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Funkentelegraphie

[246] Funkentelegraphie (Wellentelegraphie, Telegraphie ohne Draht), die Übertragung von telegraphischen Nachrichten vermittels elektrischer Wellen durch die Luft ohne Leitungsdraht.

Wenn mit den beiden Polen – der Funkenstrecke eines Ruhmkorffschen Induktors – der bekannten Vorrichtung, mittels der unterbrochene elektrische Ströme niedriger Spannung durch Induktion in Stromstöße von so hoher Spannung umgesetzt werden können, daß zwischen den Enden der offenen Induktionsspirale Entladungsfunken von bedeutender Länge entstehen – Kapazitäten1 von gleicher Größe in Form von metallenen Platten, Zylindern, Netzen, Stangen oder Drähten verbunden werden, so laden sich diese vor dem Auftreten des Funkens, die eine mit positiver, die andere mit negativer Elektrizität. Nach genügendem Anwachsen der Ladung setzt der Entladungsfunke ein. Der Ausgleich erfolgt aber nicht sofort, sondern die elektrische Energie strömt über die durch den Funken gebildete leitende Brücke zwischen den beiden Kapazitäten mit großer Geschwindigkeit so lange hin und her, bis sie allmählich durch Wärmeerzeugung und durch Ausstrahlung aufgezehrt ist, ein Spiel, das sich bei jedem Funken erneuert. Die Entladungsfunken rufen also in der Entladungsbahn elektrische Schwingungen von hoher Wechselzahl hervor. Prof. Hertz in Bonn entdeckte im Jahre 1888, daß sich diese Schwingungen im umgebenden Luftraum wellenförmig ausbreiten und daß diese Wellen, wenn sie im Außenraume auf andere Leiter treffen, in diesen gleichfalls elektrische Schwingungen hervorrufen, die am stärksten sind, wenn der zweite Leiter mit dem ersten – der Entladungsbahn der beiden Kapazitäten – sich in Resonanz befindet, d.h. mit ihm die gleiche Eigenschwingung hat. Hertz dachte aber noch nicht daran, diese Erscheinung für eine Zeichengebung in die Ferne zu verwerten, weil ihm noch das Mittel fehlte, die elektrischen Schwingungen im empfangenden Leiter wahrnehmbar zu machen. Prof. Branly in Paris hat, diese Lücke durch die Erfindung seines Kohärers oder Fritters ausgefüllt; dieser besteht aus einer etwa 15 mm dicken und etwa 15 cm langen Glasröhre, in der zwischen zwei in einem Abstände von etwa 3–4 cm voneinander stehenden Kolben aus Kupfer feine Kupferspäne gelockert liegen. Werden die beiden Kupferkolben mit den Polen einer kleinen Batterie verbunden, so bieten die Metallspänchen in ihrer lockern Lage dem Durchgange des Stromes einen so großen Widerstand, daß ein in den Stromkreis eingeschalteter Elektromagnet nicht im stande ist, seinen Anker anzuziehen. Wird aber der Fritter von elektrischen Wellen getroffen, so fügen sich die Metallspänchen so innig aneinander, daß sie eine fast widerstandslose Verbindung darstellen und der von dem nunmehr ungeschwächt auftretenden Batteriestrom gespeiste Elektromagnet sofort seinen Anker anzieht. Nach dem Aufhören der elektrischen Wellen verharren die Spänchen zwar zunächst noch in ihrer Lage, ein leiser Schlag auf die Glasröhre bewirkt aber, daß sie sofort auseinanderfallen und den Stromweg wieder unterbrechen.

Der russische Gelehrte Popoff benutzte im Jahre 1895 die Branlysche Erfindung, um atmosphärische Elektrizität nachzuweisen. Er verband die eine Seite des Fritters mit einem langen an einer Stange senkrecht in die Luft geführten Draht und die andere Seite mit der Erde. In einem Nebenschluß zum Fritter legte er eine kleine Batterie und ein Relais (s. Telegrapheneinrichtungen). Beim Vorhandensein atmosphärischer Elektrizität wurden in dem Drahte elektrische Schwingungen erzeugt, die den Fritter leitend machten, so daß der Batteriestrom geschlossen und der Relaisanker angezogen wurde. Das Relais schloß eine Klingel, deren Klöppel auf die Fritterröhre schlug, so daß die Metallspänchen wieder auseinanderfielen.

Der Italiener Marconi benutzte später – aber wohl ohne die Popoffsche Einrichtung gekannt zu haben – die gleiche Anordnung bei seinen Studien der Hertzschen Versuche. Er verwendete dabei auch für den Sender der elektrischen Wellen einen langen senkrecht in die Höhe geführten Draht, den er an den einen Pol der Funkenstrecke des Induktors anschloß, während er an den anderen Pol[246] als Gegengewicht die Erde legte. In den Primärstromkreis des Induktors schaltete er einen Morsetaster und war damit im stande, nach Belieben die Entladungen für längere oder kürzere Zeit mit längeren oder kürzeren Zwischenräumen erfolgen zu lassen. Seine Versuche führten ihn auch bald dazu, dem Empfangsrelais ein Morseschreibwerk vorzuschalten (s. Telegrapheneinrichtungen). Damit hatte Marconi die F. erfunden.

Marconi suchte nun den Branlyschen Fritter leistungsfähiger zu gestalten. Er erreichte dies durch Verkleinerung seiner Abmessungen – die Länge der Glasröhre verminderte er auf 5 cm, die Dicke auf 5 bis 6 mm –, durch Verwendung von Silberkolben an Stelle der Kupferkolben und eines Gemisches von Silber- und Nickelspänen statt der Kupferspäne, durch Verringerung des Zwischenraumes, in dem die Spänchen zwischen den Silberkolben lose lagerten, auf 3–4 mm und durch Evakuieren der Glasröhre.

Die ersten Versuchsanlagen drahtloser Telegraphie, die Marconi im Jahre 1896 mit den vorbeschriebenen Einrichtungen im Golf von Spezia auf 12 km und im darauffolgenden Jahre über den Kanal von Bristol auf 14 km Entfernung herstellte, lieferten schon durchaus zufriedenstellende Ergebnisse. Die Abb. 181 u. 182 zeigen schematisch diese erste Anordnung.

In Abb. 181, die den Sender darstellt, bedeuten I den Induktor, B eine Akkumulatorenbatterie zur Speisung des dick gezeichneten primären Stromkreises des Induktors, U den Selbstunterbrecher und T den Morsetaster im primären Stromkreise, F die Funkenstrecke im dünn gezeichneten sekundären Stromkreis, S den Luftdraht und E den Anschluß an die Erde. Im Empfänger – Abb. 182 – bedeuten D den Luftdraht, K den Fritter oder Kohärer, R das Relais, B eine kleine Batterie und E den Anschluß an die Erde; Morsewerk und Klingel sind fortgelassen.

Prof. Slaby in Charlottenburg, der im Jahre 1897 die Marconische Anordnung studierte, erkannte bald ihre Unvollkommenheit. Er wies nach, daß die in dem Luftdrahte auftretenden Schwingungen der elektrischen Spannung ganz ähnlich wie die mechanischen Schwingungen eines an einem Ende eingespannten elastischen Stabes nach den freien Enden hin zunehmen, am Fuße also einen Schwingungsknoten, an der Spitze einen Schwingungsbauch bilden, daß also bei der Marconischen Anordnung der Fritter, der hauptsächlich durch die elektrischen Spannungen erregt wird, in der Nähe des Schwingungsknotens sich keineswegs an einer günstigen Stelle befand; er mußte an den Schwingungsbauch verlegt werden. In dem langen Luftdraht war diese Stelle allerdings unzugänglich. Slaby zeigte aber, daß sich auch an einer leicht zugänglichen Stelle ein Schwingungsbauch herstellen läßt, wenn im Schwingungsknoten des senkrechten Drahtes ein wagrechter Draht von gleicher Länge und Stärke angeschlossen wird. Die Schwingungen im senkrechten Draht pflanzen sich dann auf den wagrechten Draht fort und bilden an dessen Ende einen Schwingungsbauch. Slaby legte hier den Fritter an und steigerte dadurch dessen Empfindlichkeit ganz bedeutend. Der wagrechte Draht braucht keineswegs geradlinig ausgespannt zu werden; die Wirkung ist dieselbe, wenn er in Form einer Spirale angeschlossen wird.

Entgegengesetzt wie die Spannungen verhalten sich die in den Empfangsdrähten auftretenden Ströme; sie zeigen die größte Stärke am Spannungsknoten, also am Fuße des Luftleiters, während an der Spitze die Stromstärke gleich Null ist.

Die Slabysche Anordnung bietet noch einen weiteren Vorteil. Die vom Sender ausgehenden Wellen entsprechen genau den Schwingungen im Sendedraht, der demnach mit seinem Schwingungsknoten und seinem Schwingungsbauch genau ein Viertel der Länge einer vollen Welle darstellt. Treffen nun den mit dem Sendedraht in der Länge übereinstimmenden Empfangsdraht Wellen von solchen Stationen, deren Sendedrähte andere Längen haben, so vermögen sie im Empfangsdraht keine Schwingungen hervorzurufen,; sie gleiten an diesem wirkungslos zur Erde ohne den Fritter zu treffen.

Slaby richtete dann die Spirale des wagerechten Drahtes sowie eine in den senkrechten Draht eingeschaltete Spirale so ein, daß sie, den[247] ankommenden Wellen entsprechend, auf verschiedene Längen eingestellt – abgestimmt – werden können. Er erreichte damit, daß innerhalb desselben Gebiets mehrere Sender verschiedener Längen mit Empfängern derselben Längen gleichzeitig arbeiten können, ohne sich gegenseitig zu stören.

Auch die Kraft der Senderfunken verstärkte Slaby sehr erheblich, indem er in die Leitungsdrähte des Senders Leidener Flaschen schaltete, was eine weitere Vergrößerung der Reichweite zur Folge hatte.

Für den praktischen Gebrauch arbeitete Slaby sein System in Gemeinschaft mit dem Grafen Arco und der Allgem. Elektrizitätsgesellschaft in Berlin aus. Es fand bald im Schiffsdienste ausgedehnte Verwendung. Ende 1901 wurde nach diesem System unter anderem eine drahtlose Telegraphenverbindung auf 220 km Entfernung von Cuxhaven nach der Westküste von Dänemark hergestellt.

Trotz dieser Erfolge war der Wirkungskreis der Slaby-Arcoschen Stationen immer noch ein verhältnismäßig engbegrenzter. Die Schwingungen der Sender waren noch zu stark gedämpft; sie klangen zu schnell ab. Das Verdienst, die Dämpfung beseitigt oder doch stark vermindert zu haben, hat Prof. Braun in Straßburg. Er erkannte, daß die Dämpfung durch die Funkenstrecke im Sendedraht hervorgerufen wurde und legte deshalb die Funkenstrecke in einen besonderen Kreis, mit dem er den Sendedraht durch Koppelung verband, d.h. er ließ den besonderen Kreis auf den Sendedraht durch Induktion wirken, wie in den Abb. 183 u. 184 schematisch dargestellt ist. In Abb. 183 ist der besondere Kreis durch galvanische Koppelung, in Abb. 184 durch induktive Koppelung mit dem Sendedraht verbunden.[248]

S₂ in Abb. 183 und P–S₂ in Abb. 184 sind die Induktionsspulen, S₁ sind veränderliche Spulen zur Einstellung des Sendedrahtes auf die gewünschte Wellenlänge. Auch die Induktionsspulen sind veränderlich, behufs Herstellung der Übereinstimmung der Schwingungen in dem besonderen Kreise mit den Schwingungen im Sendedrahte (Resonanz). L sind Leidener Flaschen. Die Koppelung kann gleichfalls nach Erfordernis verändert werden.

Bei der induktiven Koppelung ist die Dämpfung noch geringer als bei der galvanischen. Auch bei den Empfängerschaltungen wird die Koppelung angewendet, wie in den Abb. 185 u. 186 schematisch dargestellt ist.

Die Spule S dient zur Abstimmung des Empfangdrahtes, die Spule S₁ in Abb. 185 zur Abstimmung des Horizontaldrahtes – des besonderen Kreises – in dem der Fritter liegt, auf die richtige Wellenlänge; in Abb. 186 wird die im zweiten Kreise liegende Spule S₂ durch die Spule S₁ des ersten Kreises erregt. C sind Kondensatoren; sie dienen teils, wie die Leidener Flaschen, zur Anhäufung der Elektrizität und Verstärkung der Schwingungen, teils zur Abstimmung auf die richtige Schwingungsgröße.

Durch geeignete Umschaltung wird der Luftleiter je nach Erfordernis an den Sender oder an den Empfänger gelegt.

Braun arbeitete sein System zunächst in Gemeinschaft mit der Aktiengesellschaft Siemens & Halske aus; im Jahre 1903 kam aber eine Vereinigung zwischen Braun-Siemens & Halske und Slaby-Arco-Allgem. Elektrizitätsgesellschaft zu stande, woraus die »Gesellschaft für drahtlose Telegraphie, System Telefunken« in Berlin hervorging. Diese Gesellschaft hat das Verdienst, die F. zur heutigen hohen Vollkommenheit gebracht zu haben. Inzwischen sind noch andere Systeme entstanden, auch Marconi hat sein System den neuen Forschungen entsprechend vervollkommnet, aber bis jetzt erreicht noch keines das deutsche System Telefunken an Leistungsfähigkeit.

Neuerdings wird in den Empfängerstationen das Morsewerk durch Fernhörer (s. Fernsprecheinrichtungen) ersetzt. Es wird dann in den Empfängerdraht, u.zw. an der Stelle, wo die Ströme am stärksten auftreten, also im Spannungsknoten, ein sog. Detektor, d.i. eine kleine elektrolytische Zelle, und mit ihr parallel einerseits ein Kondensator, anderseits eine kleine Batterie und ein Fernhörer geschaltet. Die den Detektor treffenden Wellen rufen vorübergehende, den Morsezeichen entsprechende, längere und kürzere Verstärkungen des Batteriestromes hervor, die mit dem Fernhörer abgehört werden können. Es werden jedoch heute schon meist sog. Kontaktdetektoren verwendet, die ohne Hilfsstrom arbeiten. Die Wirkungsweise beruht auf der Berührung eines wellenempfindlichen Materials (Bleiglanz, Schwefelkies u.s.w.) mit einem Metallstift oder Graphitstift.

Die Luftleiter oder Antennen, wie sie auch genannt werden, sind heute nicht mehr einfache Drähte, sondern Gebilde aus mehreren Drähten, die an hohen Masten – bei den neueren Großstationen 200 und mehr Meter hoch – ausgespannt werden.

Bei Großstationen werden für die Stromlieferung zur Speisung des Funkeninduktors nicht Sammlerbatterien sondern Wechselstromschienen verwendet.

Die Bestrebungen, die darauf abzielen, Sender und Empfänger so zu gestalten, daß die Ausstrahlung der Wellen auf eine bestimmte Richtung beschränkt wird und die Empfänger nur auf Wellen aus bestimmten Richtungen ansprechen – gerichtete Telegraphie – befinden sich zurzeit noch im Stadium der Versuche. Praktische Anwendung findet die gerichtete Telegraphie bereits beim sog. »Telefunkenkompaß«, der den Schiffen auf See die Orientierung ermöglicht, wenn Seezeichen und Leuchtfeuer infolge Nebel versagen. Der Telefunkenkompaß besteht aus einer Anzahl Antennen, die in Form der Windrose errichtet sind. Die Orientierung in der Empfangsstation erfolgt durch eine Stoppuhr, deren Ziffernblatt eine Windrose ist.

Über die Versuche einer Verwendung der F. im Eisenbahnwesen vgl. Führerstandsignale.

Literatur: Boulanger und Ferrié, La Telegraphie sans fil et les ondes électriques (Paris). – Braun, Drahtlose Telegraphie durch Wasser und Luft (Leipzig). – Slaby, Die Funkentelegraphie (Berlin). – Zenneck, Leitfaden für drahtlose Telegraphie (Stuttgart). – Arendt, Die elektrische Wellentelegraphie (Braunschweig). – Partheil, Die drahtlose Telegraphie und Telephonie (Berlin). – Strecker, Hilfsbuch für die Elektrotechnik (Berlin).

Fink.

Abb. 181.

Abb. 182.

Abb. 183.

Abb. 184.

Abb. 185.

Abb. 186.