausgangsbuchsen und den Stufenschalter mit  den Abschwächungswiderständen, diese wurden von mir aber nicht demontiert.

Insgesamt imponiert die innere Auslegung des Prüfsenders wie ein Gerät japanischer Herkunft der 70er Jahre, erkennbar an den Bauteilen wie Kondensatoren, Elkos, Widerständen, Schalter Potentiometer und Trafos. Auch die verwendeten Schrauben waren japanische Norm. Das legt die Vermutung nahe, dass es sich bei dem Prüfsender um ein in Japan gefertigtes Gerät handelt, das von der Ultron Vertriebs GmbH bezogen und vertrieben wurde.

Da das Gerät von mir neu erworben wurde, befand es sich in einem nicht angetasteten Originalzustand. Die Aspekte entsprechen dem unter dem Modell dokumentierten Bildmaterial.

Fehlersuche und Reparatur

Fehlersuche und Reparatur wurden unter dem Blickwinkel einer vollen Wiederherstellung der Gerätefunktion durchgeführt, da das Gerät in der Werkstatt häufig für orientierende Prüfungen eingesetzt werden sollte. Zwar steht auch ein moderner digitaler Signalgenerator mit Ausgabe unterschiedlicher Kurvenformen zur Verfügung, aber das ist eine andere Geräteklasse. Bestechend bei diesem Gerät sind die äußert simple Bedienung und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten für einfache Anwendungen.

Zur Eingrenzung der Fehlerursachen wurden einige Grundvoraussetzungen geprüft (Abb. 02):

Die Netzsicherung im Halter war durchgängig, auf der Oberfläche hatte sich aber eine grünliche Ausblühung gebildet. Der Belag konnte mit einen Silikon-Poliereinsatz einfach entfernt werden.

Als Hauptursache der Funktionsunfähigkeit des Geräts kam in erster Linie ein schlechter Zustand der Rollkondensatoren in Frage. Immerhin waren seit Kauf des Geräts über 45 Jahre vergangen. Über die Anfälligkeit von Rollkondensatoren gibt es viele Berichte z.B. hier im Forum (1, 2), im Internet und in Fachzeitschriften (1) und (2). Insgesamt waren 9 Rollkondensatoren verbaut. Abb. 03 zeigt einen der eingebauten Kondensatoren.

Drei Rollkondensatoren wurden einseitig abgelötet und Stichproben auf Kapazität und Innenwiderstand durchgeführt. Die Ergebnisse machten Fehlfunktionen wahrscheinlich, es traten erhebliche scheinbare Kapazitätserhöhungen und Innenwiderstände deutlich unter 1MOhm auf.  

Es wurde daher ein Austausch aller Rollkondensatoren beschlossen. Die ausgetauschten Rollkondensatoren wurden anschließend durchgemessen und die Werte dokumentiert. Die Kondensatoren wurden durch Rollkondensatoren-Neuware ersetzt, da eine Restauration der alten Kondensatoren als nicht machbar erschien. Da einerseits viele Kondensatoren an Lötstützpunkten oder Schalterkontakten und Röhrensockeln mit anderen Leitungen zusammengeführt waren und andererseits der Aufbau teilweise sehr gedrängt war, erfolgte der Austausch nach „pig tail“. Die Kondensatoren wurden direkt am Drahtaustritt abgeknipst und auf die stehengeblieben Drahtreste mit am Ende spiralig aufgedrehten neuen Kondensatoren verlötet.

Auch die Messung der Elektrolytkondensatoren zeigte erhebliche Abweichungen der Nennkapazität nach oben. Es betraf die Elektrolytkondensatoren der Siebkette und den Kathoden-Elko der Pentode, so dass im Sinne der Betriebssicherheit ein Austausch gegen Elkos der laufenden Produktion erfolgte.

Der Austausch der Kondensatoren ist auf den folgenden Abbildungen des Prüfsenders dokumentiert:

Abb. 4: Gesamte Innenansicht, zentrale Abschirmung demontiert

Abb. 5: Ansicht von oben auf den Netzeingangsbereich

Abb. 6: Ansicht von unten im Bereich der NF-Ausgangsbuchsen  

Abb 7: Blick auf die Röhrensockel

Um einen Überblick über Leistungsfähigkeit der über 45 Jahre alten Kondensatoren zu bekommen, wurden alle ausgebauten Rollkondensatoren hinsichtlich Kapazität und Isolationswiderstand analysiert. Die Rollkondensatoren entstammen der japanischen Firma Zeus. Sie tauchen auch in einigen Internetbeschreibungen von Verstärkern der Zeit auf und waren als problematisch aufgefallen, über die Herstellerfirma selbst ist im Internet aber nichts in Erfahrung zu bringen. Bei den Elkos wurde die Abweichung von der nominellen Kapazität gemessen. Die Elkos waren Produkte der japanischen Firma Nippon Chemi-Con, die hier im RM dokumentiert ist. Die folgende Abbildung zeigt einen der ausgebauten Rollkondensatoren und einen der ausgebauten Elkos (Abb. 08).

Alle ausgebauten Kondensatoren sind in Abb. 09 dargestellt.

Die Bestimmung der Kapazität der Rollkondensatoren erfolgte mit einem Messgerät Peaktech 3730 Inductance Capacitance Tester, die Bestimmung des Innenwiderstandes bei 500 V Prüfspannung mit einem Messgerät Victor VC60B. Die Auflistung der Ergebnisse zeigt Abb. 10.

Es ist bemerkenswert, wie weit sich die Rollkondensatoren von der Spezifikation entfernt haben. Die Messungen ergaben Abweichungen der Kapazität zwischen +55% und  226%. Die bei anliegender Spannung von 500 V gemessenen Isolationswiderstände lagen meist deutlich unter 1 MΩ, nur zwei Kondensatoren lagen bei 1,0 und 2,0 MΩ. Diese niedrigen Isolationswiderstände können erhebliche Leckströme mit negativen Effekten und Funktionsstörungen zur Folge haben. Die zur Kontrolle mitgeführte Neuware zeigte bei den verwendeten Messverfahren praktisch die nominelle Kapazität und einen Isolationswiderstand von >1000 MΩ. Wie häufig diskutiert, ist offenbar eingedrungene Feuchtigkeit, entweder produktionsbedingt bereits eingebracht oder später durch Undichtigkeiten oder Risse in der Isolierung der Kondensatorkörper aufgenommen, die Ursache für die in den Kondensatoren ablaufenden Veränderungen. Die Wasseraufnahme erhöht wie mehrfach berichtet die Dielektrizitätskonstante. Kurt Schmid diskutiert eine mögliche Erklärung für die durch die Feuchtigkeitsaufnahme ausgelösten chemischen Prozesse in den Kondensatoren. Durch elektrolytische Reaktionen kommt es letztendlich zur Gasentwicklung von Wasserstoff und Sauerstoff und bei Stromfluss zur Freisetzung von Wärme, was zur Verstärkung der Rissbildung und weiterer Feuchtigkeitsaufnahme führen kann. Die komplexen ablaufenden Prozesse resultieren dann in der Regel in einer gemessenen! Kapazitätszunahme und einer Abnahme des Isolationswiderstandes.

Es bleibt letztlich festzuhalten, dass eine deutliche gemessene Kapazitätserhöhung im Vergleich zur nominellen Kapazität und/oder eine Abnahme des Isolationswiderstandes eine Fehlfunktion des Kondensators mit einer Tendenz zu einer weiteren Verschlechterung anzeigen. Es wird dabei nicht vollständig aufgeklärt bleiben, ob es sich teilweise um eine echte Kapazitätserhöhung oder nur um einen komplexen Messeffekt handelt.  

Zur Untersuchung der Elektrolytkondensatoren wurde folgendes Messgerät verwendet: Voltcraft Digital-Multimeter VC870. Die Messergebnisse sind nachfolgend aufgelistet (Abb. 11).

Die beiden Hochvolt-Elkos und der Niedervolt-Elko zeigten eine erheblich höhere aktuelle Kapazität im Vergleich zur nominellen Kapazität und sind vermutlich in ihrer Funktion zumindest eingeschränkt. Die zur Kontrolle mitgeführte Neuware zeigte auch hier bei dem verwendeten Messverfahren praktisch die nominelle Kapazität. Die beiden Hochvolt-Elkos sind Bestandteil der Siebkette und der Niedervolt-Elko liegt parallel zum Kathodenwiderstand der Pentode. Im Interesse eines störungsfreien und sicheren Betriebs erscheint der Austausch der Elkos gerechtfertigt.

Stichproben bei den keramischen Kondensatoren und bei den Widerständen ergaben keine größeren Abweichungen, weshalb hier keine weiteren Eingriffe erfolgten.

Bei der ersten Inbetriebnahme des Prüfsenders nach Reparatur zeigt sich noch ein weiterer Defekt. Das Potentiometer von vorn gesehen oben rechts mit der Bezeichnung „Fein-Abschwächer“ war defekt, was sich durch Unregelmäßigkeiten und Aussetzer beim Einstellen des HF-Ausgangs zeigte. Dieses Potentiometer hat zentrale Bedeutung, da es einerseits mit einem in Serie geschalteten Widerstand den Kathodenwiderstand des einen Systems der Doppeltriode bildet, zum anderen über den Schleifer des Potentiometers die zum Ausgang geführte HF abgegriffen wird. Der Prüfsender war nicht häufig benutzt worden. Es ist nicht leicht aufklärbar, ob ein mechanisches Problem oder eine Überlastung die Ursache für den Ausfall war. Das Poti ist ein Fabrikat der japanischen Firma Violet, über die im Internet auch nicht in Erfahrung zu bringen war. Es wurde daher entschieden, das Potentiometer soweit als möglich unter Wahrung des ursprünglichen Aussehens durch ein 2 W Leitplastik Potentiometer von Cermet zu ersetzen. Der Ersatz des Potentiometers ist in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt.

Abb. 12 Links: Eingebautes Original Poti.    

Abb. 12 Rechts: Original Poti nach Ausbau von hinten.

Abb. 13 Links: Original Poti nach Ausbau von vorn. Durch Aufbiegen der 4 Blechlaschen lässt sich das Poti einfach öffnen und demontieren.

Abb. 13 Rechts: Das geöffnete Poti mit Schleifbahn. Sichtbar die Schleifspuren des Abnehmers.

Abb. 14 Links: Einzelteile des demontierten Potis, darunter das 2 W Ersatz Poti.

Abb. 14 Rechts: Das in den Blechdeckel mit 2 K Harz eingeklebte Ersatz Poti. Die Bauhöhe des Potis entsprach der Einbautiefe des Blechdeckels.

Abb. 15 Links: Das Ersatz Poti von hinten gesehen.

Abb. 15 Rechts: Das Ersatz Poti nach Einbau in den Prüfsender.

Für den Einbau musste Öffnung für die Aufnahme des Gewindes etwas erweitert werden, da die Öffnung für das Gewinde des japanischen Potis einen geringeren Durchmesser hatte.

Inbetriebnahme und Funktionsprüfung

Nach den Reparaturen wurde der Prüfsender eingeschaltet. Alle Funktionen der Ausgänge des Prüfsenders waren intakt.  Das betraf sowohl den steuerbaren NF Eingang/Ausgang wie auch den über Abschwächer einstellbaren HF Ausgang. Auch der Schalter „Modulation“ funktionierte betriebsgerecht. Über diesen Stufenschalter, der eigentlich einen Betriebsartenwahlschalter darstellt, kann bei Position „Eigen“ der eingebaute HF-Generator mit Modulation 1000 Hz eingestellt werden, bei Position „Fremd“ die Modulation abgestellt oder von außen zugeführt werden und bei Position „Quarz“ über einen eingesteckten Quarz eine Quarzfrequenz erzeugt werden. Die Nenntoleranz der Skaleneichung soll nach den Angaben der Dokumentation nach 30 min Betriebszeit ±1 %  erreichen. Die Frequenzeinstellung des durchstimmbaren HF-Generators erfolgt über den  Bandwahlschalter „Frequenzbereich“ und der Feineinstellung „Abstimmung“ auf der Skala. Die Eichung ist sehr genau. Beispielhaft sei dies an einer Einstellung auf eine Frequenz von 1 MHz gezeigt, die einmal über den eingebauten HF-Generator und einmal über den Quarzgenerator erzeugt wurde.

Der Testaufbau zur Prüfung des internen HF-Generators ist in Abb.16 dargestellt.

Der Prüfsender wird auf Band B und auf der Skala auf 1 MHz eingestellt. Auf dem Prüfsender wird ein empfindlicher Weltempfänger Sangean ATX 909-X plaziert. Dieser Empfänger wird ebenfalls auf 1 MHz und SSB-Empfang eingestellt. Eine direkte Kabelverbindung zwischen Prüfsender und Empfänger war durch die sehr hohe Empfindlichkeit des PLL-Empfängers und die unmittelbare Nähe nicht notwendig. Bei laufenden Betrieb wird der Prüfsender auf  Schwebungsnull des Empfängers eingepegelt. Die Abbildung zeigt auf dem Empfänger die maximale Feldstärke, die Einstellung auf SSB bei 1 MHz (violette Pfeile) und auf der Skala des Prüfsenders ebenfalls eine Übereinstimmung mit der 1 MHz Markierung (Zeigermarkierung des Prüfsenders, violetter Pfeil). Die erzeugte HF wurde am Oszillografen analysiert und ist in Abb.17 zusehen. Die Kurvenform ist weitgehen sinusförmig.

Der Testaufbau zur Prüfung des Quarz-Generators erfolgte in ähnlicher Weise.

Der Schalter „Modulation“ wird auf „Quarz“ und der Schalter „Frequenzbereich auf „Aus“ geschaltet. Der interne HF-Generator ist damit abgeschaltet.  Bei Ebay konnte ein 1 MHz Quarz günstig erworben werden. Am Prüfsender ist auf der Frontplatte eine Quarzfassung mit einem Quarzhalter FT243 eingebaut. Der Kontaktabstand beträgt 12,34 mm. Quarze, die direkt in diese Fassung passen, sind nur noch eingeschränkt zu bekommen. Quarze mit Drahtanschluss, wie hier in diesem Fall, werden für diesen Kontaktabstand bei Ebay immer wieder angeboten. Um die Quarze im Quarzhalter einstecken zu können, müssen Aderendhülsen mit etwa 2,7 mm Durchmesser aufgelötet werden (Abb. 18).

Bei laufenden Betrieb sieht man auf dem Empfänger das gleiche Bild wie in Abb. 17. Die mit dem Quarz–Generator erzeugte HF wurde am Oszillografen analysiert und ist in Abb.20  zusehen. Die Kurvenform ist auch hier weitgehend sinusförmig (Abb. 19).

Als letzter Teil der Funktionsprüfung wurde in den NF-Eingang Tonfrequenz von einem kleinen Musikplayer eingespielt. Der HF-Ausgang wurde mit der Antenne eines MW-Radios verbunden. Der Empfänger wurde auf die Frequenz des Prüfsenders eingestellt. Der Stufenschalter „Modulation“ wird auf „Fremd“ und damit auf NF-Eingang gestellt. Dabei entpuppte sich der Prüfsender als Heimsenderlein mit erstaunlicher Übertragungsqualität. Der Toneingang ist regelbar, womit auch der Modulationsgrad einstellbar wird. Die Frequenz ist in einem weiten Bereich wählbar. Der Aufbau ist nachfolgend in Abb. 20 dargestellt.

Nach Beseitigung aller hier beschriebenen Defekte wird der Prüfsender wieder in der Funkwerkstatt für orientierende Prüfungen eingesetzt und hat auch noch den Reiz eines funktionierenden, betagten Röhrenoldtimers.

Referenzen

(1) Rodt, H.: „Kultradio“ elektrisch und optisch überholt ; Funkgeschichte 237, 37-47, 2018 

(2) Schmid, K.: The Dreaded Bumble Bee Capacitors ;  Radio Bygones 160, 16-18, 2016

Hans RODT, 08.Oct.19

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