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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.
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Das
Wiensche Stoßsendeverfahren und die neu entwickelte und praxisreife
mehrteilige Löschfunkenstrecke ließ Telefunken Anfang 1907 unter
Patentschutz stellen. Ab 1908 vertrieb Telefunken die Löschfunken-
stationen mit der Systembezeichnung Tonfunken.
Foto
links: (Quelle: Telefunken)
Serien-Löschfunkenstrecke |
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. 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.
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). |
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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.
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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 |
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Version:
20-jun-01/HBu
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