Bereich I: Glaselektrolyse
     
   

Glaselektrolyse
In vielen Röhren, speziell wenn diese mit hohen Anodenspannungen betrieben werden, bilden sich nach einer gewissen Betriebsdauer charakteristische braune bis bläulich-schwarze Schlieren in der Glaswandung.
Die Schlieren entstehen durch eine elektrolytische Zerlegung der Innwand des Glaskolbens. Kolbengläser für Röhren bestehen zum Großteil aus Siliziumdioxid, Alkalioxiden und bis zu 30 % Bleioxid, sowie weiteren Zusätzen in geringen Mengen. Der hohe Anteil von Bleioxid wird dazu benutzt, die im Betrieb mit hohen Spannungen entstehende Röntgenstrahlung abzuschirmen. Die Bildung der Schlieren beruht auf dem gleichen Effekt, wie die Bildung von Bleibäumen in den Pressglasfüßen.

Die Glaselektrolyse wird durch das Auftreffen schneller Elektronen auf die innere Glaswand hervorgerufen.
Schnelle Elektronen treten zwar auch bei geringeren Spannungen auf, da deren Anzahl jedoch viel geringer ist, dauert der Vorgang wesentlich länger und liegt üblicherweise weit über der Lebensdauer der Röhre. Sekundärelektronen spielen für die Glaselektrolyse auf Grund ihrer langsamen Geschwindigkeit, keine Rolle.
Bei bestimmten Systemanordnungen kann ein Teil der schnellen Elektronen an der Anode vorbei bzw. durch bautechnisch bedingte Öffnungen in der Anode fliegen und mit hoher Geschwindigkeit auf die Glaswand treffen. Da die Glaswand ein schlechter Leiter ist, sammelt sich an dieser Stelle eine starke negative Ladung.
Die Ladung verbleibt jedoch nicht an der Auftreffstelle, sondern versucht trotz der schlechten Leitfähigkeit abzufließen bzw. sich abzubauen. Auf Grund des hohen Widerstands, und da ständig neue Elektronen nachkommen, können die Ladungsträger nicht schnell genug abfliesen und ein vollständiges Abwandern der Ladung ist nicht möglich.
Innerhalb der Glaswand baut sich eine hohe elektrische Spannung auf, die dieses elektrolytisch zerlegt. Dabei entsteht metallisches Blei, welches sich in kristalliner Form an der Glasoberfläche abscheidet. Der entstehende Sauerstoff, der nicht in der Glaswand verbleibt, wird durch Oxydation innerhalb der Röhre gebunden.
Bei flachem Auftreffwinkel der Elektronen auf dem Glaskolben gibt es fächerförmige, von der Katode weggerichtete Braunfärbungen. Ein senkrechter Aufprall erzeugt kräftig dunkle Streifen. Die Verfärbungen bzw. Ablagerungen stellen ein Abbild der Ladungsverteilung bzw. -wanderung im Kolbeninneren dar. Wo die Kanten der Glimmerscheiben an die Kolbenwand stoßen, sind oft sehr starke, elektrolytische Erscheinungen zu beobachten. Die schnellen Elektronen die auf die Glimmerscheibe treffen, verdrängen sich gegenseitig und wandern nach außen ab.
So ist an den Aussenkanten ein ständiger Nachschub von Elektronen vorhanden und die Kantenbereich zeichnen sich auch in der Glaswand ab.

Die Bleiabscheidungen an der Kolbenwand sind weniger kritisch und verändern die Betriebsfähigkeit der Röhre nur unwesentlich. Bis die Glaswand soweit zersetzt ist, dass sie instabil wird, ist die normale Lebensdauer einer Röhre mehrfach überschritten.
Bleiabscheidungen innerhalb der Quetschfüße oder Pressteller haben weitaus negativere Auswirkungen. Durch die partielle chemische Veränderung des Glases entstehen im Bereich der Elekrodendurchführungen Zonen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungen. Diese verursachen Spannungen im Glaskolben, welche in Verbindung mit der thermischen Belastung bis zur Rissbildung führen können.
Eine Reduzierung des Isolationswiderstand zwischen einzelnen Drahtzuführungen durch die Bleibäume wird relativ selten beobachtet.
Bei aktuellen Röhren wird die Glaselektrolyse wegen des Einsatzes neuer Glassorten weitgehend unterbunden.




In den 30er- und 40er-Jahren war die Glaselektrolyse weitgehend unbekannt. Viele größere Röhren wurden zur Vermeidung einer statischen Aufladung der Kolbenwand der Kolbeninnenseite mit Graphit beschichtet. Ohne die Graphitbeschichtung war die statische Aufladung so stark gewesen, dass der Elektronenflug innerhalb des Systems unkontrollierbar beeinflusst wurde.

Als die Röhren in den Abmessungen immer weiter verkleinert wurden, war die Graphitschicht aus elektrostatischen Gründen zwar nicht mehr zwingend notwendig. Da andererseits die Anodenspannungen immer weiter erhöht wurden, blieb das Problem der Glaselektrolyse bestehen.
Mit der Einführung des Farbfernsehens verdreifachten sich die Anodenspannungen der Bildröhren im Vergleich zu den bisher gebräuchlichen monochromen Typen. Die Röhren aus den Hochspannungsnetzsteilen dieser Geräte zeigten bereits nach kurzer Einsatzdauer das Einsetzten der Glaselektrolyse.
Durch Einsatz der Halbleitertechnik in dem Hochspannnungsnetzteilen wurde eine Lösung für die wachsenden Probleme der Glaselektrolyse nicht mehr benötigt.