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Beim Betrieb von Leistungsröhren entsteht zwangsläufig das Problem der Wärme-Ableitung. Im Amateurfunk werden Endröhren im allgemeinen mit Luft gekühlt, doch dazu sind sehr große Luftmengen erforderlich, wenn man sich der zulässigen Leistungsgrenze nähert. Dies erfordert starke Lüfter, die durch die strömende Kühlluft erheblichen Lärm entwickeln. Diese Geräuschkulisse läßt sich im allgemeinen nicht soweit reduzieren, daß keine Beeinträchtigung - speziell beim Empfang schwacher Signale - auftritt. Die Lösung ist Wasser- oder besser Ölkühlung.
Eine von DLOHC angeregte Wasserkühlung brachte mich auf die Idee, ein ähnliches System zu realisieren. Das von DD8DA in Bochum gebaute System verwendet Röhrenkühler aus Kupfer und Wärmetauscher aus Autoheizungen. Als Kühlmittel dient sogenanntes Spindelöl. Es lassen sich jedoch verschiedene Öle verwenden. Meine Wahl fiel auf ein dünnflüssiges Hydraulik-Öl mit der Bezeichnung Tellus C10 der Firma Shell, welches sich leicht beschaffen ließ. Wichtige Punkte bei der Auswahl sind die Dünnflüssigkeit (= niedrige Viskosität; bei Tellus Öl C10: Viskositätsklasse 10 nach DIN 51519) und die thermische Belastbarkeit. Außerdem muß es ein gutes Korrosionsschutz-Vermögen haben, weshalb destilliertes Wasser ausscheidet. Schließlich sollte das Kühlmittel hoch-isolierend sein.
1. Funktionsmodell
Um die Funktion des ganzen Systems zu verdeutlichen, stelle man sich das Problem der Wärme-Ableitung einmal etwas genauer vor. Die anfallende Wärme entsteht an der Anode der Leistungsröhre. Der Wärme-Übergang zur umgebenden Luft wird normalerweise durch Vergrössern der Fläche mit Kühlrippen oder Lamellen verbessert. Im hier vorgestellten System geschieht das ebenfalls, nur wird als Medium nicht Luft sondern Öl eingesetzt. Es dient als Transportmittel der Wärme zwischen der Röhre und der eigentlichen Ableitfläche zur Umgebungsluft, die abgesetzt von der Röhre montiert sein kann. Wenn die Ableitfläche (der "Radiator") groß genug ist, kann ein Lüfter entfallen. Da in einiger Entfernung von der Röhre meistens Platz für einen ausreichend großen Kühler zur Verfügung steht, ist das Problem des lauten Lüfters beseitigt oder auf einen fast lautlosen Wälzlüfter reduziert.
2. Praktischer Aufbau
Wir gehen vom normalen Kühlkörper der 2C39-Röhrenfamilie aus. Alle Rippen bis auf die unterste werden auf einer Drehbank abgedreht, so daß ein zylindrischer Mittelteil von 10 mm Durchmesser stehen bleibt. Darauf wird ein Gewinde M10 × 1 geschnitten. Dieses Teil zeigt Bild 1 in der linken Hälfte.
Bild 1: Der abgedrehte Original-Kühler (links) und das Gegenstück mit Zu- und Abfluß-Anschlüssen.
Rechts und in Bild 2 ist das Teil zu sehen, das auf das erste Teil geschraubt wird: eine ebenfalls gedrehte Kappe mit einem Sackloch-Innengewinde und einer Nut für einen handelsüblichen 0-Ring als Dichtung.
Bild 2: Kühlkappe mit Dichtungsring von innen gesehen, und ein Schlauchanschluß.
Außerdem werden zwei Anschlußteile für die Zu-und Ableitung des Kühlöls benötigt, die je nach Platzverhältnissen seitlich oder oben an der Kappe angebracht werden können. Dazu werden ebenfalls Gewindebohrungen eingebracht, die eine 90-Grad-Ansenkung erhalten (Bild 3). In den Ansenkungen liegt wiederum je ein 0-Ring zur Abdichtung (Bild 2). Der so entstandene neue Kühlkopf wird mit etwas Wärmeleitpaste auf die Röhre montiert, wie Bild 4 zeigt.
Bild 3: Maßzeichnung der Drehteile.
Bild 4: Eine 2C39 mit aufgesetztem Kühlkopf.
Unmittelbar an der Röhre wird zur Zu- und Ableitung des Öls VITON-Schlauch mit 4 mm Innendurchmesser verwendet. Er ist öl- und temperaturbeständig und hoch-isolierend. Andere Materialien, wie beispielsweise PVC-Schlauch, sind wegen zu geringer Temperaturbeständigkeit ungeeignet - sie knicken bei Erwärmung ab. Silikon-Schlauch erwies sich ebenfalls als ungeeignet, weil das Öl hindurch diffundierte.
Die Befestigung erfolgt mit kleinen Schlauchschellen oder Kabelbindern, wie Bild 5 erkennen läßt. Als Verzweigung haben sich "Fittings" aus Kupfer mit kleinen Rohrstücken bewährt. Damit lassen sich die Abzweige für die Kühlung mehrerer Röhren und für den Radiator am platzsparendsten herstellen.
Bild 5: Zwei Röhren mit Kühlköpfen und VITON-Schläuchen.
Das Öl wird mit einer Kreiselpumpe umgewälzt, die ein kleiner Kurzschlußläufer-Motor antreibt (Bild 6). Eine geeignete Pumpe ist in der Teile-liste angegeben. Wichtig ist der Kleinbuchstabe "h" an der Bestellnummer, der die Heißwasser-Ausführung kennzeichnet. Die Normalausführung ist ungeeignet.
Bild 6: Motor und Umwälzpumpe.
Zur Verbindung von Pumpe und Radiator kann PVC-Schlauch verwendet werden, den man aber möglichst kurz und gerade verlegen muß, um höhere Druckabfälle zu vermeiden. Alle Verbindungen Schlauch/Rohr werden mit Schlauchschellen gesichert.
Der Radiator schließlich besteht aus kupfernen Fittings und Rohren. Hier wurden 6er T-Stücke mit Zwischenröhrchen verlötet, und in der Gesamtabmessung der Geräte-Rückwand angepaßt (Bild 7). Es muß darauf geachtet werden, daß eine diagonale Durchströmung stattfindet.
Bild 7: Radiator mit Ausdehnungsgefäß an der Geräte-Rückseite.
2.1. Teileliste
| Anzahl | Bezeichnung, Abmessungen | Bezugsquelle |
|---|---|---|
| 1 | Motor (Kurzschlußläufer) | Surplus |
| 1 | Pumpe PSN-Komet (Heißwasser-Ausf.) Bestellnummer p111 h | Fa. Plastik-Schelter, Vogtsbergstraße 26, 8500 Nürnberg-Reichelsdorf, Tel. 0911-636228 |
| 3 m | Kupferrohr, 6 mm Durchmesser | Installations-Fachhandel |
| 14 | T-Stück für 6er Rohr | Installations-Fachhandel |
| 3 | 10 er Bögen | Installations-Fachhandel |
| 30 cm | Kupferrohr, 10 mm Durchmesser | Installations-Fachhandel |
| 1 | Verbindungsstück 10/15 | Installations-Fachhandel |
| 1 | Verbindungsmuffe für 35er Rohr | Installations-Fachhandel |
| 2 | Scheiben aus Kupferblech 1 mm | Installations-Fachhandel |
| 1 | Endkappe mit Schraubverschluß | Installations-Fachhandel |
| 20 cm | PVC-Schlauch 10 mm Innendurchmesser | Technischer Industriebedarf |
| 5 cm | PVC-Schlauch 15 mm Innendurchmesser | Technischer Industriebedarf |
| 50 cm | VITON-Schlauch, 4 mm Innendurchmesser | Technischer Industriebedarf |
| 4 | Schlauchschellen für 14 mm Durchmesser | Technischer Industriebedarf |
| 2 | Schlauchschellen für 18 mm Durchmesser | Technischer Industriebdarf |
| 12 | Kabelbinder für 6 mm Durchmesser | Elektronik-Fachgeschäft |
| 10 cm | Alu-Rundmaterial 34 mm Durchmesser | NE-Metall-Handel |
| 15 cm | Alu-Rundmaterial 10 mm Durchmesser | NE-Metall-Handel |
| 6 | 0-Ringe 6 × 2 mm, VITON-Qualität | Technischer Industriebedarf |
| 3 | 0-Ringe 25 × 3 mm, VITON-Qualität | Technischer Industriebedarf |
Der Öl-Einfüllstutzen ist verschraubbar. Darunter befindet sich ein Ausdehnungsgefäß, das etwa 10 % des gesamten Ölvolumens groß sein sollte. Diese beträgt bei Verfasser rund 180 cm3, so daß ein Ausdehnungsgefäß mit etwa 20 cm3 Volumen ausreicht.
3. Abschließende Bemerkungen
Besondere Sorgfalt ist beim Füllen angebracht: Es darf keine Luft in den Leitungen verbleiben, da sonst die Pumpe Luft ansaugen könnte und damit der Kühlkreislauf unterbrochen wird.
Zur Sicherheit habe ich eine kleine Schutzschaltung eingebaut, die aus Temperaturfühlern an den Röhren und einem Operationsverstärker besteht. Bei Erreichen der eingestellten Temperaturgrenze von ca. 100 °C wird die Vorheiz-Zeitschaltung getriggert und so die Anodenspannung unterbrochen.
Bei mir werden eine Treiber- und zwei Endröhren gemeinsam gekühlt. Dabei fällt eine Anodenverlustleistung von rund 250 W an. Nach 1 Minute Dauerträger erreicht die Temperatur an den Kühlköpfen etwa 80 °C. Für Dauer- oder Contest-Betrieb sollte man einen "Flüsterlüfter" über den Radiator blasen lassen.
Sollte einmal ein Leck auftreten, so läßt sich ausgelaufenes Öl leicht mit etwas Spiritus wieder entfernen.
Abschließend möchte ich mich bei Alwin Kratz, DL6FBT, herzlich bedanken, ohne dessen Hilfe und Ideen dieses Projekt sicher nicht möglich gewesen wäre.
OF9ZT, Franz R. Rathenow.