Drahtlose Telegrafie mit gedämpften Wellen (III)
von Hans-Joachim Ellissen

Dieser Artikel ist im "Archiv für deutsche Postgeschichte" Heft  2/1993 erschienen.
Abdruck auf der Homepage "Seefunk & Seeschiffahrt" mit freundl. Genehmigung der
Witwe des Verfassers Hans-Joachim Ellissen
und der
Deutschen Gesellschaft für Post- und Telekommunikationsgeschichte e.V.
Zentrale Geschäftsstelle, Schaumainkai 53, 60596 Frankfurt am Main
Teil 3
Der Aufschwung mit den tönenden Funken
Wien gibt den Anstoß
In der »Physikalischen Zeitschrift« beschrieb 1906 Prof. M. Wien die Stoßerregung eines gekoppelten Braunschen Senders, die dessen Zweiwelligkeit verhinderte. Er benutzte hierfür eine Funkenstrecke von nur etwa 0,1 mm. Die sehr kleinen Funken erlöschten so schnell, dass auch die Strecke selbst erloschen blieb - entionisiert war - und erst bei der nächsten vom Induktor gesteuerten Aufladung des Kondensators im Primärkreis wieder zündete.
Ersetzt man in einem Braunschen Sender die Knallfunkenstrecke durch eine derartige Löschfunkenstrecke, schwingt nach der ersten Kondensatorladung und dem Funkenüberschlag der Primärkreis mit einer gedämpften Schwingung aus. Hierbei wird im z. B. induktiv angekoppelten sekundären Antennenkreis HF-Energie induziert, die ihren Höchstwert nach dem Abklingen der Schwingungen im Erregerkreis erreicht. Die Löschfunkenstrecke erlischt nach der letzten Primärschwingung. Wegen der schnellen Entionisierung kann sie von der dann rückwirkenden HF-Energie des Antennenkreises nicht mehr gezündet werden, so dass auch keine zweiwellige Schwebung zwischen Erreger- und Antennenkreis entstehen kann. Der Antennenkreis schwingt unter Abstrahlen einer elektromagnetischen Welle frei aus. Die bei einer Funkenfolge entstehenden einzelnen Wellenzüge sind erheblich länger als bei dem gleichen Sender mit Knallfunkenstrecke.

Telefunken baut die Löschfunkentechnik aus
Nach v. Arco fand die Wiensche Veröffentlichung nur bei Telefunken Beachtung. Das Prinzip der Stoßerregung war klar, nicht jedoch die praktische Ausführung. Die mit einer Wienschen Löschfunkenstrecke erzielbare HF-Leistung lag wegen der relativ niedrigen Funkenspannung von weniger als 1 000 Volt bei nur einigen Watt. Nach zweijährigen Versuchen gelang es Telefunken, eine betriebssichere Löschfunkenstrecke zu bauen. Gut durchdacht gewährleistete sie eine regelmäßige Funkenfolge, die Serienschaltung mehrerer Strecken den Umsatz größerer Energien. Die Funken schlugen zwischen runden Kupferscheiben mit ebenen, parallelen und versilberten Elektrodenflächen von etwa 20 mm Ø über. Der Elektrodenabstand von etwa 0,2 ... 0,3 mm war durch einen Glimmerring gegeben. Das eigene Magnetfeld der Funken trieb sie an den Elektrodenrand, wobei sie schnell erlöschten. Das starke elektrische Feld zwischen den Elektroden beschleunigte die entstandenen Luft- und Metalldampf-lonen erheblich, so dass diese ihre Ladung rasch an die Elektroden abgaben. Kupferscheiben größeren Durchmessers sorgten für Kühlung auch bei längerem Betrieb, u.U. mit Zusatzlüfter. Da die Funkenspannung etwa 1 000 ... 1 400 Volt betrug, wurden je nach Kreiskapazität und erforderlicher Gesamtfunkenspannung entsprechend viele Einzelstrecken hintereinander geschaltet, z.B. 60 bei einem 35-kW-Sender.
Während sich bei einem Knallfunkensender die Schwingungsenergie des Primärkreises nur etwa zu 20% in HF-Abstrahlung umsetzt, sind es beim Löschfunkensender 50% bis 70%. Da bei letzterem der Primärkreis die Aufgabe hat, den auf die gleiche Frequenz abgestimmten Antennenkreis zur Abstrahlung anzustoßen, wurde er auch als Stoßkreis bezeichnet.
Neben der Einwelligkeit und der besseren Energiebilanz war ein weiterer großer Vorteil der Löschfunkentechnik, dass es die schnelle Entionisierung der Funkenstrecken erlaubte, die Funkenzahl gegenüber den Knallfunkensendern auf 1 000 und mehr je Sekunde zu erhöhen. Das ergab bei gleichen Bauteilwerten und entsprechend belastbarer Stromversorgung eine vielfach höhere Sendeleistung und Reichweitensteigerung. Außerdem wurde die hohe Funkenfrequenz nach Demodulation der nur noch schwach gedämpften Wellenzüge im Kopfhörer des Empfängers als musikalischer Ton. Im Gegensatz zu den tieffrequenten Tönen der Knarrfunkensender konnten die Funker die z.B. 1 000 Hz-Töne von Löschfunkensendern sehr gut auch aus starken atmosphärischen Störungen herauslesen. Dies sogar in den Tropen, wo Gewitter mit ihren weitreichenden Blitzstörungen sehr häufig sind und oftmals die Signale von Knarrfunkensendern überdeckten.

Das Wiensche Stoßsendeverfahren und die neu entwickelte und praxisreife mehrteilige Löschfunkenstrecke ließ Telefunken Anfang 1907 unter Patentschutz stellen. Ab 1908 vertrieb Telefunken die Löschfunkenstationen mit der Systembezeichnung Tonfunken. Sie wurden mit Sendern verschiedener Leistungsklassen für Schiffe und Landstationen sowie für militärische Zwecke angeboten und gefertigt. Die Reichweiten lagen beim üblichen Detektor-Hörempfang je nach Senderleistung und Antennenhöhe zwischen 50 km bei 50 Watt und über 10 000 km bei 80 Kilowatt. 
Foto links: (Quelle: Telefunken)
Serien-Löschfunkenstrecke
1913 gab es nach einer Zusammenstellung in der ETZ Oktober 1913 im Seefunk (ziviler und Marine-Bereich) weltweit in 62 Ländern 494 Küstenfunkstellen, davon 112 mit Telefunkensystem, 141 nach Marconi, sowie 241 verschiedene bzw. nicht bezeichnete Systeme. Auf Schiffen waren 3 039 Funkstationen vorhanden, davon 525 nach Telefunken, 1 129 mit Marconisystemen, und 1 385 verschiedene oder nicht bekannte Systeme. Von den Schiffsfunkstellen befanden sich etwa die Hälfte auf Kriegsschiffen. Dazu kommen noch von den nicht bezeichneten Systemen geschätzt 180 Telefunkenstationen sowie 120 Lorenz-Lichtbogenstationen.
Bei den Sendern der gleichen Leistungsstufen änderten sich im Laufe der Zeit z.T. die Anordnung der Bauteile (Gestell- und Tischaufbauten) sowie deren mechanische Ausführung (z. B. Flachbandspulen statt Runddraht-Zylinderspulen bei kleinen Leistungen, oder die Höhe der Leydener Flaschen). Bei den 2,5-TV- und 10-TV-Sendern wurde eine Hilfszündeinrichtung der Löschfunkenstrecke eingesetzt, die einen schnellen Leistungswechsel erlaubte, ohne die Tonreinheit zu beeinflussen. Außer in den Regelausführungen gab es Sender mit vom Kunden geforderten anderen Daten. z.B. wurden bei der Küstenfunkstelle Norddeich Radio 1911 ein Löschfunkensender von 2,5 kW mit erweitertem Wellenbereich (300-7 000 m) sowie ein 10-kW-Sender für Weitverkehr auf Langwelle (1 000-3 000 m) in Betrieb genommen.
Die Abstufung der verschiedenen Leistungsklassen der Löschfunkensender geschah sowohl mit der Höhe der Funkenspannung (8 kV ... 100 kV) als auch mit dem Kapazitätswert der Kondensatoranordnung im Stoßkreis (z. B. 6 000 cm bei 200 W HF, 25 000 cm bei 25 kW). Die Spannung bestimmte auch die Anzahl der in Serie geschalteten Löschfunkenstrecken: Etwa 1 000 ... 1 400 V, je nach Stärke des Isolierringes aus Glimmer, später aus Acetylzellulose, 0,1 ... 0,3 mm stark. Abhängig von der Sendergröße wurden bei kleinen Leistungen als Kondensator Stanniol mit Glimmer- oder Paraffinpapier-Isolation verwendet, bei größeren Anlagen Leydener Flaschen, 2 bis 90 Stück, z.T. in parallel- und hintereinander geschalteten Gruppen. Die Induktivitäten des Stoß- und des Antennenkreises bestanden in der Regel aus Kupferband-Flachspulen, z.T. als Variometer mit veränderlicher Selbstinduktion durch Drehen oder Schwenken von Spulenteilen geschaltet. Variometer wurden zur Feinabstimmung des Antennenkreises auf die Frequenz des Stoßkreises benutzt und als Abstimmspulen in den Stoßkreisen der durchstimmbaren. Die meist 3 bis 5 Festfrequenzen der Sender für Handelsmarine und Küstenfunkstellen zwischen 300 und 1 000 kHz konnten über Stöpselkontakte gewählt werden.
Als Beispiel für den grundsätzlichen Aufbau von Löschfunkensendern kann die am meisten eingebaute 1,5 kW-Anlage für Schiffe dienen, sie wurde auch bei kleineren Küstenfunkstellen eingesetzt. Diese Station war gedacht für mittlere Handels- und Passagierdampfer mit meist dreidrähtigen L- oder T-Antennen zwischen Masten von 18 bis 35 m Höhe und 30 bis 70 m Abstand. Die Tagesreichweite betrug je nach den Antennenabmessungen 200 bis 600 km, nachts etwa das Doppelte.
Als Stromversorgung ist aus dem 110 V-Gleichstrom-Bordnetz ein 2 kW-Motor-Generator für 220 V Wechselstrom 500 Hz vorgesehen, dessen Ausgangsspannung auf 8 000 V transformiert wird (Öltransformator). Da sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen der Hochspannung der 500 Hz-Hochspannung die Löschfunkenstrecken zünden, entstehen Wellenzüge im 1 000 Hz-Abstand, die im Kopfhörer als 1 000 Hz-Ton hörbar werden. Die 8 kV sind nur für die volle Senderleistung erforderlich. Wird eine geringere Senderleistung benötigt - z.B. beim Abstimmen des Senders auf eine durch Stöpselkontakte vorgegebene andere Wellenlänge oder bei nur geringer Entfernung der Gegenstelle -, kann die Hochspannung mit einem Spannungsregler (Regelwiderstand) im Erregerkreis des 500-Hz-Generators verringert werden. Dabei ist auch die Anzahl der Löschfunkenstrecken entsprechend zu vermindern. Die HF-Leistung nimmt dabei quadratisch mit der Anzahl der Funkenstrecken ab. Bei 2 Strecken statt 8 sinkt die Sendeleistung auf 1/16 ab, auf etwa 100 Watt, bei einer einzigen Funkenstrecke auf 1/6 , entsprechend etwa 25 Watt. Der Spannungsregler wird als Tonschieber bezeichnet, weil er beim Abstimmen des Senders auf diejenige Spannung eingestellt wird, die in seinem Empfänger einen möglichst reinen 1 000 Hz-Ton erzeugt.
Die 'Tondrossel ist eine niederohmige Spule mit einem verschiebbaren Kern aus Weicheisendrähten. Sie war so eingestellt, dass der Kreis aus den Induktivitäten der Generatorwicklung und der Primärwicklung des Transformators (mit der transformierten Kapazität der Leydener Flaschen des Sekundärkreises) bei 500 Hz in Resonanz kam. Dadurch stieg die Hochspannung an den Leydener Flaschen auf höhere Werte als ohne Drossel, weiter wurde die Funkenlöschung begünstigt.
Für den Hörempfang setzte Telefunken zu Anfang (1903/04) die Primär- (Einkreis-) Empfänger G.A.H. und E4 mit Schloemilchzellen ein. Um 1907 wurde der E 4 auf Kristalldetektoren umgerüstet und als Standardempfänger E5 (50 ... 1 500 kHz) für alle Löschfunkenstationen benutzt. Für größere Stationen gab es noch den E5c mit zusätzlichem Drehkondensator als Sekundär-(Zweikreis-) Empfänger mit höherer Trennschärfe.
Foto oben:   Empfänger E5
Foto rechts:  Empfänger E5 c
Die Spule des Detektorkreises des E 5 (und E 5 c) ist gegenüber der Abstimmspule im Antennenkreis klappbar und in der 90-Grad-Stellung noch schwenkbar, um die Kopplung der beiden Kreise in weiten Grenzen zu ändern (festere Kopplung gleich größere Lautstärke bei geringerer Trennschärfe - und umgekehrt). Die großen, auswechselbaren Spulen befinden sich auf einer Hartgummiplatte oben an einem senkrechten Winkeleisenrahmen. Darunter sind der Bereichsumschalter »kurz« - »lang« sowie die beiden Detektoren angeordnet (»empfindlich« - »unempfindlich« oder auch »Betrieb« - »Reserve«), davor der Drehkondensator (Einstellung nach Gehör oder nach Abstimmkurven). Auf der Rückseife fällt der große Rillenisolator mit den Umschaltkontakten der Antenne für »Senden« und »Empfang« auf. Ein langer Handhebel betätigt die Kontaktanordnung. Weiter verhindern Blockierungskontakte ein Tasten des Senders in Stellung »Empfang«. Die Detektoren sind durch Schutzfunkenstrecken gegen höhere Überspannungen geschützt.
Um bei Ausfall des Schiffsnetzes oder des 500 Hz-Umformers einen Notbetrieb zu ermöglichen, war ein sog. Notsender vorgesehen, ein Funkeninduktor mit hart eingespanntem Hammerunterbrecher (nach Wagner) für schnelle Funkenfolgen mit einigen hundert Hz. Die Ausgangsspannung betrug etwa 2 000 V für 2 Löschfunkenstrecken, entsprechend etwa 100 Watt HF-Leistung. Der Notsender war für Eingangsspannungen von 110 V= (Bordnetz) und 32 V= aus Akkumulatoren ausgelegt Getastet wurde der Notsender mit einer gesonderten Morsetaste im Niederspannungskreis, in dem sich auch ein Regelwiderstand für das Einstellen einer tonreinen Ausgangsspannung befand.

Andere Systeme ziehen nach
Die von Telefunken ab 1908 gebauten Löschfunkenstationen wurden aufgrund der guten Leistungsbilanz, Kleinheit, Betriebssicherheit und dem gegenüber Störungen sehr unempfindlichen 1 000 Hz-Hörempfang eine ernste Konkurrenz für die Knarrfunkentechnik der Marconi-Gesellschaft, auch, als Marconi bei mittleren und großen Stationen auf Stoßerregung und schnelle Funkenfolge mit rotierenden Funkenstrecken überging. Bis auf England und die von ihm abhängigen Staaten setzte das Ausland für Küstenfunkstellen, Schiffe, Landfunkstellen und Militärstationen innerhalb weniger Jahre praktisch nur noch Sender mit Löschfunkentechnik ein. Allerdings nicht nur das Telefunkensystem, sondern auch Sender mit anders konstruierten Funkenstrecken.
Die Firma Lorenz benutzte z. B. kalottenförmige Löschfunkenstrecken, und zwar für kleine Leistungen eine einzige Kalotte, die vorwiegend mit Gleichstrom, jedoch auch mit niederfrequentem Wechselstrom (500 bis 1 000 V) gespeist wurde. Für größere Leistungen war die Reihenschaltung mehrerer Kalotten nötig. Um ein schnelles Abreißen der Funken zu erreichen, tropfte Spiritus in den verstellbaren Entladungsraum und verdampfte dort.

Wie das Prinzipschaltbild eines Lorenz- Vieltonsenders zeigt, sind parallel zu den Löschfunkenstrecken tonfrequente Schwingkreise schaltbar (470-3000 Hz). Diese Tonkreise steuerten unabhängig von der Periode der Wechselstromhochspannung die Anzahl der Funkenübergänge.
Rechts:  Schaltbild des Lorenz 'Vielton'-Senders
Mit einem Tastenwerk ließen sich acht verschieden hohe Töne voreinstellen, so dass neben Morsezeichen auch je nach Tonhöhe Signale mit verabredeter Bedeutung ausgestrahlt werden konnten (Detektorempfänger mit auf die Tonfrequenzen abgestimmten Fernhörern).
Der Vieltonsender war jedoch kaufmännisch anscheinend kein Erfolg. Lorenz baute daher neben den Lichtbogensendern für ungedämpfte Schwingungen auch Löschfunkensender ohne Vieltonausrüstung, z. B. eine geschlossene 600 Watt Kompaktausführung für Torpedoboote und somit für besonders ungünstige Raum-, Hitze- und Feuchtigkeitsverhältnisse.
Marconi, der die Überlegenheit der Wienschen Stoßerregung und der Löschfunkentechnik erkannte, erreichte eine schnelle Funkenfolge mit Stoßerregung des Antennenkreises mit rotierenden Funkenstrecken. Ähnlich wie Fessenden (USA) und Aysenstein (Russland) ließ er etwa ab 1908 bei Sender-Eingangsleistungen von 1 bis über 30 kW (HF-Leistungen etwa 0,3 bis 20 kW) bei seinen Scheibenentladern eine Metallscheibe mit radialen, stabförmigen Zinkelektroden (z. B. 16) an 2 scheibenförmigen Elektroden vorbeirotieren. Bei größeren Leistungen wurde eine Entladerscheibe von 1,3 m Ø mit 24 seitlichen Nockenpaaren benutzt, die mit 2 000 bis 3 000 U/min rotierte. Der Ton von Stationen mit rotierenden Elektroden war trompetenartig, der von Telefunkenstationen mehr flötenartig.
Es gab weltweit noch eine Reihe anderer Funksysteme, die mit gekoppelten Sendern und Stoßerregung nach Wien arbeiteten, jedoch mit z.T. sehr unterschiedlichen Funkenstrecken zwischen Metallelektroden: radikal mit Luft angeblasene (BASF, Koch), drehbare Walzenreihen (französische Systeme), Plattenfunkenstrecken mit wenigen Hundertstel Millimeter Abstand (Boas), oder wassergekühlte mit am Rand abbrennender Papierisolation (v. Lepel). Manche dieser Verfahren existierten jedoch nur kurze Zeit. 1914 werden neben den Systemen von Telefunken, Marconi und Lorenz 3 deutsche, 7 französische, 11 angloamerikanische und je eins in Australien, Japan und Russland erwähnt.

Links:  Rotierende Funkenstrecke für Sender mit grösserer Leistung


Zum Teil 1: Faraday - Maxwell - Oerstedt - Hertz - Branly - Popow - Marconi
Zum Teil 2: Slaby - Braun - AEG - Siemens - Telefunken - Hörempfang
Zum Teil 4: Die drahtlose Telegrafie mit gedämpften Wellen bekommt Konkurrenz

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Version: 20-jun-01 /  Rev.: 11-Jun-11 / HBu