Kathodenvergiftung bei NIXIE-Röhren rückgängig machen

Was ist "Kathodenvergiftung" und wie kommt es dazu?

Kathodenvergiftung klingt gefährlich. Das ist es aber nicht. Je nach Anwendung werden bei Nixie-Röhren nur einige der Ziffern genutzt So braucht man z.B. bei Stundenziffern von Uhren nur die Ziffern 0, 1 und 2. 3-9 sind unbenutzt. Wenn bei solch einer Nixie-Röhre lange Zeit nur drei Ziffern leuchten, setzt sich auf den übrigen sieben das Material ab, das ionisiert beim Leuchten von 0-2 als Ionenstrom von der Anode abgegeben wurde und beim Flug zur Kathode auf die ungenutzten Ziffern trifft. Es bleibt hängen und verschmutzt bzw. "vergiftet" diese Ziffern. Das zusätzliche Material verändert die Oberfläche der ungenutzten Ziffern in einer Weise, dass diese nicht mehr vollständig leuchten können:

Da Nixie-Röhren nicht mehr hergestellt werden, trotzdem sehr gefragt sind und dadurch immer teurer werden gibt es immer weniger eingelagerte Neuware (old Stock). Zunehmend werden mehr gebrauchte Röhren angeboten (fast ausschließlich in Ebay). Ich habe kürzlich 5 gebrauchte NH-4-Röhren aus Russland gekauft. Drei davon hatten starke Anodenvergiftung, wie exemplarisch die Röhre im Bild oben. Sie war in dem Zustand unbrauchbar.

Kann man "vergiftete" Röhren regenerieren?

Zum Glück ist Anodenvergiftung in den meisten Fällen nahezu vollständig regenerierbar. Das Verfahren geht vermutlich etwas auf die Lebensdauer der Nixie-Röhre, denn man betreibt sie längere Zeit außerhalb der Spezifikation im Datenblatt. 

Regenerieren einer Nixie-Röhre

Die betroffene Ziffer wird mit dem 2 bis 10-fachem des im Datenblatt angegebenen Nennstroms betrieben. Achtung! wenn der winzige Draht, der vom Anschlusspin zur Ziffer führt zu leuchten beginnt ist der Strom zu hoch! Dauer ca. 15 Minuten bis mehrere Stunden. Es lösen sich durch diese Prozedur die Partikel ab, die das Leuchten der Ziffer beeinträchtigen. Ich habe beste Erfahrungen mit dem 5-fachem Strom über 1/2h gemacht. 3 der 5 Röhren hatten Kathodenvergiftung. Jede der drei konnte innerhalb rund einer Stunde regeneriert werden. Auch die oben. Sie leuchtet bei Nennstrom wie neu:

Lebensdauer von Nixies

Man liest viel Verschiedenes über die Lebensdauer von Nixie-Röhren. Ich vermute, Nixies halten fast ewig. Pro Ziffer laut Hersteller 5.000h. Bei 10 Ziffern ergibt das 50.000h. Wenn man die Röhren unterhalb des Nennstroms betreibt 100.000h. Für mich ist das ewig. Ich habe fünf Uhren bis heute gebaut. Nicht eine einzige Nixie-Röhre zeigt Anzeichen von Verschleiß. Meine erste Uhr baute ich 2015 (Nixieuhr I (2015)), Alle Röhren leuchten wie am ersten Tag! Die Uhr ist seit über 50.000 Stunden in Betrieb (Stand Dez. 2021). Laut Spezifikation müssten alle vier Röhren bereits den Jordan gesehen haben. Sie leuchten aber wie neu. 

Prävention gegen Kathodenvergiftung

Alle Ziffern sollten ab und zu angeschaltet werden. Bei der Nixieuhr I werden bei jedem Minutenwechsel alle Ziffern kurz angesteuert. Dadurch wird das vergiftende Material zeitnah wieder abgetragen. Aus dem gleichen Grund wird um 00:00 Uhr jede Ziffer aller 4 Röhren für 10 Sekunden angeschaltet.

Bei meinen Uhren mit nur einer oder zwei Röhren wird sich das Problem wohl nicht zeigen, denn dort sind sämtliche Ziffern in Betrieb

PWM-Ansteuerung von Nixies

Das ist ein Thema, das in Internetforen kontrovers diskutiert wird. So richtig beurteilen kann ich es nicht. Die einen sagen, dass das häufige Zünden der Nixie-Röhren bei Ansteuerung über PWM deren Lebensdauer massiv negativ beeinflusst, die anderen sagen, dass das kaum eine Rolle spielt. Ich bin in dieser Frage pragmatisch vorgegangen. Nixieuhr III (2017) und Nixieuhr IV (2020) als auch Nixieuhr No.4 (2021), sowie Nixieuhr No.5 (2022)  werden alle mit PWM hoch- und wieder runtergedimmt. Bislang ohne irgendwelche negative Effekte. Alle Röhren funktionieren ohne Verschleißerscheinungen, teilweise seit mehr als fünf Jahren (Stand 2021, das sind knapp 50.000h).