Bereich: Technik  
     

Stahlröhren
Eine alternative zum Glas und das letzte Aufbäumen gegen den Halbleiter

Der Glaskolben war von Anfang an eine große Schwachstelle in der Röhrenkonstruktion. In den Anfangsjahren,  durch die enormen Schwierigkeiten gasdichte Drahtdurchführungen herzustellen, und später durch die mechanische Empfindlichkeit des Glaskolbens. So setzte das Glas der Röhrenkonstruktion an verschiedenen Stellen enge Grenzen, die erst mit der Entwicklung von keramischen Werkstoffen behoben werden konnten.
 Auf der Suche nach einer Alternative entstanden Anfang der 1930er Jahren in England die sogenannten Catkin-Röhren. Die Konstruktion dieser Röhren entsprach der von Senderöhren, mit einer außenliegenden Anode die gleichzeitig den Glaskolben bildet. Die Catkin-Röhren waren robust und boten eine hervorragende Wärmeableitung von der Anode.  Ein großes Problem dieser Konstruktion ist, jedoch die freiliegende Anode wodurch die Anodenspannung frei berührbar ist. Ein Umstand der den Röhren zu einem sehr schlechten Ruf bei den Technikern bescherte. In den folgenden Jahren entstanden bei Osram/Marconi verschiedene Ausführungen dieser Röhren, die sich jedoch nicht am Markt durchsetzen konnten.

Die amerikanischen Stahlröhren

Im Jahr 1935 wurden im Amerika erstmals Empfängerröhren mit einem Stahlkolben hergestellt. Der große Vorteil diese Konstruktion lag im Verzicht auf den bis dahin bei den bekannten Glasröhren gebräuchlichen Quetschfuß. Dies ermöglichte Verringerung der Zuleitungsinduktivitäten und damit wesentlich bessere Entkopplung der Systemelekroden untereinander. Außerdem brachte der Stahlkolben eine hervorragende Abschirmung, bessere Wärmeabstrahlung und mechanische Robustheit. Parallel mit dem Stahlkolben wurde auch ein neuer, 8poliger Sockel der sogenannte Oktalsockel eingeführt. Das System in den amerikanischen Stahlröhren wurde  im Gegensatz zu den späteren deutschen Stahlröhren von einem in den Glaskolben gasdicht eingeschmolzenen Pressglasteller getragen. In den folgenden Jahren wurde eine Vielzahl an Stahlröhren entwickelt, selbst eine kleine Katodenstrahlröhre, die 913, wurde in Amerika in Stahlröhrentechnik hergestellt.
Nach dem II. Weltkrieg wurden die Stahlröhren zunehmend durch identische  Glasröhren ersetzt. Dabei wurde das System der Stahlröhre einfach in einen Glaskolben eingebaut und die Typenbezeichnung durch ein angehängtes G ergänzt. So wurde beispielsweise aus der Stahlröhre 6L6 die Glasröhre 6L6G. Offenbar war die Herstellung der Glasröhren wesentlich billiger oder der Stahlröhren brachten nicht den erhofften Vorteil. Jedenfalls wurden so nahezu alle Stahlröhren in Glasröhren überführt.

Die deutschen Stahlröhren

Im Jahr 1937, also rund 2 Jahre nachdem in  Amerika die ersten Stahlröhren vorgestellt wurden, kamen auch in Deutschland Stahlröhren auf den Markt. Anders als bei den amerikanischen Stahlröhren ist das Röhrensystem bei den deutschen Stahlröhren auf einem Stahlteller montiert und liegend eingebaut. Für jede Drahtdurchführung durch den Tragteller wurde durch eine separate Glaseinschmelzung vorhanden. Dies ermöglicht eine nochmalige Verkürzung der Anschlussleitungen und eine gegenseitige Abschirmung der Anschlussdrähte bis in den Sockel. Weiterhin waren durch diesen Aufbau noch kompaktere Abmessungen und eine noch größere Robustheit möglich, die Konstruktion von Endröhren wurde jedoch erschwert. Da das ursprüngliche Konzept der deutschen Stahlröhren den Einsatz in mobilen Rundfunkempfängern und Autoradios vorsah wurde auch keine leistungsstarke Endröhre benötigt. Als Endröhre war demnach nur die sparsame Doppeltriode EDD11 vorgesehen. Mit dieser konnte ein Gegentakt-NF-Verstärker mit einer Ausgangsleistung von 5,5W realisiert werden, was mehr als ausreichend erschien. Wie bei den amerikanischen wurde auch bei den deutschen Stahlröhren parallel zur Röhre mit den deutschen Stahlröhrensockel auch ein neuer Sockel eingeführt.
Ein Jahr später wurde die Stahlröhren E-Serie in Deutschland auf den Markt gebracht. Die E-Röhrenserie war speziell für den Einsatz in Autoradios konzipiert. Hierfür waren die einzelnen Röhren so aufeinander abgestimmt, dass eine Radio-Konstruktion mit möglichst geringer Röhrenanzahl möglich war. Diese enge Abstimmung wurde auch durch die beworben Serien-Bezeichnung als Harmonische Serie unterstrichen.
Im Jahr 1938 kamen dann auch normale Radioempfänger mit Stahlröhren auf den Markt und schnell zeigte sich das sehr wohl Endröhren mit höherer Leistung benötigt werden. Um das Problem zu lösen wurden Endröhren in bewährter Glaskonstruktion hergestellt und einfach mit dem neuen Stahlröhrensockel versehen. Die deutschen Stahlröhren waren jedoch von Anfang an für den Batteriebetrieb vorgesehen und so war die Nutzung für andere Anwendungen eher schwierig.
Amerikanische Stahlröhren wurden hingegen von Anfang an auch mit indirekter Netzheizung hergestellt. Dies wurde für die deutschen Stahlröhren erst mit Einführung der U-Serie  im Jahr  1940 möglich. Leistungsstarke Endröhren, wie die amerikanische 6L6 oder Röhren für HF-Stufen mit einem Gitteranschluss oben am Kolben waren mit der deutschen Konstruktion nicht möglich. Andererseits bot der deutsche Stahlröhrensockel mit bis zu 10 Kontakten, 2 Kontakte mehr als der amerikanische Oktalsockel und die Konstruktion war durch den Verzicht auf den Pressglasteller robuster.
Bei allen konstruktiven Einschränkungen waren die deutschen Stahlröhren, Röhren die hinsichtlich ihrer Lebensdauer und Robustheit für die Ewigkeit konzipiert wurden. Dies forderte jedoch auch einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand.
Nach dem II. Weltkrieg wurde die Konstruktion der deutschen Stahlröhren in der DDR in Glaskolbentechnik überführt. Wie bei den amerikanischen Stahlröhren wurde auch bei den in der DDR hergestellten Glas-Röhren der Typenbezeichnung einfach der Buchstabe G angefügt. Die Gründe für den Glaskolben waren wohl die Gleichen wie in Amerika.
Im Westen des geteilten Deutschlands wurden die Stahlröhren noch bis 1948 hergestellt, danach ging man schrittweise zu einer Glaskonstruktion über. So wurde die Stahltragplatte durch einen Pressglasteller ersetzt, ähnlich wie bei den amerikanischen Stahlröhren. Ab 1950 wurden die Stahlröhren dann vollständig aus Glas hergestellt.

Nuvistoren

Durch die Erfindung des Halbleitertransistors im Ende der 1940er Jahre und seinen nachfolgenden Siegeszug, wurden die Röhren vielfach, sehr schnell durch Halbleiter verdrängt. Ende der 1950er Jahre hatte der Halbleitertransistor in allen Bereichen der Elektronik Einzug gehalten und das Ende der Röhrenära bereits absehbar. Mit dem Transistor hatte sich auch der Aufbau der Geräte grundlegend verändert. Der Transistor waren kleiner als die zu dieser Zeit gebräuchlichen Röhren und wurde direkt in die Schaltung gelötet. Damit waren wesentlich kompaktere Geräte möglich und auch der von den Röhren bekannte Stecksockel wurde nicht mehr benötigt.
In einem letzten Versuch die Röhre ins Halbleiterzeitalter zu retten entwickelte die amerikanische RCA einen völlig neuen Röhrentyp, den sognannten Nuvistor. Die Bezeichnung "Nuvistor" geht wahrscheinlich auf die Wortschöpfung: "Nueva vista" (Neue Sicht) zurück und sollte die neuartige Konstruktionsweise verdeutlichen. Der Nuvistor hatte die Baugröße und das Aussehen eines zu dieser Zeit üblichen Transistors, war ohne Glas und Glimmer hergestellt und war dennoch eine Röhre und wurde in einem Stecksockel montiert.
Basierend auf der Nuvistorkonstruktion wurde in Deutschland bei Siemens auch eine sehr kleine Scheibentriode, mit der Bezeichnung EC1010 entwickelt. Obwohl es sich hierbei um keinen echten Nuvistor handelt, wird diese in Datenbüchern häufig den Nuvistoren zugeordnet. Ausser in Amerika und Deutschland wurden in der damaligen Sowjetunion und in Japan Nuvistoren hergestellt. In der Sowjetunion wurden Nuvistoren, auf Grund ihrer Beständigkeit gegen elektromagnetische Impulse, vor allem im militärischen Flugzeugbau eingesetzt. Anstatt des Stecksockels hatten die Nuvistoren lange Drahtanschlüsse, mit denen sie direkt in Schaltung gelötet wurden. Dies ermöglichte eine weitere Reduzierung der Anschlusskapazitäten, des Gewichts und auch die Vibrationsfestigkeit konnte durch den Verzicht auf den Stecksockel erhöht werden. Neben der Luftfahrt fanden Nuvistoren in der Sowjetunion in verschiedenen kommerziellen Anwendungen wie Messgeräten eingesetzt.
Zur Zeit des kalten Kriegs waren die Nuvistoren die einzigen verfügbaren Verstärkerbauteile für den militärischen Bereich die dem elektromagnetischen Impuls einer atomaren Explosion widerstehen konnten. Die Sowjetunion setzte bis in die 1980er Jahre Nuvistoren im militärischen Flugzeugbau eingesetzt.
Im zivilen Bereich stellen die Nuvistoren das letzte Aufbäumen der Röhrentechnik gegen den Halbleiter dar. Das wohl letzte Einsatzgebiet von Nuvistoren war in den Vorstufen hochwertiger, röhrenbestückter HiFi-Verstärker in den 1990er Jahren.