Chronik der Elektrotechnik

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Elektronenröhren

Autor(en):
Norbert Gilson

Hochvakuum-Röhre, 1920er Jahre - aus: Fürst, Artur: Das Weltreich der Technik, Bd. 1 Telegraphie und Telephonie, Berlin 1923, S. 268, Abb. 486

Die Verwendung der seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannten, zunächst als "Kathodenstrahlröhren" bezeichneten, Elektronenröhren blieb bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts auf wissenschaftliche Anwendungen beschränkt. Im Zusammenhang mit der aufstrebenden Funktechnik wurden in Deutschland, England und den USA fast gleichzeitig mehrere Erfindungen gemacht, durch die die Elektronenröhre als Detektor, Verstärker und Schwingungserzeuger nutzbar gemacht wurde. Die stürmische Entwicklung in der Funktechnik, vor allem auch des Rundfunks, brachte in den 1920er Jahren eine unüberschaubare Vielzahl unterschiedlichster Typen von Elektronenröhren für Sender und Empfangsverstärker hervor. Auch die ersten großen elektronischen Rechenanlagen fußten noch bis zum Beginn der 1950er Jahren auf der Röhrentechnologie.
Mit den Fortschritten in der Funktechnik und der Erschließung neuer Anwendungsfelder, z.B. beim Radar, war ein neuer Typus von Elektronenröhre gefragt. Die Ausnutzung der Wechselwirkung der Elektronenströme in der Röhre mit elektrischen und magnetischen Feldern führte zur Erfindung der Laufzeitröhren, die seit Mitte der 1930er Jahre zur technischen Reife entwickelt wurden und anschließend eine vehemente Entwicklung erlebten.
Seit der Erfindung des Transistors und dem Aufstieg der Halbleiter-Elektronik befindet sich die Röhrentechnologie auf dem Rückzug und kann bei den meisten Anwendungen mit vergleichbaren Halbleiter-Lösungen nicht mehr konkurrieren. Im Bereich der Nachrichtensatelliten-Systeme, in der Radartechnik sowie in der Hochenergie- und Plasmaphysik hat die Elektronenröhre in Form der Wanderfeldröhre jedoch weiterhin eine wichtige Bedeutung.

Chronik:

1858	Geißler-Röhre: von H. Geißler für J. Plücker angefertigte mit verdünnten Gasen gefüllte Glasröhren zur Untersuchung von Glimmentladungen und Gasspektren; bei seinen Versuchen entdeckt Plücker die durch Kathodenstrahlen erregte Fluoreszenz /Bh/
1869	J.W. Hittorf berichtet über die magnetische Ablenkbarkeit der Kathodenstrahlen /Jäger, 176/
1876	E. Goldstein: Nachweis der elektrischen Ablenkbarkeit der (von ihm so genannten) Kathodenstrahlen /Bh/
1879	Crookessche Röhre: Gasentladungsröhre, mit der Sir W. Crookes die wesentlichen Eigenschaften der Kathodenstrahlen entdeckt /Bh/
1883	Th.A. Edison entdeckt Elektronenemission am glühenden Kohlefaden im Vakuum (Edison-Effekt), Voraussetzung der Entwicklung der Elektronenröhre mit Glühkathode
1886	E. Goldstein entdeckt bei Röhrenexperimenten die Kanalstrahlen (Strahlen positiv geladener Ionen) /Bh/
1897	Sir J.J. Thomson führt die Bezeichnung "Elektron" ein, klärt die Natur der Kathodenstrahlen als Ströme freier Elektronen auf und bestimmt die elektrische und magnetische Ablenkung derKathodenstrahlen /Bh/
1897	K.F. Braun stellt die Kathodenstrahlröhre (Braunsche Röhre) erstmals der Öffentlichkeit vor; Voraussetzung von Oszilloskop, Abstimmanzeige (Magisches Auge), Fernsehbildröhre und Computerbildschirmen /Jäger/
1901	Sir O. W. Richardson formuliert Theorie der Elektronenemission aus glühenden Leitern (Exponentialgesetz) /Jäger, 91; Kaiser, GdtIza, 117/
1902	G. E. Leithäuser promoviert mit einer Untersuchung über den Geschwindigkeitsverlust von Kathodenstrahlen in Metallen /Jäger, 229/
1902	P. Cooper-Hewitt meldet seine 1901 erfundene Quecksilberdampf-Lampe zum Patent als Gleichrichter für Wechselstrom an /Jäger, 172f.; Kloss, 137/
1903	A.R.B. Wehnelt verwendet zylindrische Elektrode (Wehnelt-Zylinder) zur Fokussierung eines aus einer Glühkathode austretenden Elektronenstrahls /Jäger/
1903	Ph. Lenard verwendet ein Maschengitter zur Steuerung der Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen in Elektronenröhren /Bh; Pitsch, 218/
1903	Wehnelt führt Untersuchungen zur Elektronenemission an glühenden Drähten durch, unabhängig von Richardson /Jäger/
1903	Wehnelt entdeckt hohe Elektronenemission bei Metalloxid-Kathoden, speziell der Erdalkalimetalle, bei geringen Beschleunigungsspannungen und niedriger Temperatur (ermöglicht später die Hochvakuum-Röhre ohne Reste von Quecksilberdampf, aus dem bis dahin die Elektronen durch Stoßionisation gewonnen wurden) /Jäger; Pichler, 30/
1904	Sir J.A. Fleming meldet britisches Patent (16. November) auf eine Diodenröhre mit geheizter Kathode zur Gleichrichtung hochfrequenter Wechselströme an, die als Indikator für gedämpfte elektrische Wellen dient /Jäger; Döring 1955/56, 175/
1906	R. von Lieben erhält Patent (am 4. März als DRP 179 807 erteilt) auf ein als Verstärker gedachtes "Kathodenstrahlrelais" (magnetische Steuerung der Kathodenstrahlen)
1906	L. de Forest meldet die von ihm so genannte "Audion"-Röhre, eine mit Gitter versehene Diode (Triode) als verbesserte Glühkathoden-Gleichrichterröhre zum Patent (späteres US-Patent 841 387) an (25. Oktober) /Jäger, 91; Döring, 7; Gööck, 192/
1907	L. de Forest beschreibt in der Audionschaltung (Patentanmeldung vom 29. Januar, später US-Pat. 879532) Verwendung einer Audion-Röhre zur Verstärkung hochfrequenter Schwingungen /nach Braun, kaiser: Triode erst 1907, Döring 1906!) /153/
1910	R. v. Lieben entwickelt in Zusammenarbeit mit E. Reiß und S. Strauß gittergesteuerte Verstärkerröhre mit Gitter aus perforiertem Metallblech zwischen Kathode und Anode als Hilfselektrode an konstanter, aber einstellbarer Spannung, als "Lieben-Röhre" bezeichnet (Anmeldung Zusatzpatent zum Patent von 1906 am 19. Dezember 1910, später erteilt als DRP 249 142) /Döring, 7/
1911	O. von Bronk führt in Berlin Telefonverstärker mit Lieben-Röhre vor /Jäger, 61/
1911	Patent für O. von Bronk (DRP 271 059 vom 3. September 1911) über eine "Empfangseinrichtung für drahtlose Telegraphie" auf der Basis der Lieben-Röhre /Jäger, 61/
1912	Gründung des "Lieben-Konsortiums" (19. Februar) zur Verwertung der Patente von Liebens unter Beteiligung von AEG, Felten & Guilleaume, Siemens & Halske und Telefunken /Kaiser, GdTiIza, 120f./
1913	A. Meißner gibt Rückkopplungsschaltung an, mit der eine Lieben-Röhre als Hochfrequenzgenerator einsetzbar ist (Meißner-Schaltung); erstmals ist die Erzeugung ungedämpfter Schwingungen in Röhrensendern möglich; fast gleichzeitig, aber unabhängig von Meißner setzen E. H. Armstrong und L. de Forest in USA sowie H. J. Round und Ch. S. Franklin in England Rückkopplungseffekt bei Elektronenröhren ein /Jäger, 248; Döring, 8/
1913	US-Patent (29. Oktober) über Einsatz der Elektronenröhre als Schwingungserzeuger für E. H. Armstrong /Jäger, 22/
1913	I. Langmuir führt Raumladegitter zwischen Kathode und Steuergitter ein /Kaiser, GdtiIza, 119/
1913	I. Langmuir erhält US-Patent auf eine Hochvakuum-Verstärkerröhre (Oktober 1913, US-Patent 1 558 436), hergestellt unter Verwendung einer Quecksilber-Hochvakuumpumpe /Kaiser, GdTiIza, 119: Gööck, 194; Pitsch, 219/
1915	W. Schottky (Siemens & Halske) entdeckt, unabhängig von I. Langmuir, dass in Elektronenröhren der Strom nicht linear mit der Spannung steigt /Jäger, 338/
1915	Diffusions-Hochvakuumpumpe von W. Gaede ermöglicht verbessertes Vakuum bei Hochvakuumröhren /Kaiser, GdTiIza, 119/
1915	W. Schottky entwickelt, unabhängig von I. Langmuir, eine Triode mit zusätzlichem Gitter als Raumladegitterröhre (DRP 310 605); durch Verringerung der Anodenrückwirkung wesentliche Erhöhung der Verstärkung /Döring, 8; Kaiser GdTiIza, 119; Gööck, 198/
1916	W. Schottky erhält Patent (31. Mai) auf eine weitere Röhre mit viertem Gitter als Schutznetz-Röhre (DRP 300 617) /Döring, 8; Kaiser GdTiIza, 119; Gööck, 198/
1916	W. C. White erreicht mit einem Rückkopplungssender mit einseitig kurzgeschlossener Paralleldrahtleitung als Schwingkreis Hochfrequenzleistung von 10 W bei 6 m Wellenlänge; erstmals organische Vereinigung von Schwingkreis und Röhre /Döring, 1955/56, 178/
1917	I. Langmuir konstruiert ein Thyratron (Kippschwingröhre), eine Gasentladungsröhre mit Steuergitter, die durch eine Spannung am Steuergitter gezündet werden kann /Gööck, 194/
1918	H. Rukop bei Telefunken stellt die erste wassergekühlte Senderöhre vor (7. September) /Jäger, 325f./
1919	W.G. Housekeeper lässt sich Technik patentieren, Leitungen aus unedlem Metall in das Glas der Röhren einzuschmelzen (Glasmetallröhren) /Gööck, 198/
1920	G.H. Barkhausen und K. Kurz erzeugen Dezimeterschwingungen in einer Triode mit positiv vorgespanntem Gitter (Bremsfeldröhre, erste Laufzeitröhre) /Döring, 9/
1923	Eröffnung des "Unterhaltungsrundfunks" in Berlin (Oktober) eröffnet Aufschwung für Produktion von Röhren zum Einsatz in Röhrenempfängern /Petzold, 346/
1924	E. Habann konstruiert aufgrund der Vorarbeiten von A. W. Hull (1921) das Magnetron zur Erzeugung von Hochfrequenzschwingungen, damals für Wellenlängen < 1 m (Typ der "Kreuzfeldröhre", in der sich die Elektronen unter Einfluss von gekreuzten elektrischen und magnetischen Gleichfeldern bewegen) /Döring, 1955/56, 178/
1926	H.J. Round entwickelt aufgrund der Vorarbeiten von W. Schottky (siehe 1915/16) die Schirmgitterröhre (Tetrode) zur Praxisreife /Gööck, 198/
1926	M.v. Ardenne konstruiert einen kleinen Widerstandsverstärker mit drei Trioden und dazu gehörigen passiven Bauelementen (Grundlage für die Idee, den Großteil eines Radioempfängers in einem Glaskolben unterzubringen); wird verwirklicht bei der "Loewe-Dreifachröhre", von der die Orthophon Apparatebau GmbH (B. Loewe) etwa 1 Million Stück baut
1926	Einführung des "Bremsgitters" in Verstärkerröhren (Pentode) zur Unterbindung des störenden Einflusses von Sekundärelektronen durch B. D. H. Tellegen und G. Holst (Labor der Philips Gloeilampenfabrieken, Eindhoven); fast gleichzeitig von G. Jobst (Telefunken) angegeben /Döring, 8; Gööck, 198; Telefunken, 133/
1929	Konstruktion des Magnetrons mit geschlitzter Anode durch K. Okabe an der Universität von Sendai (Japan) /Gööck, 205f./
1931	Röhren mit indirekt geheizter Kathode erlauben Anschluss röhrenbestückter Geräte an das öffentliche Stromnetz
1931	Jahresproduktion von Elektronenröhren in Deutschland beträgt fast 5,9 Millionen Stück (gegenüber etwa 102.000 im Jahre 1923) /Petzold, 347/
1932	K. Steimel gibt Einsatz der Hexode (mit zweitem Schirmgitter zwischen Anode und Bremsgitter) zur Frequenzmischung an /Döring, 8/
1932	Telefunken entwickelt erstmals eine wassergekühlte Senderöhre mit der Rekordleistung von 300 kW für den Einsatz in Großsendern /Döring (1983), 646/
1933	J. Slepian (Westinghouse Electric) stellt das Ignitron (einanodiges-Quecksilberdampfventil mit in jeder Periode erneuter Zündung des Lichtbogens) vor /Kloss, 191/
1933	seit 1933 neben Hexoden Entwicklung von Heptoden, Oktoden und Pentagrid-Konvertern (Verbundröhren) als Empfängerröhren, die neben der Frequenz-Mischung zusätzlich Verstärkung erlaubten; Grundlage für die Konstruktion des "Überlagerungsempfängers" /Döring, 8/
1935	Die Brüder A. und O. Heil beschreiben den "Heil'schen Generator" und formulieren das Prinzip einer Klystron-Röhre (zu deutsch: "Triftröhre") zur Erzeugung von Hochfrequenzen mittels Verwandlung eines geschwindigkeitsmodulierten in einen dichtemodulierten Elektronenstrom /Gööck, 201/
1936	Super-Ikonoskop, als Fernseh-Aufnahmeröhre gebaut von den Werkstätten Dr. Heimann (Berlin); Einsatz in den bei den Olympischen Spielen 1936 verwendeten Fernsehkameras
1937	Entwicklung von Stahlröhren mit liegendem System (Stahlkolben als Vakuumbehälter und Abschirmung) bei Telefunken /Telefunken, 133/
1937	Zur Bereinigung der Typenvielfalt bei Telefunken Einführung der "Harmonischen Serie" aus jeweils zwei Stahl- und Glasröhren-Typen für Auto- und Wechselstromempfänger /Telefunken, 134/
1939	Entwicklung der weltweit ersten bewehrten, d.h. implosionsgeschützten Rechteckbildröhre für Fernseheinheitsempfang bei Telefunken /Telefunken, 137/
1939	Entwicklung des Klystrons durch die Brüder S. F. und R. H. Varian an der Stanford-University; wichtige Arbeiten dazu steuern auch die Amerikaner W. C. Hahn und G. F. Metcalf bei /Döring, 9; Döring, 85; Döring 1955/56, 180f.; Gööck, 202/
1939	Beschreibung der Theorie des Zweikammerklystrons durch D. L. Webster; Mehrkammerklystrons erhalten später als Verstärker zur Erzeugung hoher Leistungen in Fernsehsendern, in der Radartechnik, zum Betrieb von Teilchenbeschleunigern oder zum Aufheizen von Plasmen große Bedeutung /Döring 1988, 94/
1939	Sperr-Röhren ("Nulloden") zur Verwendung in Radar-Geräten, um während der Abgabe des Sendeimpulses über die Antenne den mit dieser ebenfalls verbundenen Empfänger-Eingang zu sperren
1940	Entwicklung des Hohlraum-Magnetrons mit als Verzögerungsleitung ausgebildeter Anode durch J. T. Randall und H. A. H. Boot an der Universität von Birmingham; dadurch im Impulsbetrieb Mikrowellen-Leistungen (3 GHz) im Megawatt-Bereich; wurde zur Grundlage der englischen Radarentwicklung im Zweiten Weltkrieg /Döring, 10/
1942	Scheibentriode (mit scheibenförmig aus dem Innern der Röhre nach außen geführten Elektroden mit direktem Anschluss an die Resonanzleitungen) für Mikrowellenerzeugung (? ˜ 10 cm) /Döring 1955/56, 179/
1944	Bekanntgabe der Entwicklung des Excitrons (einanodiger Quecksilberdampfgleichrichter mit Dauer-Hilfslichtbogen) durch H. Winograd /Kloss, 195/
1946	Wanderfeldröhre (Mikrowellenröhre mit Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und fortschreitenden Feldern) nach der Idee von R. Kompfner (1943) von ihm zusammen mit J. R. Pierce bei den Bell Laboratories entwickelt; Wanderfeldröhren wurden zum wichtigen Bestandteil von Nachrichtensatelliten-Systemen und finden hier weiterhin Einsatz /Döring, 10; Döring 1955/56, 181f./
1947	J.R. Pierce beschreibt das Reflexklystron (mit nur einem Resonator), das als Überlagerungsoszillator und Mess-Senderöhre Einsatz findet /Döring 1988, 88/
1948	seit 1948 Moderne Miniaturröhren mit vereinheitlichten Sockeln unter den Bezeichnungen "Pico"-, "Rimlock"- und "Noval"-Röhren kommen zunehmend auf den Markt; Höhepunkt der Röhrenproduktion und -anwendung
1949	E. L. Ginzton stellt Hochleistungs-Klystron mit Impulsleistungen im Megawatt-Bereich vor /Gööck, 203/
1950	Vidicon-Röhre (Fernsehbild-Aufnahmeröhre für Schwarzweiß-Bilder mit photoempfindlicher Schicht aus halbleitenden Materialien wie Selen, Arsen, Tellur) /Verweis auf Fernsehtechnik/
1956	Brück und Lauer (Telefunken) stellen Richtfunk-Wanderfeldröhre mit Ausgangsleistung von 6 W für den Frequenzbereich von 3,7 bis 4,2 GHz vor /Telefunken, 143/
1959	Publikation der Grundidee des Gyrotrons (Mikrowellen-Oszillatorröhre, Effekt beruhend auf der Bewegung der Elektronen auf Wendelbahnen unter Einfluss eines statischen Magnetfeldes), dadurch Erzeugung hoher Hochfrequenzleistungen bei hohen Frequenzen (> 100 GHz); heute Anwendung für technologische Prozesse wie Sintern oder Verbindung von Hochleistungskeramiken /Döring, 10; Döring 1988, 94; Döring 1983, 650/
1962	Entwicklung der Plumbicon-Röhre (mit PbO als Photoschicht) bei Philips; wird zur bevorzugten Fernseh-Aufnahmeröhre wegen der Fähigkeit, schnellen Bildwechseln fast trägheitslos zu folgen
1978	Start des ersten experimentellen Nachrichtensatelliten mit 20 W-Wanderfeldröhren von AEG-Telefunken /Telefunken, 145/

[1] Döring, Herbert, 100 Jahre Elektronenröhren; in: Heynisch, H. (Wiss.Tagungsleitung), Elektronenröhren. Vorträge der NTG-Fachtagung vom 18. bis 20. Mai 1983 in Garmisch-Partenkirchen, Berlin / Offenbach 1983. (NTG-Fachberichte 85), S. 7 - 11.

[2] Döring, Herbert, 100 Jahre Elektronenröhren; in: Nachrichtentechnische Zeitschrift 36(1983), Nr. 10, S. 644 - 652.

[3] Döring, Herbert, Zur Entwicklung der Elektronenröhren für kurze und kürzeste Wellen; in: Jahrbuch der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule zu Aachen 7(1955/56), S. 175 - 185.

[4] Döring, Herbert, Rückschau auf 50 Jahre Klystronentwicklung; in: Wiesbeck, Werner, 100 Jahre Elektromagnetische Wellen, Berlin / Offenbach 1988, S. 85 - 98.

[5] Gööck, Roland, Die großen Erfindungen. Nachrichtentechnik. Elektronik, Künzelsau 1988.

[6] Kloss, Albert, Auf den Spuren der Leistungselektronik. Erfinder und Erfindungen der Stromrichtertechnik, Berlin / Offenbach 1990.

[7] Petzold, Hartmut, Zur Entstehung der elektronischen Technologie in Deutschland und den USA. Der Beginn der Massenproduktion von Elektronenröhren 1912 - 1918 ; in: Geschichte und Gesellschaft 13 (1987), S. 340 - 367.

[8] Pitsch, Helmut, 50 Jahre Verstärkerröhre mit Glühkathode; in: Elektrotechnische Zeitschrift. Ausgabe B 8(1956), Nr. 5, S. 217 - 219.

[9] Thiele, Erdmann (Hrsg.), Telefunken nach 100 Jahren. Das Erbe einer deutschen Weltmarke, Berlin 2003.

[10] Tyne, Gerald F. J., Saga of the Vacuum Tube, Berkeley Heights (N.J.) 1977.