Sargroven Automaattinen Radiotehdas
Ensimmäiset painetut piirit ja automaattinen radiotehdas
Pekka Ritamäki OH3GDO
Sargrove1.jpg
Kuva 1 Sargroven automaattisesti valmistettu radio oli edullinen kansanradio

Unkarilainen insinööri John Sargrove syntyi 1906 ja kuoli 1974 Englannissa. Hän oli ensimmäisiä automaattisten tehtaiden rakentajia. Sargrove oli töissä Tungsramin radioputkitehtaalla Englannissa. Siellä hän kokeili komponenttien valmistamista ruiskuttamalla sinkkiä ja grafiittia bakeliitin uriin vuonna 1936. Hän teki sinkistä keloja, johtimia, kondensaattoreita ja liittimiä. Sula sinkki ruiskutettiin karhennetulle bakeliittilevylle. Ruiskuttamalla uriin grafiittia hän teki vastuksia massatuotantomenetelmällä samalle bakeliittilevylle. Tänä päivänkin voimakondensaattorien liitospinnat tehdään sinkkiruiskutuksella.

UA-55.jpg
Kuva 2 Sargroven radion perustana oli UA-55 yleisputki, joka sopi jokaiseen tarkoitukseen riittävän hyvin. Siinä oli kaksi putkitoimintaa samassa kuoressa .
UA-55a.jpg
Kuva 2 Loewe Optan
Sargrove kehitti myös yleiskäyttöisen putken . Sen tyyppi oli UA-55. Sen suorituskyky oli hieman huonompi kuin erikoisputkien, mutta se sopi Sargroven ideoihin. Samanlaista ideaa käytti Loewe Opta Saksassa 1926. Siellä idea perustui radioputkien verotukseen. Putkiradioita verotettiin niiden sisältämien putkien mukaan. Loewen yhden putken 3NF ulkokuoren sisällä oli kolme putkitoimintaa. Siinä oli myös viisi vastusta ja kaksi kondensaattoria. Olikohan tämä ensimmäinen integroitu piiri? Ainakin saksalaisten mielestä. Sargroven putken hehku toimi 55V ja 100mA. Neliputkinen radio sopi hyvin 220 ja 110 voltin verkkojännitteelle. Putket olivat kokoaaltotasasuuntaaja, oskillaattori/sekoittaja, kaksi välitaajuusvahvistinta ja audio/ilmaisin. Putken pieni koko rajoitti putken häviötehoa audiokäytössä. Siitä sai vain watin tehoa 2500 ohmin kuormaan A-luokassa. Silloin sen anodihäviöteho oli 3,5 W. Hilan esijännite oli -5V ja putken jyrkkyys –7mA/V. Yhteinen katodi toimi hyvin oskillaattori- ja sekoittajapiireissä, mutta audio- ja rf-puolen yhdistämisessä oli ongelmia samaan putkeen. Yhteinen katodi vaati erikoisia neutralointikytkentöjä. Kaksoistetrodi-tyyppisellä putkella oli yhteinen hehku ja katodi. Hila G1 ja kiihdytyshila G2 ja anodi A oli molemmilla putkipiireillä omansa. Kanta oli 9-nastainen, mutta putken rakenne ei sopinut senaikaiseen 9-napaiseen kantaan. Päätettiin tehdä tälle putkelle oma kantansa. 1 mm paksuiset nastat olivat 36 asteen välein paitsi, anodit, joiden välissä oli 72 astetta.
UA-55b.jpg
Kuva 3 Sargroven UA-55 putkessa oli yhteinen 55 voltin 100mA hehku ja katodi. Ohjaushila, suojahila ja anodi olivat erillisiä. Yhdeksännapainen kanta ei sopinut mekaanisesti sen aikaisiin kantoihin, vaan Sargroven piti suunnitella uusi kanta. Siitä tulikin automaattinen radiotehdas.

Kun Sargrove oli tehnyt sinkkiruiskutusmenetelmällä liittimiä, hän päätti tehdä myös tämän uuden putken kannan samalla tekniikalla. Putkien valmistus oli massatuotantoa ja siinä käytettiin senaikaista automaatiotekniikkaa. Tästä ei ollut pitkä matka ajatella automaattista putkien, sen kantojen ja komponenttien yhdistettyä valmistuslinjaa eli automaattista radiotehdasta.

UA-55c.jpg

Kuva 4 Sargroven UA-55 putken nastat olivat 36 asteen kulmissa, paitsi anodit joiden välissä oli 72 astetta.

1947 Sargrove sai valmiiksi kaikki automaattisen tehtaan osat kuudessa vuodessa ja perusti yhtiön Sargrove Electronics Ltd. Tehtaan tarkoituksena oli poistaa inhimilliset virheet ja vähentää työvoiman määrää. Työvoiman vähennys ei ollut monen mieleen ja tämä toi negatiivista julkisuutta hankkeelle.

John Sargroven suurin idea oli automaattinen elektroniikan valmistuskone: Electronic Circuit Making Equipment (ECME). ECME teki ja testasi automaattisesti radioita.

sargrovetehdas.jpg

Kuva 5 Sargroven automaattisessa tehtaassa oli kaksi 26 metrin konetta, joiden välissä kulki kuljetin.
Melkein valmiit radiot tulivat linjasta ulos. Kuvassa työntekijä laittaa neljä UA-55 putkia radioihin ja sen jälkeen ne menevät toiseen linjaan, jossa radiot testataan automaattisesti.

Se muodostui kahdesta 23 meriä pitkästä 2 metriä korkeasta ja 0.6 metriä levyisestä koneesta, joita yhdisti kuljetin. Toisessa päässä oli työntekijät jotka täyttivät materiaalivarastoja. Toisesta päästä tuli melkein valmiita radioita. Ihmisvoimin asennettiin muutamassa sekunnissa neljä kappaletta UA-55 putkia ja tehoasteen elektrolyyttikondensaattorit. Toiselta linjalta tulivat kotelot, joissa oli kaiutin. Yhdistämällä nämä kaksi osakomponenttia saatiin toimiva radio. Lopuksi laite meni automaattiseen testauslaitteeseen jossa tehtiin 50 tarkastusta.

Tehtaassa oli vain 50 työläistä. Normaalisti samankokoisessa tehtaassa oli 1500 työntekijää.
Sargrove1.jpg
Kuva6 Sargroven radio koostui kahdesta bakeliittilevystä, joiden väliin tuli putket. Induktanssit olivat painettuja bakeliitin pintaan. Samoin vastukset, potentiometrit ja kondesaattorit Radion runko tehtiin tasaisesta bakeliittilevystä. Aluksi runko suojattiin kumilevymaskilla. Se suojasi paikat joihin ei tarvinnut tehdä uria. Hiekkapuhallin muotoili ensimmäisen kerroksen urat. Uria olivat esim. vaakakierteiset kelat ja suorat urat toimivat johtimina eri osien välillä.
sargroveradio3.jpg
Kuva 7 Yhtään valmista Sargroven radiota ei ole säilynyt. Sargrovesta ei ole myöskään kuvaa. Mutta oheinen kuva RF-piirilevystä on Sargroven testausvaiheen laitteista. Kuvassa näkyvä kelan induktanssin voisi laskea kohtuullisella tarkkuudella. Kelan tekeminen suureksi on luultavasti helpompaa kuin integroitujen kondensaattorien. Isot pyöreät osat ovat luultavasti kondensaattoreita.

Pohja karhennettiin toisella hiekkapuhaltimella. Bakeliitin pinta piti olla suuri sopiva, jotta sinkki tarttuisi joka paikkaan tasaisesti. Valokennolla valvottiin karheuden oikeaa arvoa. Valon säde heijastui eri tavalla, jos pinnan karheus ei ollut sopiva. Jos tarkastus ei hyväksynyt tuotetta linja palautti osan uudelleen karhennukseen. Toisella hylkäyskerralla tuote hylättiin.
Hitsauskonetta muistuttava laite ruiskutti sulaa sinkkiä levylle ja teki johtavat urat. Seuraavaksi timanttiterä poisti sinkin tasaiselta osalta. Jäljelle jäi vain uriin mennyt sinkki. Seuraava kerros tehtiin grafiittiruiskulla ja kumimaskilla. Levyn pinnalle muodostui vastukset ja potentiometrin liu'ut. Kuulostaa aivan mikropiirivalmistukselta?

Johtavuustarkastus tehtiin taas optisesti valokennoihin heijastunen valon avulla eli konenäöllä. Jos tarkastus onnistui, niin lopuksi ruiskutettiin suojalakkaus kerroksien päälle.

Radion hinta laski 10 punnasta 2 puntaan ja niitä tehtiin miljoona ensimmäisenä vuonna.
Radioita valmistui kolme minuutissa. Sargrove kehitti yhä monimutkaisempia koneita. Niillä tehtiin tutkia ja televisioita.
1947 Sargrove sai ison tilauksen Intiasta, mutta tilaus peruuntui. Intia oli juuri itsenäistynyt ja he halusivat tehdä kaiken itse.
Sargroven yhtiö meni konkurssiin noin vuoden sisällä perustamisestaan. Yhtään alkuperäistä laitetta ei ole säilynyt, mutta muutamia Sargrove testiradiota on Science Museossa Englannissa.
sargrovetehdas2.jpg

Kuva 7 Kuva Sargroven radiosta. Tämä kuva ei kuitenkaan ole automaattisesti valmistetusta mallista vaan luultavasti muotoilumalli koska siinä ei ole yhtään säädintä.

Sargroven ei oikeastaan tehnyt piirilevyjä vaan integroituja piirejä.

Sargrove1.jpg

Kuva 8 Tämä kuva on luultavasti lähinnä valmista Sargroven radiota. Putket ovat piirilevyn välissä. Edessä kaiutin, takana asemavalitsin. Radio toimi luultavasti vain keskipitkillä aalloilla. Keskellä näkyvä muuntaja on kaiuttimen impedanssisovitusmuuntaja. Putkien anodikuormat olivat noin 2500 ohmia. Kaiuttimet olivat silloin kuten nykyäänkin ovat matalaohmisia noin 4-32 ohmia. Oikealla oleva metallinen lieriö on luultavasti putkien hehkujen testiaikainen etuvastus verkkojännitteelle. Kuva ei kuitenkaan voi olla lopullisesta radiosta, sillä putket ovat seitsemännastaisia ja lisäksi ne ovat pullistuneita putkimalleja kuten AZ-1. UA-55 oli suora putki, jossa oli yhdeksän nastaa. UA-55 ei myöskään tarvinnut suuritehoista etuvastusta. Kuvassa on radion etuosassa vielä reikälevy ääntä varten. Myöhemmin nämäkin reiät integroitiin etulevyyn.

Sargroven saavutus

Ottaen huomioon, että Sargrovella ei ollut esikuvia, automaattinen radiotehdas on huikea saavutus. Maailma tarvitsee esikuvia. Kaikki on helppoa kun, joku on sen ensin näyttänyt. Sargroven komponenttien integroiminen olisi ollut riittävän suuri keksintö. Sargrove halusi kuitenkin kaiken, myös automaattisen tehtaan rakentamisen, automaattisen testauslaitteen ja maailmanlaajuisen markkinoinnin. Yhden ihmisen on vaikea hallita kaikkia osa-alueita. Sähkötekniikan suurmiehiin kuuluva Nikolai Tesla yritti myös hallita maailmanlaajuista tiedonsiirtoa Wardenclyffen asemallaan. Sargrove ja Tesla saivat kokea, että on otettava huomioon kaupalliset realiteetit. Molemmilta loppuivat rahat keksintöjen loppuunsaattamiseksi.

Ensimmäiset piirilevyt

Ensimmäiset maininnat patenteissa puhuivat painetuista johtimista vuonna 1903 ( viite 2). Vuonna 1925 amerikkalainen Charles Ducas haki patenttia menetelmälle tehdä johtoja suoraan eristelevylle painamalla stensiilin läpi johtavaa mustetta. Tästä menetelmälle tuli nimi painettu piiri.

Ensimmäinen joka rakensi painettuja piirejä oli tohtori Paul Eisler. Hän oli itävaltalainen, mutta pakeni natseja Englantiin 1936.
Hän rakenteli radioita, joissa käytettiin painettuja piirejä Hempsteadissa vuokra-asunnossaan. Hänellä ei ollut työlupaa ja oli kaiken lisäksi vihollismaasta kotoisin. 1941 hän sai töitä Odeon elokuvateatterissa ja keksi siellä irrotettavat suojapeitteet teatterin istuimiin.

Piirilevy.jpg
Kuva 9 Piirilevyn keksijä tohtori Paul Eisler rakensi radioita, joissa oli piirilevy 1941Erilaisten vaiheiden jälkeen 1941 hän sai patentin painetuista piireistä. Sen oikeudet varasti litografia-alan yhtiö heti ensimmäisessä tilaisuudessa. Eisler menetti oikeutensa patenttiin lakimiestempulla (pienellä kirjoitettu teksti). 1943 hän sai uuden maailmanlaajuisen patentin painetuista piireistä, joita käytetään kuparipinnoitetta lasikuituvahvisteisessa hartsilevyssä. Sitä voidaan käyttää johtimien asemasta moottoreissa, liittimissä ja antenneissa. Eisler keksi myös piirilevytekniikalla lämmitettävät seinäpaperit. Se olisi saattanut olla menestystuote, mutta samaan aikaan Pohjanmereltä löydettiin kaasua ja Englannissa sähkölämmitys sai väistyä. Painettuja piirejä alettiin käyttää laajemmin 1948 vuoden alusta lentokonemittareissa. Kun transistorit tulivat käyttöön noin 1956, piirilevytekniikkaa käytettiin kaikissa tehdasvalmisteissa radioissa.
Myöhemmin Eisler keksi piirilevytekniikalla toimivan auton takaikkunanlämmittimen ja samoin autoon pizzalämmittimen kuljetuksen ajaksi.
Piirilevy2.jpg

Kuva 10 Kaksipuolinen läpikuparoitu piirilevy jossa on LCD ja prosessori

Patentin läpikuparoituihin reikiin monikerroslevyissä sai amerikkalainen yhtiö Hazeltyne vuonna 1961.

Lähteitä :

1 http://www.sciencemuseum.org.
2. http://www.trianglecircuits.com/pcb-history.html
3 Wireless World 1947, April sivu 484
4 1952 Rolf Strehl ("Die Roboter sind unter uns")
5. http://www.madehow.com/Volume-2/Printed-Circuit-Board.html
6. Loewe-Opta http://www.radiomuseum-bocket.de/

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License