Edi`s Seite für historische Rundfunktechnik - 2024- Änderung des Voxhaussenders nach historisch korrektem Schaltplan

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2024- Änderung des "Voxhaussenders" nach historisch korrektem Schaltplan

Wie ich auf den Vorseite erläuterte, ist der Voxhaussender"- Schaltplan fast überall falsch angegeben, nur die Darstellungen von Fuchs 1922 und Riepka 1925 entsprechen den real aufgebauten Sendern, die Fotos zeigen Bauteile, die nur bei deren Darstellungen vorhanden sind.

Ich hatte immerhin auch sehr große Probleme, den Sender nach den "falschen" Schaltplänen zum Laufen zu bekommen, die Einstellungen sind sehr kritisch, und enorm abhängig von der gegebenen Anodenspannung und andere Einstellungen.
Die Modulationsqualität war gut, aber es war nur ein geringer Modulationsgrad bei geringer Leistung möglich.

So entschloß ich mich, den Sender umzubauen.

Die für mich logischste Schaltung der Gittergleichstrommodulation lieferten Fuchs "Funkentelegraphie", 1922, Nesper, Nesper 1925 - Der Radio- Amateur (Radiotelephonie), und schließlich die kompletteste Darstellung von Riepka 1925 im "Lehrkurs fur Radio-Amateure".

Sehr genau erklärt Lubszynski 1926 in Zenneck's "Jahrbuch der drahtlosen Telegraphie und Telephonie" die Gitterstrommodulation, der Autor führte hierzu Versuche durch.

Zenneck/ Lubszynski 1926: Experimenteller Aufbau zur Modulation durch negative Anlaufspannung am am Gitter, symbolisiert durch den Gitterwiderstand Rg und den ihn durchfließenden Gitterstrom Ig. Dg ist eine Drossel, die die HF von Rg abblockt. Ändert sich Rg, ändert sich der Gitterstrom, damit auch die Gitteranlaufspannung.
Der Trennkondensator Schwingkreis zu Gitter ist hier noch als Drehko angegeben.
Die Senderöhre hat einen Heizfaden- Symmetrierwiderstand- interessanterweise -und vom Autor auch angegeben- wird sie mit Wechselstrom geheizt.
Für Messungen hatte der Autor dem Schwingkreiskondensator ein Strom- Meßinstrument und einen Vorwiderstand in Reihe geschaltet.

Anmerkung: Das ist sportlich bei den angegebenen Anodenspannungen (4 kV !!!)

Hier sind Spulen- Windungsdaten angegeben- ich verwende diese prozentual, da ich wegen meines Drehkondensators und des gegebenen Spulendurchmessers nur 26 Windungen auf der Variometer-Hauptspule benötige.

Anmerkung:
Die zeichnerische Darstellung von Lubszynski impliziert einen Abgriff des Gitterkondensatoranschlusses nah am Schwingkreiskondensatoranschluß, aus dem Text Lubszynskia ist dort aber schon der "überspannte Betrieb" erwähnt, der sehr hohe Spannungen am Schwingkreis erzeugt, was sich bei meinen Versuchen auch bestätigte, und um Schäden zu vermeiden, nicht angestrebt werden sollte.
Die Anzapfung wäre also näher am Masseanschluß (Kathode Senderöhre) zu setzen, aber nicht zu dicht, dann setzt die Schwingung aus.

Zenneck/ Lubszynski 1926: Erklärung der Modulation durch veränderliche Anlaufspannung am Gitter, realisiert mit Modulatorröhre.
Diese arbeitet nun mit ihrem gesteuerten Innenwiderstand als veränderlicher Gitteranlauf- Widerstand, dies ändert den Gitterstrom, daher der Name der Modulationsart- natürlich ändert dies auch den über der Röhre entstehenden Spannungsabfall- die Gitteranlaufspannung.
Gitter- Festwiderstände fehlen in dieser Darstellung.
Der Trennkondensator Schwingkreis zu Gitter ist nun als Festkondensator angegeben.
Der Heizfaden- Symmetrierwiderstand fiel weg.
Die Modulatorröhre ersetzt hier komplett den Gitteranlauf- Festwiderstand.

Darstellung nach Riepka 1925.
Es sind alle Bauteile vorhanden, die auf Fotos des Tischaufbaus zu sehen sind.
Die Modulatorröhre ist einem Festwiderstand "Stabilisator" parallel geschaltet, und es ist eine Gitter-Lampe als Gitterstrom- Indikator dabei.
Der Drehkondensator liegt nur einer Teilwicklung der Variometer- Hauptspule parallel, möglicherweise, um sehr hohe Spannungen, und damit Überschläge, zu vermeiden.

Darstellung nach Riepka 1925, zum Vergleich mit den Zeichnungen der anderen Fachleute habe ich den Modulatorteil so gezeichnet, wie diese ihn darstellten, die Modulatorröhre "kopfstehend".
Es wird deutlich: Hier ist ist grundsätzlich genau die Schaltungsvariante Grundlage, welche in den genannten Quellen beschrieben wird.

Der Innenwiderstand der Modulatorröhre bedämpft m. E. gleichzeitig die HF- Wechselspannungskomponente am Gitter, was zu einem höheren Modulationsgrad führen könnte.
Darum verspreche ich mir vom Umbau auf die Originalschaltung mindestens einen besseren Modulationsgrad, aber auch weniger Empfindlichkeit gegen HF- Einstreuungen, die bei dem offenen, ungeschirmten Aufbau des "Voxhaussenders" mit Schuld am geringen Modulationsgrad waren- eine Erhöhung der Modulation führte zum Abreißen einzelner Schwingungen.

Der Korrektur- Umbau

Als erste Maßnahme habe ich das Variometer angepaßt.
Jede Windung der Hauptspule hat nun einen Abgriff. So kann das Variometer universell eingestellt werden. Masse, Gitter Senderöhre, Rückkopplung Anode, selbst die Drehkoanschlüsse sind an Abgriffen, ich habe aber den Drehko an die äußersten Abgriffe gelegt, und einen möglichst großen Abstimmbereich zu gewährleisten.

Die Schwenkspule hat 3 Abgriffe, das reicht aus, in der korrigierten Schaltung ist sie nur reine Auskoppelspule, hat nicht mehr die Aufgabe der Rückkopplung zu tragen.

Jeder Abgriff wird durch einen aufgesteckten Stecker kontaktiert, ich habe solche noch in größerer Anzahl aus einer Ersatzteilreserve für DDR- Fernsehgeräte, und hatte bisher keine Verwendung für diese Stecker.
Später werden die Stecker farblich angepaßt.

Die Stecker gehen stramm auf die 1,5qmm- Drähte, diese sind aber nicht galvanisch beschichtet, solche Steckverbindungen sind nicht unbedingt das Wahre.
Wenn sich eine Konfiguration als gut erweist, können die Anzapfpunkte mittels Schraubklemmen sicher kontaktiert, oder gar fest verlötet werden.

Variometer neu hergerichtet

Stecker für die Anzapfungen

Ergebnisse

Der erste Test ergab sofort hervorragende Ergebnisse: Der Oszillator springt sicher an, die Sinusform ist ab Anodenspannung 700 V einwandfrei.
Die Anpassung an den Lastwiderstand funktioniert top OHNE Pi- Filter !

Allerdings es gab starke Überschläge zwischen den Drehkoplatten, aber auch nur dort. Die Spannung über der Hauptspule ist enorm hoch !
Die Spannungsüberhöhung durch die hohe Rückkopplung/ Entdämpfung schlägt voll zu, durch den Betrieb des Schwingkreises an Anzapfungen wird der Schwingkreis sehr entlastet.
Ein Überschlag war so heftig, daß die 6,3 A-Hauptsicherung des Labornetzteils flog !

Ich habe so hohe Spannungen nicht erwartet, ich habe ja nicht die absolut verlustärmsten Variometer- Spulen bauen können, und gerade die erluste lassen die theoretisch unendlich hohe Spannung im Resonanzfall nicht zu- aber scheinbar ist ddie Variometer- Hauptspule schon recht gut (Kupfer blank auf Kunststoff).

Der Drehko ist recht betagt, und hat auch schon Korrosionsschäden- ich verwende nun einen Drehko, der vorher im Ausgangsfilter Dienst tat.
Jedoch hört man gelegentlich sehr leise kleinste Fünkchen knistern- der Drehko ist 3 KV- fest, das ist wohl sehr knapp bemessen.

In der Schaltungsveröffentlichung von Riepka wird auch der Drehkondensator an einer Anzapfung der Haupt- Variometerspule betrieben, den größten Teil der Schwingkreiskapazität bildet ein Festkondensator !
Möglicherweise ist dies bereits eine Maßnahme gewesen, um den Drehkondensator nicht mit der vollen Schwingkreisspannung zu beanspruchen.
Allerdings ist damit der Abstimmbereich eingeschränkt.

Die Darstellung von Lubszynski impliziert einen Abgriff des Gitterkondensatoranschlusses nah am Schwingkreiskondensatoranschluß, aus dem Text Lubszynskia ist dort aber schon der "überspannte Betrieb" erwähnt, der sehr hohe Spannungen am Schwingkreis erzeugt, was sich bei meinen Versuchen auch bestätigte, und um Schäden zu vermeiden, nicht angestrebt werden sollte.
Die Anzapfung wäre also näher am Masseanschluß (Kathode Senderöhre) zu setzen, aber nicht zu dicht, dann setzt die Schwingung aus.

Um die Abhängigkeit von der Anodenspannung zu testen, habe ich diese verändert.
Kein Abreiß- Effekt !
Dies bezeichnet die Neigung zum Aussetzen der Schwingung des selbstschwingenden Oszillators bei Modulationsspitzen.

Eine Modulation bis 90% (Einton, Sinus) war möglich !
Für Sprache/ Musik erwies sich 80% als bester Modulationsgrad.
Bermerkung: Das muß nicht am Sender liegen ! Ein sehr hoher Modulationsgrad überfordert auch manche Demodulatoren im Empfänger.

Ausgeführt habe ich Modulationsversuche testweise in Gitterstrom- und dann mit Anodenmodulation, damit sollte auch die Heising- Modulation gut funktionieren.

Die vorgesehene Gittermodulation funktioniert, aber immer noch mit nur 50% Modulationsgrad, und sie "kippt" an einem bestimmten Punkt, dann entstehen starke Verzerrungen.
Die Ursache ist wahrscheinlich: Sie ist nicht voll entkoppelt, das muß ich noch in den Griff bekommen, gerade die Entkopplung ist absolut Voraussetzung.
Das war nämlich schon 1923 das Thema, es war bereits bekannt, daß die Heizung der direkt geheizten Modulatorröhre "hoch liegt" (Quelle: Rudolph).
Das bedeutete: Die Modulatorröhre wurde mit Batterieheizung betrieben, um eine Entkopplung zu erreichen, ebenfalls wurde die Gitterspannung der Modulatorröhre von einer Batterie bezogen.
Der "Voxhaussender" hatte 1923 eine große Akku- Phalanx unter dem Sendertisch zu stehen, die mit Schaltern und Stellern an der vorderen Tischkante bedient wurden.

Das Problem ist, daß nicht klar ist, wie der historische Sender betrieben wurde.
Eine Quelle (Goebel) beschreibt den "Sender mit einer einzigen Röhre, aufgebaut auf einer Holz- Schalttafel".
An anderer Stelle der gleichen Quelle beschreibt der Autor eine" Parallelrohr- Heising- Modulation", mit einem Modulationsgrad von 80%.
Das wären aber 2 (gleiche) Röhren.
Wahrscheinlich meint der Autor die -einzige- "Schwingröhre".
Danach folgte (Goebel) "ein Sender mit nur einer selbsterregten RS15 in Tischaufbau mit Gittergleichstrommodulation nach Schäffer, mit zusätzlichem Gitterstrom", und einem Modulationsgrad von 70% bei 4% Klirrfaktor.
Einen zusätzlichen Gitterstrom an der Senderöhre habe ich jedoch getestet, und es funktionierte damit wesentlich schlechter, weil dieser dem normal am Gitteranlaufwiderstand entstehenden Strom überlagert war, und eine höhere Aussteuerfähigkeit der Modulatorröhre fordert, was eigentlich kontraproduktiv ist.
Fuchs und Riepka geben jedoch eine Gitterspannung für die Modulatorröhre aus einer Batterie an, die einem Gitteranlaufwiderstand in Reihe geschaltet ist.
Es könnte jedoch auch eine Anodenmodulation gemeint sein, die auch den Gitterstrom am Gitteranlaufwiderstand erhöht.

Ich konnte vorerst eine Mittelstrich- Trägerleistung von etwas unter 100 Watt erzielen, auch die Spannung am Lastwiderstand bestätigt dies.

Das hört sich nach viel Leistung am HF- Ausgang an, die erreichbare EIRP ist aber aufgrund der schlechten Antennenmöglichkeiten sehr gering, rechnerisch ermittelt 16 Watt.

Ich rechne bei dieser HF- Leistung mit einer Gitterstrommodulation, die etwa 60- 70 W Mittelstrich (der unmodulierte Träger) erwarten läßt, wenn die Abreißeffekte auch bei dieser Modulation ausbleiben, und ein brauchbarer Modulationsgrad erreicht wird.
Der Wirkungsgrad dieser Modulationsart war gering, weswegen sie bald nicht mehr verwendet wurde.
Mit Anodenmodulation geht schon beim Test mehr- aber die behalte ich mir als Reserve vor.

Ein guter Modulationsgrad sollte sein, die Aussendung dieses Senders zum Jubiläum "100 Jahre Rundfunk" hatte zwar eine gute Träger- Reichweite, jedoch reichte es nicht, um auf große Entfernung hörbar zu sein.
Ebenfalls eine vernünftige Leistung -idealerweise die von der BNetzA für die erste Aussendung genehmigte Leistung.

Möglicherweise werde ich die Original- Modulationsart verwenden, jedoch mit den anderen Möglichkeiten kombinieren.

Das geht der Originalität ab, aber die Änderung ist minimal, und nicht einmal sichtbar, ein Modulationsverstärker ist ohnehin nicht Bestandteil des Senderaufbaus, und eine Zuführung einer Leitung zur NF- Drossel oder die Verwendung eines Modulationstransformators antelle der NF- Drossel ist kaum zu erkennen.

Mehr Leistung riskiere ich vorerst nicht, ich will nicht das elektronische Hochspannngs-Labornetzteil infolge heftiger Überschläge zerstören.
Vielleicht kann ich einen spannungsfesteren Drehkondensator auftreiben.

Weitere Versuche

Ich konnte die Überschlagsneigung bei Spannungen >2000 V verringern, ich bin jedoch noch vorsichtig, ich ging bis zu einer Anodenspannung 2,3 kV, und erreichte HF- Output von 86 W Mittelstrich, moduliert wären etwa 125 W möglich.

Dies erreichte ich durch Verringern des Abgriffs des Gitters Senderöhre, also mehr zur Masse hin, entsprechend den Ausführungen von Lubscynski (siehe Quellen unten).
Zu nahe an Masse läßt die Schwingung abbrechen.

Das Versetzen der Anzapfung Richtung Masse verringert die Amplitude der HF-Schwingung, was aber durch höherere Anodenspannung ausgeglichen werden kann, damit scheint aber die Spannung des Schwingkreises -über dem Schwingkreis- Drehkondensator- nicht mehr so extrem hoch zu sein.

Ich nehme an, ich war mit der bisherigen Anzapfung   zu weit in Richtung "überspannter Betrieb", bei dem nach Angabenn von Lubscynski. die Spannungen am Gitter der selbstschwingenden Leistungsoszillatorröhre die Spannungen an der Anode überschreiten können.
Zum überspannten Betrieb siehe Lubszynski, Barkhausen, Quellenangaben unten.

Ebenfalls Einfluß hat die Bestimmung der Anzapfung auf der Rückkopplungsseite.
- Anzapfung Rückkopplungsseite am Schwingkreisdrehko: Der Strom ist mäßig,
    bei 2 kV etwa 60 mA, die Anodenspannung kann weiter erhöht werden, ohne
    Überschläge zu verursachen, ich erreichte bis etwa 2,5 kV, 100 mA.
- Anzapfen bis Mitte der Rückkopplungsseite: Bei jedem Schritt steigt der Anodenstrom,
   so daß die 100 mA schon bei 2kV erreicht werden,über 2 kV aber wird die Spannung
    am Drehko enorm hoch, und es gibt Überschläge.
- Anzapfen von Mitte an in Richtung Masse läßt die Schwingungen aussetzen.

Es werden enorme Spannungen möglich- Es gab bei den Versuchen sogar Überschläge zwischen den isolierten Drähte zu den Anzapfungen, die sich zu nahe kamen !

Es ist also ein sehr spannungsfester Drehko nötig, der Aufbau ist entsprechend den sehr hohen Spannungen einzurichten, und für die sichere Funktion ist eine sehr genaue Aufeinander- Abstimmung des Gitter- und Rückkopplungs- kreises nötig.

Man kann eigentlich die Erbauer des Original- Voxhaussenders nur bewundern.
Aber es waren Fachleute von Telefunken, die viel Erfahrung hatten, sowie die Firma mit Material und Equipment im Hintergrund.

PS: Meine Angaben sind vorerst nur sehr grob überschlagene Werte, die eher zu hoch angesetzt sind, aber die Spitzenwerte der Amplitude sind auf jeden Fall zu beachten.

Verbesserung der Modulation

Bei allen Versuchen erwies sich die Gitterstrommodulation als möglich und mit guter Tonqualität betreibbar, aber leider nur mit geringem Modulationsgrad (55- 60% werden angegeben), sowie "Abreiß- Effekten", zu hohe Modulationsspitzen "pusten den Oszillator aus", zwar nur für einige Schwingungsperioden, aber beim Wiederanschwingen können starke Überschläge entstehen, zudem entstehen Oberwellen ohne Ende.
Rukop entwickelte 1922 bereits "Reiß- Diagrame", die Bezeichnung bezieht sich auf das "Abreißen" der Schwingungen.
Diese Diagramme stellen den sicheren Arbeitsbereich des gittermodulierten Oszillators dar.

Für die "Abreiß- Effekte" war die Gitterstrommodulation bekannt, aber sie wurde zum Anfang der Rundfunk- Sendetechnik eingesetzt, weil sie bereits mit geringsten Steuerleistungen -Batterie, Kohlemikrophon und Übertrager, später ein kleiner 2-stufiger Niederfrequenzverstärker- funktionierte.

Vilbig beschreibt im "Lehrbuch der HF- Technik" eine wesentliche Verbesserung des Modulationsgrades des gitterstrommodulierten Senders, und zwar mit einem "zusätzlichen Gitterstrom", womit "die Gitterstrommodulation in die Gitterspannungsmodulation übergeht", für welche Vilbig einen Modulationsgrad von 70 bis 90 % angibt.
Eine extern zugeführte Gleichspannung zum Gitter Senderöhre war in meinen Versuchen jedoch nicht erfolgreich.

Dies war schon damals bekannt:
Ein sehr großer Nachteil ist das "Hochliegen" der Modulatorröhre- jeder Draht, der HF der eigenen Senderöhre mit einbringen kann, jede zusätzliche Kapazität an der Heizfadenseite, besonders von Netzteilen, führt zu argen Problemen.
Darum verwendete man damals bewußt jede Menge -galvanisch von anderewn Schaltungsteilen getrennter- Akkus und Batterien, die unter dem Sendertisch plaziert waren.

Ich habe die Effekte mit Verdrosselung gemindert, aber nicht beseitigen können, dabei wurde dann auch die Tonqualität stark vermindert. Auch das ist von den historischen Sendern dieser Art bekannt.

Eine Anodenmodulation ist jedoch in weiten Grenzen möglich.

Bemerkenswert: Die Modulation mittels Beeinflussung des Gitterstroms (Gitterstrommodulation) bringt "Abreißeffekte",
die Anodenmodulation jedoch KEINE !

Da ich nur mit begrenzte Netzteil- Leistungen für Anodenspannung/ Strom und Modulationsleistung zur Verfügung habe, werde ich eine Kombination aus beiden Modulationsarten testen, d. h. Gitterstrommodulation anwenden, und zusätzlich einen -einstellbaren- Anteil von Anodenmodulation anwenden.

Das wäre der Einspeisung von "zusätzlichen Gitterstrom" an der Senderöhre ja eigentlich äquivalent:
Eine Erhöhung/ Erniedrigung der Anodenspannung im Modulationstakt bewirkt -wie auch die zusätzliche Gittergleichspannung- einen linear höher/ niedriger werdenden Gitterstrom am Ableritwiderstand (in diesem Falle der Parallelschaltung von Ableitwiderstand und Mdodulatorröhre).
Diese Erhöhung, im Zeitbereich durch die Modulation bewirkt, ist.... Anodenmodulation.

EINE Modulationsart reicht eigentlich- im Falle des "Voxhaus"- Nachbausenders wäre das mit den jetzt vorhandenen Mitteln gegeben- die Gittermodulation mit ihren Nachteilen wird aus historischen Gründen aber bleiben, ein Anteil an Anodenmodulation wird sie unterstützen.

Quellen:
1922 Fuchs- Funkentelegraphie
1925 Riepka - Lehrkurs fur Radio-Amateure
1926 Lubszynski 1926 in Zenneck "Jahrbuch der drahtlosen Telegraphie und Telephonie"
1944 Vilbig "Lehrbuch der Hochfrequenztechnik", Band 2, Kapitel XIV, §1
1949 Barkhausen - Lehrbuch der Elektronenröhren Band 3 "Rückkopplung", Abschnitte §5, §6
1951 Goebel: Der Deutsche Rundfunk bis zum Inkrafttreten des Kopenhagener Wellenplans,
2009 Skript Prof. Dr.- Ing. D. Rudolph: "AM- Modulatoren", S.15 bzw. Skript "Die Technik der Amplituden–Modulatoren", S. 15