DB0TRS: 439,125 Mhz
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Wie funkten die alten Germanen? von Herbert Weidner, DL2ZC

Neulich, auf dem U12-Flohmarkt in Eggenfelden traf man sich wieder, und mit dabei waren die Erinnerungen
an alte Zeiten: Weißt Du noch? Damals vor 40 Jahren mit der wassergekühlten Endstufe? Power ohne Ende. 

Das waren noch Zeiten, als Isi (DJ9HI’s xyl) in der engen Funkerbude beim Vorbeigehen mit dem Pullover an
der Gitterabdeckung dieser PA hängen blieb. Dabei schwappte ein wenig Wasser aus der Wanne rund um die
4X150A, ein kurzer Knall, die Sicherung flog raus und das Licht war aus. Jede andere Frau wäre mit einem
Schrei geflüchtet – Isi blieb aber wie angewurzelt stehen und wartete. Bei einem Jagdhund würde man sagen:
schussfest! Das Problemchen war schnell behoben: Man musste nur eine neue Explosionssicherung einlöten,
einschalten und weiter ging’s. Das verschüttete Wasser war längst verdampft, es gab keine Isolationsprobleme.
Wahrscheinlich gab es vorher und auch später nie wieder so eine problemlose Endstufe. Dieses Denkmal
existiert noch und liegt hier vor mir.

Jedem, der diese wassergekühlte Endstufe einmal in Funktion gesehen hat, huscht ein Lächeln über das
Gesicht und die Augen glänzen… Dann wird erzählt und verglichen mit den luftgekühlten Dingern, die man
üblicherweise antrifft und um die sich keine so hübschen Anekdoten ranken. Um herauszubekommen, wie und
warum diese Endstufe mit Wasserkühlung gebaut wurde, muss man wie ein Archäologe vorgehen: Alte
Aufzeichnungen studieren, im Lager der Bastelvorräte Ausgrabungen vornehmen und dazu noch das
Gedächtnis bemühen: Ich war damals Student mit wenig Geld, aber sehr viel Begeisterung für UKW und vor
allem für viel Sendeleistung. Einen SSB-Sender mit einer QQE06/40 selbst zu bauen, war nicht das Problem.
Es war auch einfach, einige gebrauchte 4X150A billig aufzutreiben – aber die Preise für einen passenden
Sockel, ein Keramikrohr mit dem richtigen Durchmesser und einen (damals) sehr teuren Ventilator waren
unverhältnismäßig hoch und nicht zu finanzieren. Ein Versuch mit einem Luftleit-Trichter aus Karton scheiterte
sehr schnell, denn der Karton verkohlte – ein Hinweis, dass auch ein elektrisches Thermometer mit
automatischer Abschaltung bei Übertemperatur sinnvoll wäre. Weitere Zusatzkosten? Unmöglich! Damals gab
es noch keine billigen Elektronik-Bausätze, die Elektronik war ja noch nicht erfunden. 

Um den Traum von richtig viel Leistung nicht an solchen Nebensächlichkeiten scheitern zu lassen, musste ein
billigeres Kühlverfahren ersonnen werden: Wasserkühlung der großflächigen Lamellen dieser Röhre begrenzt
die Temperatur auf 100 Grad – ideal für die Lebensdauer der Röhre. Wasser isoliert bei niedrigen Spannungen
sehr gut, aber bei 2600 Volt? Ein Versuch zeigte sofort, dass es mit normalem Leitungswasser mächtig knallt.
Das Kühlwasser durfte also mit nichts anderem als der Anode Kontakt haben. Damit war die Idee eines
außenliegenden Kühlkörpers mit Umwälzpumpe gestorben – außerdem besaß ich keines der notwendigen
Bauteile.

Der Wasserkocher

Aber ein Physiker hat gleich die nächste Idee: Verdampfungskühlung. Von allen Flüssigkeiten benötigt Wasser
die höchste Verdampfungsenergie, welche der Anode entnommen wird. Eine schnelle Berechnung zeigte,
dass man mit 0,2 Litern Wasser rund zwei Stunden harten Contestbetrieb bewältigen können müsste. Es blieb
nur die Frage: Isoliert Wasserdampf-gesättigte Luft zwischen Anode und Gehäuse besser als Wasser oder
knallt es noch mehr? Das Experiment wurde auf später verschoben, weil ja (noch) kein isolierter Wasserkocher
zur Verfügung stand. Der wurde zuerst gelötet: Ein Wasserbehälter aus Messingblech (11 cm · 6 cm · 3,5 cm)
 mit einem so großen Loch im Boden, dass die Anode der 4X150A durchpasst. Unterhalb der Lamellen der
Röhre – dort, wo die Anode mit dem Glasring verschmolzen ist – wurden zwei halbkreisförmige, überlappende
Kupferfolien angelötet, die für eine wasserdichte elektrische Verbindung zwischen Wanne und Anode sorgen.
Damit war der Wasserkocher geschaffen. Die massive Anode nimmt dabei so viel Wärme auf, dass man
gleichzeitig mit zwei Lötkolben arbeiten muss, während eine dritte Hand die Folien hält. Pinzetten sind ratsam!

Für eine dicke Endstufe auf 144 MHz benötigt man noch einen Schwingkreis aus L und C. Um den
Kondensator braucht man sich nicht weiter zu kümmern, dafür sorgt die Röhre mit der Wanne. Diese
Kombination besitzt ausreichend viel Kapazität, also einige Picofarad, gegen das umgebende Gehäuse. Aber
die Spule aus Draht? Auch wenn dieser drei Millimeter dick und versilbert sein sollte – die optische Relation
zur Wasserwanne stimmt nicht. Besser ist etwas ähnliches wie ein Topfkreis mit einem dicken Innenrohr, denn
dann verfügt der Teil, der die Induktivität darstellt, über eine enorme Oberfläche mit geringer Stromdichte. Das
mindert die elektrischen Verluste und ist mechanisch ausreichend stabil, um den Wasserbehälter zu fixieren.
Außerdem kann man in das Rohr noch diverse Einzelteile wie Drosseln und Kondensatoren einbauen. 

Als Problem blieb die Frage, welche Maße der Topfkreis haben soll. Die Theorie sagt: λ/4, also 50 cm. Viel zu
lang. Mit kapazitiver Belastung verkürzt sich das Gebilde merklich. Man kann entweder nachrechnen oder
gleich mal anfangen, zu löten. Ich habe mich damals für Letzteres und 30 cm entschieden. Die Wanne wurde
auf der 2000 Watt-Elektroherdplatte in der Küche meiner Mutter aus Kupferblech und Messingplatten (30 cm  ·
12,5 cm · 9 cm) gelötet, denn mit einem 50 Watt-Lötkolben bekommt man so viel Material nicht ausreichend
heiß. (Hinweis: Man sollte zwei Fenster der Küche öffnen, um den notwendigen Durchzug sicher zu stellen.
Zwischenzeitlich wurden handliche Gasbrenner erfunden, die sich besser eignen könnten.)

Professionelle Sockelverdrahtung

Die große Wanne erhält an einem Ende ein kleines Podest (7,5 cm · 6 cm · 2,5 cm) für den Röhrensockel,
damit die Stifte nicht die Tischplatte berühren. Na ja, genau genommen montiert man da keinen teuren Sockel,
sondern die Drähte werden direkt an die versilberten Anschlüsse der Röhre gelötet. Das ist wesentlich
preiswerter und kompakter als ein Sockel, vermeidet Wackelkontakte und garantiert auch, dass die Röhre
niemals kaputt geht, weil sie nicht einfach gewechselt werden kann.

Etwa 1,2 cm über dem Sockel „schwebt“ die Wasserwanne mit der eingebauten Röhre. Viele kurze Drähte und
Kondensatoren zum Podest an der Sockelseite und zwei keramische Stützen zwischen Innen- und
Außenwanne positionieren und halten dieses Schwergewicht in Position. Die Wanne wirkt als Kondensator des
Anoden-Schwingkreises und kann durch einen selbst gebauten Plattenkondensator geringfügig vergrößert
werden. 

Als Innenleiter des Topfkreises bietet sich ein 13 cm langes Kupferrohr von 18 mm Durchmesser an, das man
direkt stumpf auf die Schmalseite der Außenwanne lötet. Das Rohr ist die Induktivität des Schwingkreises, es
enthält die Zuführung der Anodenspannung, die erforderlichen Abblockkondensatoren und Drosseln werden
eingebaut.

Dampfdurchlässiger Hochspannungsschutz

Nach der Montage aller Bauteile verlötet man die Wanne oben durch ein ausreichend großes Stück verlöteten
Maschendraht, auch Hasengitter genannt, wobei die elektrische Verbindung zwischen großer Wanne und
Drahtgitter sehr gut leitfähig sein muss. Ein Messinggitter wäre verlustärmer gewesen, war aber zu teuer und
würde sich durch den Wasserdampf unschön verfärben. Bei der verwendeten Betriebsspannung von etwa
2600 Volt bildet dieses Gitter einen sehr guten Berührschutz! Falls jemand auf dumme Ideen kommen sollte.
Außerdem soll die erzeugte Leistung ja über die Antenne in horizontale Richtung abgestrahlt werden und nicht
vom Anodentopf nach oben.

Die freie Sicht zur Wasserwanne hat große Vorteile: 

 

  • Man kann nach jeweils zwei Stunden Dauerbetrieb während einer Empfangspause die Hochspannung
    schnell mal abschalten, ein paar Sekunden warten, durch das Hasengitter Wasser nachfüllen und sofort
    wieder die Hochspannung einschalten. Das ist auch bei stressigem Contestbetrieb keinen Zeitverlust.
  • Die Endstufe lässt sich ohne Messgeräte abstimmen: Bei Resonanz ist das Kochen minimal – nur
    wenige Dampfblasen pro Sekunde.
  • Sind es deutlich weniger Blasen, ist die Antenne zu schwach angekoppelt und man muss die
    Auskoppelkapazität vergrößern.
  • Ist das „Blasenminimum“ bei Resonanz zu wenig ausgeprägt, muss man den Trimmer mit Gefühl in die
    andere Richtung drehen.
  • Die zulässige Verlustleistung der 4X150A steigt durch die Verdampfungskühlung auf mindestens 1,8
    kW, mehr gibt der verwendete Hochspannungstrafo nicht her. Bei verstelltem Anodenschwingkreis oder
    zu hohem Ruhestrom kann man zusehen, wie der Wasservorrat innerhalb weniger Minuten verkocht.
    Diese Art von Endstufe ist so eigensicher, dass man die Röhre beruhigt einlöten darf!

Was gibt es noch zu berichten? Ach ja, außer dem üblichen Zubehör wie Antennenrelais und Steuersender für
SSB und CW mit maximal 50 W Leistung werden zwei weitere Kästen benötigt:

 

  • Ein dickes Netzteil für 2600 V bei 800 mA und einer „Explosionssicherung“. Das ist ein
    Kohleschichtwiderstand von 5 Ohm und geringer Belastbarkeit, den man mit langen Anschlussdrähten
    zwischen zwei Keramikstützen lötet. Bei Überlast explodiert er und der Gasdruck vergrößert den
    Abstand der Drähte, weshalb der entstehende Lichtbogen sehr schnell erlischt. Auch deshalb, weil
    gleichzeitig die 16 Ampere Primärsicherung auslöst. 
  • Ein kleines Netzteil, das eine Hilfsbaugruppe für das Schirmgitter der Senderöhre enthält („Linear-C-
    Schaltung“) und alle benötigten Spannungen bereitstellt.

Die wassergekühlte Endstufe sicherte stets durchschlagenden Erfolg und erfreut sich noch heute ihres
legendären Rufes. Die abgegebene HF-Leistung kann nur geschätzt werden, denn das Öl in der Dummy-
Antenne von Heathkit erreicht zu schnell den Siedepunkt. Es dürften so etwa 800 W sein. Vielleicht auch mehr.
An einen etwas peinlichen Nebeneffekt dieser enormen Leistung kann ich mich noch erinnern: Gelegentlich
kamen QSL-Karten von sehr weit entfernten OMs, die sich beklagten, dass sie mich laut gehört, aber nie
erreicht hätten. Sie wollten wissen, mit welcher Art UKW-Empfänger ich arbeiten würde. 

Das Anfangs angesprochene Experiment zur Isolationsprüfung wurde mit der beschriebenen Endstufe sehr
häufig durchgeführt und lieferte immer das gleiche Ergebnis: Wasserdampf-gesättigte Luft zwischen Anode und
Gehäuse isoliert hervorragend gut. Die Atmosphäre in der Funkerbude wird nach einigen Stunden nur etwas
feucht…. 

Für diese Endstufe gilt Ähnliches wie für Sportwagen: Man braucht keine Knöpfchen zum Herumspielen, keine
Vielzahl an Messgeräten, auch keinen Autopiloten. Wesentlich ist eine Platte mit einem Sitz, vier Rädern und
einem richtigen Motor drauf. Alles andere stört. 

Dieses Rezept gilt auch für die wassergekühlte Endstufe: Man benötigt ein einziges Messgerät, um zu
kontrollieren, ob die 4X150A die erwartete Leistung zur Antenne schickt.

Text & Bild: Herbert Weidner, DL2ZC