Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wärmeableitung bei Vakuumröhren


von Tester (Gast)


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hallo und guten Morgen,

ich bin dabei ein Gehäuse für eine Schaltung mit 10 Röhren zu 
konzipieren.
hierfür können die Röhren nicht (wir oft z.B. bei Verstärkern gesehen) 
senkrecht oben auf dem Gehäuse stehen.
Sie sollen im Gehäuse "verschwinden" und das Gehäuse möglichst flach 
werden.

Bisher ist vorgesehen, die Röhren alle neben einander liegend zu 
platzieren und in Boden und Decke des Gehäuses (auf die Fläche die die 
Röhren einnehmen) Lüftungsschlitze einzubringen.
Eine Zwangbelüftung mittels Lüfter ist nicht möglich.

Bei Recherchen bin ich auf keine Thematik gestoßen welche die 
Wärmeableitung bei Vakuumröhren behandelt.

ist meine bisherige Lösung ausreichend? Auf was muß ich achten?
Gibt es dafür Berechnungsgrundlage oder reicht eine "PI x Daumen" 
Abschätzung aus?


Kann mir jemand helfen

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

Du hast vergesssen zu erwähnen, von welchen Rröhrn und Verlustleistungen 
die Rede ist.
Zzwischen 10x ECC83 und 10x EL34 gibt es da doch einen Unterschied...

Gruß aus Berlin
Michael

von Tubes (Gast)


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Hallo,

um welche Röhren handelt es sich den, sind diese überhaupt geeignet in 
jeder Lage betrieben zu werden ?
Wenn es sich um Leistungsröhren handelt bedenke bitte auch die Wärme die 
alleine schon durch die Heizungen ensteht, andere Bauteile werden damit 
auch belastet.
Auch wenn es jetzt evtl. arrogant klingt : Schonmal überlegt warum in 
allen (mir) bekannten Leistungsverstärkern mit Röhren (egal ob NF  oder 
HF) die Röhren immer Senkrecht eingebaut sind und bei "richtig" Leistung 
(500W aufwärts) aufwendige Kühlkonzepte zum teil sogar mit Kaminen und 
Luftführung angewand werden?
Wenn du mit Röhren arbeiten willst fang erst mit kleineren Projekten an, 
10 Röhren sind kein Anfängerprojekt. Auch "nur" der nachbau einer 
Schaltung mit 10 Röhren ist leider nichts für Anfänger.

mfg

   "Tubes"

von Tester (Gast)


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so, hab mal beim Kollegen nachgefragt.

- es sind 4x el84, dazu 6x ecc83

mir / uns ist schon bewußt warum die Röhren immer Senkrecht eingebaut 
sind.
Der Wunsch das die Röhren im Gehäuse "eingebaut" sind, ist nicht auf 
unserem Mist gewachsen.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Wärmetechnisch sollte man das in Griff bekommen können, freie 
Zirkulation vorausgesetzt, also darunter ausreichend Platz und kein 
Häkeldeckchen obendrauf gelegt :-)
Ich würde mir da eher mechanische Sorgen machen. Auf jeden Fall musst du 
dir was einfallen lassen, wie du die Röhren abstützt. Die normalen 
Fassungen und Röhrenpins werden das nicht aushalten.
Inwieweit auch die "Innereien" Probleme bekommen, kann ich nicht 
abschätzen. Könnte mir schon vorstellen, dass das nicht so gut ist für 
die z.T. filigranen Konstruktionen.

von Peter D. (peda)


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Tester schrieb:
> - es sind 4x el84, dazu 6x ecc83

Die EL84 dürfen nur senkrecht eingebaut werden!


Peter

von Michael_ (Gast)


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>- es sind 4x el84, dazu 6x ecc83

Das ist schon heftig!
Aber die Zeit der Röhren und der Fachleute ist vorbei. Berechnungen dazu 
wird es nicht geben.
Die Röhren selbst können sehr heiß werden. Aber das Umfeld verträgt es 
nicht so recht. Die Röhrenfassungen sollten Keramik sein.
Du mußt selbst experimentieren. Ich schätze, die Röhren setzen ca. 100W 
in Wärme um.
Röhren sind keine Halbleiter und man muß dem "Kunde" auch die Wahrheit 
sagen können.

von Erich (Gast)


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>- es sind 4x el84, dazu 6x ecc83

Eine EL84 hat schonmal 'ne Heizleistung von knapp 5 Watt.
Dazu (worst case) noch 12 Watt Anodenverlustleistung...

Waagrechte Montage wohl nur möglich, wenn umgebendes Gehäuse unten+oben 
aus Lochblech besteht. Dazu noch Haltebügel mit Federn sowie Sockel aus 
Keramik.

http://de.wikipedia.org/wiki/EL84

von Bernd W. (berndwiebus) Benutzerseite


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Hallo Tester.

> Bei Recherchen bin ich auf keine Thematik gestoßen welche die
> Wärmeableitung bei Vakuumröhren behandelt.

Die Wärmeableitung bei Röhren geschiet zu einem viel größerem Maße als 
bei Halbleitern durch Wärmestrahlung.

Grund: Anoden werden können viel heißer werden als die Oberflächen von
Transistorgehäusen.

Auch davon bleibt zwar einiges im Röhrenkolben stecken, aber auch der 
kann Temperaturen erreichen, bei dem ein Halbleiter schon lange defekt 
ist.

Auch die Konvektion und die Wärmeleitung wird durch das höhere 
Temperaturgefälle intensiver.

Im Gegenzug gilt:
1) Egal auf welche Tour, letzlich muss die Wärme aus dem Gehäuse raus, 
und nicht nur von der Röhre runter.
2) Eine Röhre kann auch ihre Nachbarschaft deutlich höher aufheizen als 
ein Transistor.
3) Oft langt aber ein Blech, um ein benachbartes Bauteil vor zu hoher
Wärmestrahlung zu schützen (Schattenwurf)
4) Photometrische Messungen sind durchaus geeignet, um Betriebszustände 
von Röhren zu erfassen. ;-)

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

http://www.dl0dg.de



>
> ist meine bisherige Lösung ausreichend? Auf was muß ich achten?
> Gibt es dafür Berechnungsgrundlage oder reicht eine "PI x Daumen"
> Abschätzung aus?
>
>
> Kann mir jemand helfen

von Tester (Gast)


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Häkeldeckchen obendrauf, grins, das ist gut;

mal im Ernst:
Wir konnten die eigentliche Vorstellung eines 19 Zoll Einschubes mit 3-4 
HE schon in ein Einzelstandgerät mit großen Füßen ändern.

Für den mechanischen Aufbau ist geplant, dass der Bereich wo die Röhren 
sitzen durch metalltrennwände vom den restlichen "Innereien" getrennt 
werden.
Die Röhren sollten zusätzlich so befestigt werden:

http://www.tube-town.net/ttstore/product_info.php/info/p1425_Roehren-Schutzkaefig---Chrom.html

(das ist nur ein beispiel)

Eine weitere Überlegung ist, jeder Röhre eine Hülse zu verpassen,um sie 
zu stützen.
Um jede Hülse kommt eine Art Kühlstern oder mehrere Kühlsterne um die 
Fläche zu vergrößern.

prinzipiell so etwas:

http://pics.ricardostatic.ch/2_634584938_450/elektronik/kuehlkoerper-kuehlstern-to-99-gehaeuse-bei-transistor-ic-2-stueck.jpg

Wobei dies wider probleme in der Luftzirkulation machen könnte

von Rufus Τ. F. (rufus) Benutzerseite


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Du solltest Deinem Auftraggeber klar sagen, daß seine Designvorgabe 
nicht umsetzbar ist. Wenn er Röhren will, muss er sie artgerecht 
betreiben, alles andere ist Unfug.

von Tierpfleger (Gast)


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Wenn schon das Wort
"artgerecht"
fällt, dann kann auch, statt Unfug, von Tierquälerei gesprochen werden.

von Erich (Gast)


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Hier ist die ultimative Lösung
    http://www.realhamradio.com/liquid-cooling.htm

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Bernd Wiebus schrieb:
> Die Wärmeableitung bei Röhren geschiet zu einem viel größerem Maße als
> bei Halbleitern durch Wärmestrahlung.
>
> Grund: Anoden werden können viel heißer werden als die Oberflächen von
> Transistorgehäusen.

Zweiter Grund: Vakuum ist ein ziemlich schlechter Wärmeleiter. ;-)
Alles, was nicht über die paar dürren Stahldrähte in den Sockel
abgeführt werden kann, muss also letztlich abgestrahlt werden,
denn in der Röhre gibt es weder Konvektion noch normale Wärmeleitung.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Tester schrieb:
> Wir konnten die eigentliche Vorstellung eines 19 Zoll Einschubes mit 3-4
> HE schon in ein Einzelstandgerät mit großen Füßen ändern.

Naja, 4 HE sind 177 mm, da sollte man schon die Röhren stehend rein
bekommen.  Frühere Studiotechnik hat das auch in 19-Zoll-Einschüben
gemacht.

von Patrick (Gast)


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So, mal ein paar Fakten schaffen hier:

- Das Svetlana-Datenblatt gibt für die EL34 an: "Operating position: 
Any". Bei den ECC83 ist es ebenfalls egal.

- Zugleich sind auch in ernstzunehmenden Datenblättern maximale 
Oberflächentemperaturen angegeben.

- Wenn man die Röhren als Heizungen mit gegebener Heizleistung (Pf + 
max(Pa)) und maximaler Oberflächentemperatur auffasst, lässt sich die 
Wärmeverteilung im Gehäuse sicherlich prima berechnen/simulieren (z. B. 
mit FEM oder sowas). Detailkenntnisse entziehen sich mir.

- Es gibt auch durchaus Faustformeln bzw. "Designvorgaben" zur Anordnung 
der Röhren in einem Gerät.

- Es gibt durchaus noch einige Experten auf diesem Gebiet; ich bezweifle 
aber ernsthaft, dass man diese in einem Forum namens 
"mikrocontroller.net" findet.

- Es empfiehlt sich, nach Aufbau des Prototypen ein Thermogramm zu 
erstellen. Je heißer die Röhrenoberflächen, desto kürzer die Lebensdauer 
(eh klar).

- Zur Befestigung nehmen Profis sog. Retainer: 
http://www.btb-elektronik.de/de/pics/fassungen/retainer_6550.jpg Die 
haben den Vorteil, die Röhre auch wirklich fest zu halten.

- Für ECC83 etc. gibt auch Abschirmhauben: 
http://www.btb-elektronik.de/de/pics/fassungen/noval_mit_abschirmhaube.gif 
Diese dienen wie gesagt eher der Abschirmung, z. B. in 
Mikrofonverstärkern. Limitieren natürlich die Kühlwirkung, würde ich 
daher nicht in einem Gehäuse mit einer Batterie EL34 verwenden wollen.

- Mit Kühlsternen usw. immer schön vorsichtig, um den Röhrenkörper nicht 
unzulässig hohen mechanischen Spannungen auszusetzen.

von Alexander D. (alexander_d)


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Tester schrieb:

> Wir konnten die eigentliche Vorstellung eines 19 Zoll Einschubes mit 3-4
> HE schon in ein Einzelstandgerät mit großen Füßen ändern.

in einem Gehäuse mit 4HE sollte es doch möglich sein, die Röhren stehend 
einzubauen.

Gruß,
Alexander

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

Peter Dannegger schrieb:
> Tester schrieb:
>> - es sind 4x el84, dazu 6x ecc83
>
> Die EL84 dürfen nur senkrecht eingebaut werden!

Das steht wo? In meinen Datenblättern zur EL84 finde ich da keine 
Hinweise.

@Patrick (Gast): freistehen (liegend) einbauen. Abstand untereinander 
und zu Bauteilen, die wärmeempfinlich sind halten.
Die Röhren sind hauptsächlich strahlungsgekühlt, alles drumrum stört 
also mehr als es nutzt. Gegen Herausfallen gab (gibt?) es oben einen 
Blechstreifen mit 3 Löchern, einmal Mitte Pumpstutzen und 2 an den 
Enden. Für die Fassung abgewinkelte Bleche mit Löchern, die mit an die 
Fassung geschraubt wurden. Dazwischen dann Federn von oben nach unten.

Für die Vorstufenröhren gab (gibt?) es komplette Abschirmhülsen mit 
Feder und Bajonettverschluß.

Bei Kamineffekt aufpassen, daß die Füße der Leistungsröhren nicht zu gut 
gekühlt werden, das gibt Spannungsrisse im Sockelbereich und damit 
Luftzieher.

Einfach mal ein paar Bilder früher üblicher Verstärker dieser Klasse im 
Netz suchen und anschauen.

Gruß aus Berlin
Michael

von Tester (Gast)


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der Stand der Enwicklung ist, dass Gehäuse zu konzipieren ud da gehört 
es dazu sich die Kundenwünsche anzuhören.
Uns / mir ist vollkommen klar das die Vorstellungen die Röhren im 
Gehäuse unterzubringen und dazu das Gehäuse noch möglichst flach zu 
gestalten und vor erhebliche Probleme stellt was die Wärmeabfuhr 
betrifft.

Dieses Problem veranlasste mich dazu, mir hier bei microcontroller.net 
einige Meinung dazu anzuhören.

Es sollte niemals den Eindruck erwecken , Ich / Wir könnten den Kunden 
mit seinen Vorstellungen nicht in sinnvolle Bahnen lenken.

@Erich:

Woher weißt du das die EL84 eine Heizleistung von 5 Watt hat? Ich hbae 
bisher in keinen Datenblatt eine Angabe dazu gefunden.

@Michael

wie kommst du auf die Schätzung das 100 W wärme umgesetzt werden?

@Peter Dannegger

wo steht, das man die Röhre nur senkrecht betreiben darf?

---------
Bitte, das ist ernst gemeint, das ist keine Anmache, Die Informationen 
sind mir wirklich wichtig

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Tester schrieb:

> Woher weißt du das die EL84 eine Heizleistung von 5 Watt hat? Ich hbae
> bisher in keinen Datenblatt eine Angabe dazu gefunden.

http://www.drtube.com/datasheets/sv83-sed1997.pdf

760 mA Heizstrom.

> wie kommst du auf die Schätzung das 100 W wärme umgesetzt werden?

Maximal 12 W Anodenverlustleistung pro EL84, macht 48 W, dazu an die
20 W für die Heizung der EL 84.  Die ECC83 heizt mit 2 W und hat
nochmal 1 W Anodenverlustleistung, macht 6 x 3 W = 18 W.  Bist du
bei 86 W.  Der Rest sind die Verlustleistungen in den Widerständen
sowie der nicht unendlich gute Wirkungsgrad der Stromversorgung.

> wo steht, das man die Röhre nur senkrecht betreiben darf?

Im verlinkten Svetlana-Datenblatt beispielsweise: sie darf zwar in
jeder Lage eingebaut sein, aber nur senkrecht für Konvektionskühlung.
Anders gesagt: bei anderer Einbaulage ist Zwangskühlung nötig.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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6,3V und 760mA macht nun mal knapp 5W. Und diese Leistung hast du immer.
Dazu kommt noch Anodenverlustleistung, Maximalwert 12W (Gitterleistung 
kann man vernachlässigen). Wieviel es dann wirklich ist, hängt von der 
Betriebsart ab.
Also ich würde mit den 17W pro EL84 rechnen, sind dann 68W.
Dazu kommen 6x1,9W für die ECC83 und geschätzte Anodenverlustleistung 
von 0,5W/System, also nochmal 6W.
Summa summarum 86W. Insofern waren die geschätzten 100W gar nicht 
schlecht.

von Michael_ (Gast)


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Wenn du so etwas machst, dann lies bitte die Datenblätter!
>Woher weißt du das die EL84 eine Heizleistung von 5 Watt hat? Ich hbae
>bisher in keinen Datenblatt eine Angabe dazu gefunden.
>
>@Michael
>
>wie kommst du auf die Schätzung das 100 W wärme umgesetzt werden?
EL84:
0,67A x 6,3V= 4,79W
Anodenverlustleistung ca. 10W
Ecc83:
0,3A x 6,3V = 1,9W

von Michael_ (Gast)


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Mach doch mal einen Gehäusetest. Dazu baust du irgendeine Leiterplatte 
in dein Gehäuse und dazu eine 100W Glühbirne (pfui) und läßt das mal 24 
h laufen.

von Michael_ (Gast)


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Achso, bei der EL84 kommen noch 3W für die Schirmgitterverlustleistung 
dazu.

von Soherum (Gast)


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Ich habe darauf gewartet, dass Michael_ seinen Zahlendreher berichtigt.

von Michael_ (Gast)


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Das Ergebnis zählt!

von Tester (Gast)


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erstmal vielen dank für die Infos.
ich werde euch auf den laufenden halten

mfg

von Harald Wilhelms (Gast)


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Tester schrieb:
> Häkeldeckchen obendrauf, grins, das ist gut;
Ja, das war eine durchaus häufige Fehlerursache bei alten
Röhrenfernsehern.
Gruss
Harald

von Harald Wilhelms (Gast)


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Tierpfleger schrieb:
> Wenn schon das Wort
> "artgerecht"
> fällt, dann kann auch, statt Unfug, von Tierquälerei gesprochen werden.

Naja, immerhin handelt es sich hier um eine aussterbende Spezie!
:-)
Gruss
Harald

von Greenpeace ;-) (Gast)


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Hi,

aber in gegensatz zum manch wesentlich jüngeren IC's immer noch recht 
einfach zu beschaffen, selbst die ganz frühen RE Typen sind mit etwas 
Elan und Geduld noch aufzutreiben, bzw. werden wenn es sich um "Simpele" 
Trioden handelt sogar "Semiprofessionel" und Amateuern (im wahrsten 
Wortsinn - seht mal bei Wikipedia nach was Amateur bedeutet) 
hergestellt.
So und nun Versucht mal ein etwas spezielleres IC aus den 60 bis mitte 
80 Jahren aufzutreiben, womöglich noch in einer Technik die heute nicht 
mehr angewendet wird, das wird sehr schwierig.

mfg

     "Greenpeace ;-)

von Tierpfleger (Gast)


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Braucht einer ´nen TAA 131 für das Hörgerät seines Hundes?

von Michael_ (Gast)


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>erstmal vielen dank für die Infos.
>ich werde euch auf den laufenden halten
Ich denke, das thermische Problem ist noch das kleinere Übel. Ich sehe 
größere Probleme mit dem Brumm. Wirst noch viel Lehrgeld zahlen, da dir 
die Erfahrung fehlt.

von Purzel H. (hacky)


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Bei Null Ahnung von Roehren einem Kunden ein Angebot erteilen ... 
sportlich. Macht so keinen Sinn. Das laeuft auf
Erst sollte man ein paar Monate mit Roehren gearbeitet haben, bevor man 
sich an so ein Projekt setzt.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Oktal Oschi schrieb:
> Bei Null Ahnung von Roehren einem Kunden ein Angebot erteilen ...

Ja, und?  Du hast deine Ahnung auch nicht in die Wiege gelegt bekommen,
und an irgendeiner Stelle muss man auch als Firma die Erfahrung ja mal
sammeln.  Man wird dann einen Teil der darin zu investierenden
Arbeitszeit einfach als Aus- und Weiterbildung gedanklich verbuchen
und nicht alles dem Kunden aufbürden.  Aber das ist doch bei allem,
was man zum ersten Mal macht, der Fall.  Man muss nur aufpassen, dass
man nicht bei jedem Kunden alles zum ersten Mal macht. ;)

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Harald Wilhelms schrieb:
> Tester schrieb:
>> Häkeldeckchen obendrauf, grins, das ist gut;
> Ja, das war eine durchaus häufige Fehlerursache bei alten
> Röhrenfernsehern.

In der Tat, wobei Röhrenfernseher jedoch meist ein so großes Gehäuse 
besaßen, dass man für einen ordentlichen Wärmstau schon eher die 
Rheumadecke von Omas Kaffefahrt benötigt hätte.

Ich erinnere mich aber an meine Großtante und meinen Großonkel, die der 
festen Meinung waren, dass ihr Röhrenfernseher keine Zugluft bekommen 
dürfe, weil er sonst zu stark abkühle. Elektronik müsse eben richtig 
heiß werden, um keinen Schaden zu nehmen.

Wenn wir also damals, gerne auch mit der gesamten Verwandschaft (sprich: 
noch mehr Abwärme) vor deren Fernseher saßen, musste peinlich genau 
darauf geachtet werden, dass die Wohnzimmertüren und Fenster geschlossen 
wurden.
Ich war schon damals erstaunt darüber, dass a) wir Zuschauer, b) das 
Fernsehgerät das ganze überlebt hatten.

von Peter D. (peda)


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Michael_ schrieb:
> Ich sehe
> größere Probleme mit dem Brumm.

Da kann man viel von älteren hochwertigen Radios lernen:

Selbst 5cm kurze Kabel wurden manchmal abgeschirmt.
Zu den Potis an der Frontplatte waren die abgeschirmten Kabel sogar noch 
in einem 2.Schirmgeflecht zusammengefaßt, also doppelt geschirmt.
Das Schirme nur einseitig aufgelegt werden und Heizleitungen eng 
verdrillt, versteht sich von selbst.
Und die Masseführung darf keine Erdschleifen bilden. Es ist nicht egal, 
wo man bei einem Metallchassis was anschließt. Stahl ist hochohmig, also 
das Chassis nur an einem Punkt erden, damit kein Strom durchfließt. Und 
die Becherelkos waren isoliert montiert 
(Becher-Kontaktöse-Isolierscheibe-Chassis) und genau an dem richtigen 
Punkt mit der elektrischen Masse verbunden (dicker Silberdraht).


Peter

von Michael_ (Gast)


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von jtag (Gast)


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Hi,
die Röhren seitlich zu legen geht locker, auch die Wärmeabfuhr sollte 
kein Problem darstellen, solange du das Gehäuse so gestaltest, dass du 
einen schönen Kamineffekt bekommst. Hoch gestellt ist zwar besser, aber 
seitlich geht auch. Werden die Röhren dauerhaft zu heiß musst du mit 
Einbußen in der Lebensdauer rechnen. Durch Gegentakt AB Design bei der 
Endstufe machst du durch geringeren Ruhestrom, diese 
Lebensdauerverkürzung aber mehr als wett und hast im Endeffekt eine 
höhere Lebensdauer, als im Datenblatt angeben (diese bezieht sich auf 
Betrieb bei Nennbelastung, sprich 12W bei der EL84).


Als Vergleich kannst du dir den Verstärker hier anschauen:
http://www.tubeland.de/wet018.htm
Die dort eingesetzten PL504 verheizen noch mehr Leistung :)



Röhren strahlen den Großteil der Wärme als Infrarotstrahlung in den 
Raum, manchmal spricht man auch von Strahlungskühlung.

Grüße

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