Die Anfänge der Röhrenentwicklung

ca. 2000 v. Chr.

Die Parther-Batterie war die erste Anwendung der Elektrizität überhaupt. Die Parther (heute Irak) „galvanisierten“ Kleinplastiken mit Goldüberzug. Die Batterie bestand aus einem Tongefäß, in dem ein Kupferzylinder und ein Eisenstab konzentrisch angeordnet sind. Dazwischen war als Elektrolyt eine heute unbekannte Säure eingebracht. Galvani (1737-1798) erfand nach 3800 Jahren dieses Verfahren neu.

ca. 600 v. Chr.

Die alten Griechen endeckten, wenn man Bernstein mit einem Stück Wolle reibt, dann kleine Gegenstände anziehen kann. Bernstein heißt auf griechisch – Elektron.

1855

Johann Heinrich Wilhelm Geissler erfindet die Quecksilber-Vakuumpumpe. Damit ist es möglich, die Röhrenkolben fast luftleer zu pumpen. .

1856

Geissler gelingt die vakuumdichte elektrische Durchführung in einen Glaskolben mit Platindraht. Damit wird eine wichtige Voraussetzung zur Fertigung von Glühbirnen und Elektronenröhren geschaffen.

1858

Geissler erfindet die Geißlerschen Röhren, mit niedrigem Druck gasgefüllte Röhren, die zwei Elektroden enthalten. Liegt an den beiden Elektroden eine hohe Spannung an, sind je nach Gasfüllung und -druck verschiedene interessante Lichterscheinungen zu beobachten. Sie sind die Vorläufer der allseits bekannten Leuchtstofflampen.

1871

Eugen Goldstein entdeckt, daß „Etwas“ aus der Kathode austritt.

1874

K. F. Braun entdeckt die Gleichrichterwirkung von bestimmten Kristallen (Bleiglanz). Eine Verwendung gibt es erst 40 Jahre später in den Detektorempfängern. Da somit die Halbleiterwirkung sehr früh bekannt war, hätte die Entwicklung auch ganz anders verlaufen können.

1877

Thomas Alva Edison entwickelt seine Glühbirne und schafft alle Grundlagen für eine umfassende Elektrifizierung. Der Schraub- oder Edisonsockel ist der früheste Sockel für Glühbirnen und Röhren und wird bis zum heutigen Tage verwendet. Das gilt auch für den Quetschfuß, der die Stromzuführungen in den Kolben enthält. Die ersten Glühbirnen waren Kohlefadenlampen, gaben warmes Licht ab und waren nicht besonders hell. Aber sie ersetzten Gas- und Petroleumlicht.

1879

Sir William Crookes stellt fest, daß Kathodenstrahlen ein Strahl von „Teilchen“ sind, die sich geradlinig ausbreiten.

1883

Edison entdeckt, daß Strom durch den luftleeren Raum fließt. Dazu hat er in eine seiner Glühbirnen eine zusätzliche Elektrode angebracht. Die Gleichrichterwirkung erkennt er nicht und er hat für diesen unerklärlichen Effekt auch keine Verwendung.

1890

Auer von Welsbach verwendet als erster Osmium für den Glühbirnendraht und erzielt ein deutlich helleres und weißeres Licht. Allerdings ist Osmium sehr selten und teuer. Die Weltproduktion betragt heute jährlich etwa 100 kg. 1 Gramm kostet rund 840 Euro. Später wurden Tantal und schließlich Wolfram verwendet, ebenfalls Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt.

1892

Philip Lenard lässt Kathodenstrahlen durch ein nach ihm benanntes Fenster aus dem Kolben austreten und bündelt diese in einem Hohlspiegel. Auch Photomaterial läßt sich so belichten.

1895

Johann Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt die X-Strahlen. Diese Strahlen entstehen, wenn eine sehr hohe Spannung an zwei Elektroden in einem luftleeren Glaskolben gelegt wird. Mit diesen Strahlen, die später seinen Namen tragen sollten, lassen sich Gegenstände durchdringen und Film belichten beziehungsweise Leuchtstoffe anregen. In der Medizin beginnt eine Revolution mit der Röntgendiagnostik. Jean Perrin weist nach, dass die Kathodenstrahlen negativ geladen sind.

1897

K. F. Braun erfindet die Braunsche Röhre. Eine sehr hohe Spannung (20...100 kV) zwischen zwei Elektroden erzeugt einen Kathodenstrahl, der sich durch elektrostatische oder -magnetische Felder ablenken lässt. Das ist der Vorläufer der heutigen Fernsehbildröhre.

J. J. Thomson entdeckt das Elektron.

Walter Nernst erfindet die Nernstlampe bei der ein Stift aus Zirkoniumdioxid und Yttriumoxid elektrisch zum Glühen gebracht wird. Das Licht ist nun richtig hell und weiß. Ein paar Jahre später wurde er ein Förderer von Robert von Lieben.

1902

Otto Feuerlein, ein Schweizer Ingenieur, verwendet als erster Tantal als Glühbirnendraht. Er arbeitet bei Siemens und Halske in Berlin. Nun werden Tantallampen gefertigt.

1903

Arthur Rudolph Berthold Wehnelt entdeckt die Emissionsfähigkeit von Erdalkalioxiden bei hohen Temperaturen und entwickelt die erste geheizte Kathode mit Platindraht, auf den etwas Kalziumoxid aufgebracht ist. Nun sind keine sehr hohen Spannungen mehr notwendig um einen Elektronenstrom im Vakuum zu erzeugen. Das ist das Geburtsjahr der Elektronenröhre und Wehnelt darf ihr Erfinder sein (Die Vorläufer waren Entladungsröhren mit geringer Gasfüllung).

1904

Lee De Forest baut einen Flammendetektor. Er geht von der Leitung des elektrischen Stromes in Flammen aus. Er stellt fest, daß zwei Platindrähte, wovon der untere eine Salzperle trägt, in Flammen bessere Leitfähigkeit ergeben. Ausserdem gab es eine Gleichrichterwirkung zwischen den beiden Drähten. Über den Zwischenschritt mit von aussen geheizten Glaskolben, in denen mit Salz versehenen Elektroden waren, gelangte er zur Elektronenröhre für den Detektorempfang, ähnlich der Flemingdiode. Diese Arbeiten dauerten bis 1905. Zu jener Zeit glaubten die Wissenschaftler immer noch, daß Strom im perfekten Vakuum nicht fließen kann. Es war üblich, sie mit Gas niedrigem Druckes zu füllen.

1905

Sir John Ambrose Fleming verwendet die Wehneltröhre als erste (gasgefüllte) Röhrendiode und erzielt damit Detektorempfang.

Wolfgang Gaede erfindet die rotierende Quecksilber-Luftpumpe. Nun ist es erstmals möglich Glasgefässe auf 10-6 mm Quecksilbersäule evakuieren. Diese Pumpe verwendete auch Robert von Lieben.

1906

Robert von Lieben meldet sein erstes Verstärkerröhrenpatent an. Die Vakuumröhre hat eine beheizte Kathode nach Wehnelt. Diese ist als Hohlspiegel ausgebildet, damit der Elektronenstrahl in einen Brennpunkt gebündelt wird. Am anderen Ende der Röhre befinden sich zwei voneinander isolierte und konzentrische Blechzylinder die auf der kathodenseitig zugewandten Seite je eine kleine Öffnung haben. In dieser Öffnung liegt der Brennpunkt des Kathodenstrahls. Wird der Kathodenstrahl durch äußere Magnetspulen abgelenkt, wandert der Brennpunkt näher zur Öffnung hin oder weg. Verfehlt der Strahlfleck die Öffnung, wird ein großer Teil der Elektronen über den äußeren Zylinder abgeleitet. Die Spannungsschwankungen des Stromkreises über den inneren Zylinder entsprechen denen in der Magnetspule, sind aber bedeutend stärker. Wenn die Magnetspule im Eingangsstromkreis liegt und der Stromkreis Kathode-Innenzylinder im Ausgangsstromkreis, läßt sich eine Verstärkerwirkung erzielen. Technische Daten: Länge: 22 cm; Durchmesser: 8,5-10,5 cm; Verstärkung: 3,5-4 fach; Lebensdauer: ca. 400 h Diese Röhre hat aber noch einige Nachteile: Das Vakuum ist noch nicht hoch und stabil genug; es kommt immer wieder zu Entladungen. Die Hohlspiegelkathode ist schwierig zu fertigen. Die Steuerung ist nicht leistungslos. Eine Massenfertigung kommt wegen der Typenstreunung nicht in Frage. In der Patentschrift sind die Ansprüche für elektromagnetische und -statische Steuerung enthalten und die Verstärkung für alle Wechselstromwellen bis zu den höchsten Frequenzen.

Lee De Forest baut in der Flemingschen Diode zwischen Kathode und Anode ein Gitter ein, um positives Anodenglimmlicht zu verhindern. Das Gitter ist positiv vorgespannt. Dadurch wird die Detektordiode für den Funkempfang verbessert, weil durch unerwünschte Entladungen starke Störgeräusche entstanden. De Forest baute also die erste Triode - aber ohne Verstärkerwirkung. Er nannte diese Detektorröhre „spherical audion“ (Patent 1907).

1908

Lee De Forest entdeckt die Verstärkerwirkung durch die Dichtesteuerung des Elektronenstroms mit dem Steuergitter. Als Erfinder der Verstärkerröhre kann er aber nicht mehr gelten, weil Robert von Lieben schon die elektrostatische Steuerung von Kathodenstrahlen zur Verstärkung in seinem Patent von 1906 beschrieben hat. Dafür bekommt er das Verdienst, die erste Triode gebaut zu haben.

1910

Robert von Lieben meldet zusammen mit seinen Mitarbeitern Eugen Reisz und Sigmund Strauss sein zweites verbessertes Verstärkerröhrenpatent an. Das Wirkungsprinzip ist ähnlich wie bei der ersten Röhre, aber die Anodenformen haben sich stark geändert. Erst mit dem Zusatzpatent (Gitterpatent) gelingt der Durchbruch. Hier fügt er ein Gitter wie De Forest zwischen Kathode und Anode ein und steuert damit den Elektronenstrom. Die Liebenröhre wird praktisch brauchbar. Die elektrostatische Steuerung ließ er aber schon 1906 patentieren.

1911

Robert von Lieben meldet sein Verbesserungspatent an. Er verbessert die Liebenröhre in einigen Details und schafft so die Voraussetzungen für eine Serienfertigung. Die Liebenröhre wird im AEG-Kabelwerk Oberspree in Berlin gefertigt. Die Technischen Daten sind: Heizung: Platinband von 1 mm Breite, 0,02 Dicke, 1 m Länge, mit BaO und CaO beschichtet, 30...40 V, 1,8 A Anode: Aluminiumdraht mit 2mm Durchmesser gewendelt, 200...250 V Gitter: Aluminiumblech mit regelmäßig angeordneten 3,5 mm-Löchern, Gitterspannung muß wegen der Temperaturschwankungen stetig nachgeregelt werden. Gasfüllung: Durch Hg-Amalgamfüllung in dem Seitenröhrchen wird bei 20 °C ein Dampfdruck von 0,001 mm erreicht. Arbeitstemperatur: 15...30 °C, um diesen Bereich einhalten zu können ist oft noch ein Schutzkasten nötig. Brenndauer: ca. 1000 h Verstärkung: ca. 33-fach Nachteilig war die mangelnde Stabilität und Geräuschneigung durch die Gasfüllung, weshalb man bald zu Hochvakuumröhren überging.

1912

Lee De Forest entwirft die erste Audionschaltung mit seiner Triode. Sie verstärkt und demoduliert die empfangene Hochfrequenz gleichzeitig. Nun lässt sich mit einer einzigen Röhre schon beachtlicher Funkempfang erzielen.

Die Firmen Siemens und Halske, AEG, Telefunken und Felten und Guillaume gründen ein „Consortium“ (19. Februar) und schließen einen Vertrag mit Robert von Lieben zur Ausbeutung der Lieben-Patente. Die Firma Lorenz sollte auch Mitglied im Consortium werden, sprang aber ab. AEG-Telefunken schafft erste Baumuster in Serienfertigung und den ersten Röhrensockel.

1913

Robert von Lieben stirbt am 20. Februar nach schwerer Krankheit 34-jährig. Seine Witwe, Anny von Lieben, wird durch die Einnahmen aus dem Consortiumsvertrag vermögend. Alexander Meissner erfindet die Rückkopplung und baut den ersten Röhrensender mit der Liebenröhre. Die Leistung beträgt 10-20 Watt. Die Reichspost verlangt die bidirektionale Verstärkung mit der Liebenröhre. Zunächst bekommt der Einröhrenverstärker einen Umschalter, der von Hand bedient wird. Dann wird eine Liebenröhre in einer komplizierten und störungsanfälligen Brückenschaltung verwendet. Später werden zwei Liebenröhren in Brückenschaltung verwendet, was die mechanische Umschaltung überflüssig macht. Für höhere Verstärkung wird die Kaskadenschaltung mit zwei oder mehreren Liebenröhren in R-C-Kopplung entwickelt. Mit Liebenröhrenverstärkern erstmals Telephonverbindungen Köln-Danzig und Frankfurt an Main-Königsberg.

Roy Alexander Weagant baut wegen der schwierigen patentrechtlichen Lage eine Außensteuerröhre. Die steuernde Elektrode befindet sich auf der Außenseite des Kolbens. Diese Entwicklung arbeitet instabil und findet nach vielen Varianten mit den beiden berühmten Arcotron-Stabröhren von Telefunken Anfang der 30er-Jahre ihr jähes Ende; das war ein Flop.

Wolfgang Gaede konstruiert die Molekular-Luftpumpe. Das Evakuieren von Glasgefässen auf 10-7...10-8 mm Quecksilbersäule ist machbar. Eine wichtige Grundlage für moderne Hochvakuumröhren. Ab sofort können Hochvakuumröhren gebaut werden.

Eine Lieben-Zweifachröhre der AEG, die nicht in Serie ging. Es sind verschiedene Schaltungsexperimente mit dieser Röhre überliefert (z.B. als Modulator).

1914

AEG fertigt eine verkleinerte Liebenröhre. Siemens fertigt die erste Hochvakuumröhre. Diese „A“-Triode wurde von Walter Schottky konstruiert. Sie war die erste Poströhre, die in großem Maßstab hergestellt wurde. Diese Röhre wurde für NF-Verstärker und Messzwecke eingesetzt. Für erste Postverbindungen wird die ebenfalls „liegende Röhre“ Mc verwendet. Der Erste Weltkrieg bricht aus.

1915

Die Liebenröhre verbindet die Befehlsstellen von Ost- und Westfront im Ersten Weltkrieg.

1916

Mit der Liebenröhre kann die Strecke Westfront-Konstantinopel (Heute Istanbul) überbrückt werden. (3000 km)

1922

Die Fertigung von Liebenröhren wird eingestellt.