Funkeninduktor und Fritter (Kohärer)
- Elektronik-Minikurse: Inhaltsverzeichnis WICHTIG: Diverse technische Infos
- Elektronik-Minikurse: Philosophie (Sinn, Vorwissen, Praxisbezug)
- Hilfe bei Leserfragen. (WICHTIG: Unbedingt zur Kenntnis nehmen!)
- Simulieren und Experimentieren, ein Vorwort von Jochen Zilg
- Autor: Thomas Schaerer Opamp-Buch Timer555-Buch
Inhaltsverzeichnis
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1. Einleitung
2. Der Hammer-Oszillator
3. Der Funkeninduktor
4. Prickelnde wundersame Arznei...
5. Das Störsender-Experiment. Verboten, aber amusant!
6. Der Funkempfänger
7. Der Fritter-Empfänger
8. Zwei Fotos aus alten Zeiten
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8.1 Ein 100 Jahre altes Buch über Elektrotechnik
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9.1 Der Funkeninduktor und der selbstgebaute Kondensator
11. Extrabeitrag: Radio-Geschichte Schweiz
1. Einleitung
Lange Zeit vor der Erfindung der
Radioröhre,
auch als Elektronenröhre bezeichnet, wurde das Senden und Empfangen
elektromagnetischer Wellen erfunden und zivil wie auch militärisch
genutzt. Ich habe es bisher zwar nirgends gelesen, aber ich gehe davon
aus, dass es die Naturbeobachtung war, welche die allerersten Anregungen
zum Nachdenken über drahtlose Telegraphie weckten. Zu allen Zeiten bis
heute staunt der Mensch über die Feuerwerke am Himmel, wenn sich Wolken
verdichten, kräftige Blitze zucken und vereinzelt auch einschlagen.
Geschieht dies, kann man aus sicherer jedoch nicht allzu grosser Distanz
immer wieder beobachten, wie es zwischen isoliert aufgespannten Drähten
und metallenen zur Erde leitenden Objekten zu kleinen Funkenüberschlägen
kommt oder man sieht in der Nähe fein leuchtende
Koronaentladungen,
vorwiegend an spitzen Metallen, weil an Spitzen die elektrische
Feldstärke deutlich höher ist. Beobachtbar ist solches allerdings nur
wenn es ausreichend dunkel ist.
Im vorletzten Jahrhundert gelang es diesen Vorgang künstlich
duchzuführen, und damit war der Weg zur Entwicklung des
elektromagnetischen drahtlosen Funks, zunächst ohne verstärkenden
Bauteile (Radioröhren), eröffnet. Diese Versuche kann im kleinen
Massstab jeder selbst durchführen und davon berichtet dieser
Elektronik-Minikurs. Diese Spielerei habe ich in meiner Jugend in den
1950/60er-Jahre selbst durchgeführt. Man braucht dazu einen
Funkeninduktor (Sender) und Fritter (Empfänger).
Um die vorletzte Jahrhundertwende war diese Spielerei eine ernste
Angelegenheit. Es war die Epoche der ersten drahtlosen Telegraphie mit
gedämpften Wellen
durch den Einsatz von starken Funkensendern (auch als
Knall-Funkensender bezeichnet!) und mechanisch aufgebauten und
subtil abgestimmten Fritter-Empfängern, auch als Kohärer-Empfänger
bezeichnet.
Im ersten Weltkrieg waren solche Sendeanlagen intensiv im Einsatz. Im
ersten Drittel des letzten Jahrhunderts bahnte sich allerdings bald das
Ende an, als
Robert von Lieben
seine verstärkende Radioröhre, die Triode, erfand. Die elektronische
Sende- und Empfangstechnik mit der Übertragung von ungedämpften
Schwingungen (Sprache, Musik,...) trat in der Folge davon ihren
Siegeszug an.
Bevor ich damit beginne aus dem eigenen "Nähkästchen" über längst
vergangene Tage zu "plaudern", will ich auf einen sehr interessanten Link
bezüglich Geschichte der Funktechnik aufmerksam machen. Es geht um die
drahtlose Telegraphie mit gedämpften elektromagnetischen Schwingungen
in der Vorelektronikära. 1897 war das Geburtsjahr der drahtlosen
Telegraphie mit elektromagnetischen Wellen. Nach Patentanmeldung und
postinternen Vorführungen in England stellte der Italiener Marconi seine
mit elektrischen Funken über 14 km arbeitende Anlage im Mai am
Bristolkanal der Öffentlichkeit vor. Die spannende Fortsetzung davon
liest man in der Webseite von Hans-Joachim Ellissen in insgesamt vier
Teilen:
2. Der Hammer-Oszillator
"Die elektrische Klingel, so wie wir sie bis heute kennen, erfand
Joseph Henry im Jahr 1831." Dies liest man
hier. Wir
betrachten die einzelnen Klingelschritte in den Teilbildern 1.1 bis 1.4.
Beim Anlegen einer Gleichspannung zieht die magnetisierte Spule S eine
bewegliche Weicheisenplatte an. An dieser ist ein kleiner Hebel
befestigt. An dessen Ende sitzt eine kleine Metallkugel welche auf eine
Glockenschale schlägt. An der beweglichen kleinen Eisenplatte ist eine
Kontaktfeder montiert. Im stromlosen und nichtmagnetisierten Zustand der
Spule S schliesst diese Kontaktfeder als Ruhekontakt K mit einem
festmontierten Kontaktbolzen den Stromkreis zwischen Spannungsquelle B
(hier eine Batterie) und Spule S. Es fliesst ein Strom I durch S und die
Metallplatte wird durch den Eisenkern der Spule angezogen. Damit öffnet
K den Stromkreis und die Kugel schlägt kurz auf die Glockenschale.
Stromfluss und Magnetisierung fallen weg und K schliesst erneut den
Stromkreis für den nächsten Glockenschlag....
Die elektromechanische Oszillation setzt sich fort. In Bild
1 wird dies in der Teilbildfolge von 1 bis 4 dargestellt und Maki, das
Lemurenäffchen aus Madagaskar, erinnert uns, dass dieses Prinzip in den
alten Telefonapparaten im Einsatz war. Dieses uralte elektromechanische
Oszillationsprinzip nennt man den
Wagner'schen Hammer.
Er funktioniert auch mit Wechselstrom, wobei die
Klingel-Resonanzfrequenz durch die 50-Hz-Netzfreqzenz leicht gestört
wird.
Solange der folgende YouTube-Beitrag existiert, möge dieser zusätzlich
in Klang, Wort und Bild die
elektrische Hausglocke
erläutern.
3. Der Funkeninduktor
Wer unter den älteren Lesern weiss noch was ein Funkeninduktor ist? Nun,
für die welche es nicht (mehr) wissen, er ist eine Art Weiterentwicklung
der in Kapitel 2 beschriebenen elektrischen Klingel. Der Funkeninduktor
hat keine Klingelmechanik, dafür einen viel grösseren Spulenkörper.
Dieser enthält die Primärspule P (dicker isolierter Draht mit wenig
Windungen) und die Sekundärspule S (dünner isolierter Draht mit sehr
vielen Windungen). Es ist im Pronzip nichts anderes als ein
Transformator (Trafo), am Besten vergleichbar mit der Autozündspule. Der
einzige Unterschied besteht darin, beim Funkeninduktor ist die
Hochspannung von der niedrigen Spannung galvanisch getrennt. Das muss
aber keineswegs beim Experimentieren so bleiben. Man kann z.B. das eine
Ende der Sekundärspule mit dem Minuspol von B verbinden.
Die Selbstinduktionsspannung an der Primärspule, welche durch das Öffnen
des Ruhekontaktes K entsteht, multipliziert sich mit dem
Windungszahlenverhältnis der Sekundärspule (S) zur Primärspule (P).
Dadurch entsteht eine Sekundärspannung Us von vielen tausend Volt (VAC).
10'000 Volt liegen durchaus drin. Eine zuoberst auf dem Funkeninduktor
montierte, in der Länge einstellbare Funkenstrecke, demonstriert die
hohen Spannungswerte durch Funkenüberschläge. Es ist jedoch keine
konstante Wechselspannung (VAC). Es sind einzelne Schwingungspackete in
Form von gedämpften Schwingungen, wie es im Kasten von Bild 2 gezeigt
wird: Bei jedem Öffnen des Kontaktes K entsteht über der Primärwicklung
P eine Selbstinduktionsspannung in Form einer gedämpften Schwingung. Die
selben gedämpften Schwingungspackete treten mit hoher Spannung zwischen
den Anschlüssen Us der Sekundärspule S auf.
Es gibt aber einen grundsätzlichen Unterschied zwischen der Arbeitsweise
eines Funkeninduktors und einer Autozündspule. Die des Funkeninduktors
ist selbsterregend oder selbstschwingend: Die stromdurchflossene
Primärwicklung P erzeugt in einem offenen Eisenkern ein Magnetfeld, das
die Feder des Kontaktes K anzieht. Dadurch unterbricht K den Stromkreis
und das Magnetfeld baut sich schnell ab. Dies erzeugt die gedämpfte
Hochspannungsschwingung und die Kontaktfeder fällt zurück und schliesst
erneut den Stromkreis, nach dem selben Prinzip wie bei der elektrischen
Klingel in Bild 1. Eine Autozündspule wird durch einen externen
Unterbrecher, der mit der Kolbentätigkeit synchronisiert ist, angeregt.
Es leuchtet auch ein, dass ein Zündfunken erst dann entstehen darf, wenn
das Gas/Sauerstoff-Gemisch im Kolbenraum komprimiert ist und der Kolben
in Richtung Dekompression bereitsteht. Erst ab diesem Moment darf die
Zündung erfolgen.
Kondensator C dient beim Funkeninduktor, wie bei der Autozündspule, dem
raschen Löschen des Funkens beim Öffnen des Kontaktes K, damit der Strom
im Primärkreis P möglichst schnell unterbricht und sich die hohe
Selbstinduktionsspannung rasch aufbauen kann. C verhindert zusätzlich den
sonst zu schnellen Kontaktabbrand.
Hier kann man nach Belieben viele
Funkeninduktoren und Zündspulen
betrachten und z.T. mit Schaltschemata und Text oder Videos dazu lernen.
An den Elektrodenanschlüssen Us entsteht bei jedem Funken ein sehr
steilflankiger Spannungseinbruch. Vergrössert man diese Elektroden durch
zwei lange Leitungen, von z.B. je einem Meter oder auch mehr zu einem
offenen Antennendipol, hat man einen perfekten "dreckigen" Störsender,
der das Langwellen-, Mittelwellen-, Kurzwellen- und sogar noch das
UKW-Band massiv stört. Genau so, wie dies die Zündfunkenanlage eines
Automobils ebenso tut, wenn nicht entsprechende Entstörmassnahmen
getroffen werden. In den 1950er-Jahren, als die ersten UKW-Empfänger
aufkamen, konnte man das noch nicht entstörte Auto gut 100 bis 200 Meter
entfernt mit einem UKW-Empfänger wahrnehmen, weil die viel zu schlechte
und zu wenig induktionsarme Abschirmung der Karrosserie dämpft die
Störstrahlung nur sehr ungenügend im UKW-Bereich. Die wirksame
Entstörung liegt in den Seriewiderständen an den Ausgängen von Zündspule
und Verteiler. Diese Widerstände bilden mit dem Kabel und dessen
Umgebung als Kapazität ein Tiefpassfilter. Dies erzeugt eine geringere
Flankensteilheit und damit reduziert sich die Bandbreite der
Störfrequenz.
Die skizzierte Wellenabstrahlung in Bild 3 hat einen rein symbolischen
Charakter. Die Wellenlängen sind deutlich grösser. Die kürzeste liegt
etwa im Meterbereich (UKW) und die längste im Kilometerbereich
(Langwelle).
4. Prickelnde wundersame Arznei...
Während meiner Schulzeit in den 1950er-Jahren, schenkte mir jemand einen
Funkeninduktor, der mich sogleich faszinierte. Ich experimentierte oft.
Von irgendwo her, hatte ich ganz spezielle und komisch aussehende
Geisslerröhren mit nur einer Metallelektrode. Sie stammten von einem
Eletrisierapparaten, der nach dem selben Funkeninduktorprinzip
arbeitete. Diese Metallelektrode verbindet man mit der hohen
Wechselspannung mit vielen tausend Volt und mit dem andern Ende des
Glaskolben "streichelte" man die Haut. Dieses Prickeln sollte für eine
gute Durchblutung gesorgt haben und mit so einem Argument machten die
Doktoren früher mal gutes Geld. Als Nebeneffekt duftete es herrlich nach
Ozon. Im abgedunkelten Raum konnte man das schöne dünne blauviolette
Leuchten im Innern des Glaskoblens beobachten, das einem sogleich an die
Nord- oder Südlicht-Auren erinnert, die schliesslich ähnlich zustande
kommen. Führt man dieses Experiment mit einem Funkeninduktor gemäss Bild
2 aus, muss man den einen Hochspannungsanschluss erden und der andere
Anschluss ist dann mit Bezug auf die Erde die asymmetrische
Hochspannungsquelle.
Hier ein Bild von diesen "medizinischen" Geissler-Röhren aus den
1920/30er-Jahren. Die Geisslerröhre mit dem kammartigen Gebilde diente
der elektrisierenden Kopfhautmassage...
Geisslerröhren sind nichts anderes als Glasröhren mit sehr stark
verdünnter Luft oder einem Gas oder Gasgemisch, welches unter Einfluss
von hoher Wechselspannung Strom durch das Fastvakuum leitet, weil sich
die Gasatome ionisieren. Erfunden hat dies ein Mechaniker namens
Heinrich Geissler,
der in der frühen Pionierzeit der Elektrotechnik und Physik zwischen
1815 und 1879 lebte. Füllt man Geisslerröhren mit unterschiedlichen
Gasen, kann man auf einfache Weise Spektralanaysen dieser Gasgemische
durchführen. Dieses Foto wurde von jemandem privat aufgenommen, der
seine Geissler-Sammlung mit dem Hochspannungsgenerator zu einem
Spottpreis verkaufte. Ich hatte damals in meinen Jugendjahren genau die
selben Geisslerröhren zum Experimentieren...
Sollte dies das Interesse am Experimentieren geweckt haben, so gibt es
eine sehr spezielle Webseite zum Thema
Geissler-Röhre.
Realisiert man in einer Geissler-Röhre die eine Elektrode als dünne
und kurze Stange mit Spitz und die andere Elektrode als Fläche,
entsteht ein gleichrichtender Effekt, - der
Geissler-Gleichrichter.
5. Das Störsender-Experiment. Verboten, aber amusant!
Das folgende Experiment, setzt ebenfalls voraus, dass der eine Hochspannungsanschluss geerdet ist. Der andere Anschluss wird mit einer Antenne verbunden. Bild 4 zeigt es:
Die ersten Störsenderversuche mit kurzem Antennendraht, aufgespannt in
einem Zimmer von wenigen Metern, hatte ich bereits hinter mir. Es war
damit möglich zu lautes Radiohören in der Nachbarschaft wirksam zu
verhindern. So hatte es in der Nachbarschaft einen Tessiner oder
Italiener der um die Mittagszeit oft den italienisch-schweizerischen
Landessender
Monte Ceneri
auf der Mittelwelle, Frequenz 558 kHz, hörte und die Opern lauthals
mitgesungen hatte. Ich hatte immer wiedermal die Schnauze voll davon und
schaltete stolz meinen breitbandigen Störsender kurz ein. Dieser
prasselte aus dem Radio des Nachbarn mindestens drei Mal so laut als er
sang, weil Monte Ceneri (damals mit einer Sendeleistung von 50 kW und
erst viel später 200 kW) in Basel keine allzu grosse Feldstärke mehr
erzeugte. Der Mann fluchte laut wie ein Rohrspatz und er stellte das
Radio ab. Bei einem erneuten Hörversuch, wiederholte ich das Spiel. Er
ist zu meinem grossen Glück nie dahinter gekommen, was oder wer die fast
synchron einschaltende Störquelle war. :-)
In der Zwischenzeit fielen alle schweizerischen
Landessender auf Mittelwelle dem Abschaltwahn der digitalen Neuzeit zum
Opfer. Während man in den Wohnungen meist problemlos die
Landessender auf Mittelwelle und die Lokalsender auf UKW empfangen
konnte und kann, ist es mit den DAB-Plus-Empfängern oft ärgerlich
problematisch. Aber man muss Bescheidenheit wahren, denn oft ist es
nicht möglich Modernisierung und Qualität unter einen Hut zu bringen.
Vor allem dann nicht, wenn das grosse Geld lockt, wenn die Produkte
möglichst schnell den Markt überschwemmen. Der Neuheitswahn vieler
Konsumenten fördert diesen Unsinn zusätzlich. Mit Geduld, Zeit zum
Nachdenken und Musse, würde die Forschung bessere Früchte tragen!
Anfangs der 1960er-Jahre war es so weit, als das Kofferradio der Marke
Akkord Pinguin U60
die Wohnung meiner Eltern schmückte und rasch meine Aufmerksamkeit
weckte. Endlich hatte ich ein transportables Radio um meine Funkversuche
mit Unterstützung des Velo (Fahrrad) auszudehnen. Dazu vergrösserte ich
erstmal die Sendeantenne, wie dies
Bild 4
etwa illustriert. Bild 4 zeigt einen aufgespannten Draht von etwa zehn
Meter Länge, montiert an zwei Weidezaunisolatoren an den Aussenwänden
von zwei Dachmansarden. Einen dritten Isolator montierte ich weiter oben
ausserhalb eines kleinen Dachfensters. Von da aus gingen zusätzlich zwei
Antennendrähte zu den beiden Isolatoren der Mansarden.
Das Antennensystem sah also fast so aus wie ein gleichschenkliges
Dreieck mit einer Gesamtlänge von etwa 30 Metern. Daran schaltete
ich den Hochspannungsausgang des Funkeninduktors. Die Kapazität dieser
Antenne führte dazu, dass die Funkenstrecke wegen dem Spannungsabfall
etwas kleiner eingestellt werden musste, dafür aber die Funken zwischen
den beiden Elektrodenspitzen herrlich laut prasselten, weil durch diese
Kapazität die Entladungsströme grösser wurden.
Nun packte ich das Kofferradio und befestigte es auf dem Gepäckträger
des Velo und ich fuhr weg. In Abständen von etwa 100 Metern hielt ich
jeweils an und testete den Empfang auf Lang-, Mittel- und Kurzwelle. Mit
zunehmender Entfernung vom Sender machte sich eine schwache Selektivität
im höheren Frequenzbereich der Mittelwelle, so etwa bei 1200 kHz,
bemerkbar. Auf dieser Frequenz konnte ich mein selbstproduziertes
"Gewitter", mehr als 1 km vom Sender entfernt, gerade noch schwach aus
dem Lautsprecher hören.
An dieser Stelle ist es meine (juristische) Pflicht darauf hin zuweisen,
dass solche Experimente grundsätzlich jedem heutigen Fernmeldegesetz
widersprechen und deshalb nicht durchgeführt werden dürfen! Da man
solche archaischen Radioexperimente allerdings auch irgendwo auf einer
Alp, z.B. im Himalaya, oder auf einer fernen Insel mit Batterien ohne
Stromanschluss, weit weg von der Zivilisation die in der Lage wäre den
Störsender zu empfangen, durchführen kann, darf man dieses Experiment in
einem Elektronik-Minikurs durchaus erwähnen und letztlich ist jeder
selbst dafür verantwortlich, wie er oder sie mit seinen erworbenen
Erkenntnissen umgeht. Damit wäre dies ein für allemal klar und deutlich
erwähnt. :-)
Die ersten Gesetze betreffs Verbot von breitbandigen Funkensendern gehen
auf das Jahr 1927 zurück. Neue Sender dieser Art, man nannte sie
B-Wellen-Sender, durften im zum Ende gehenden deutschen Kaiserreich ab
Januar 1929 bei Land- und festen Funkstellen nicht mehr errichtet werden
(Landfunkstellen: Küstenfunkstellen, Boden-Flugfunkstellen). Funkstellen
der festen Dienste wie z.B. Überseefunk, Inland- und Europafunk (jedoch
ohne Rundfunk), Sonderdienste (Funkfeuer, Peilstellen, Zeitzeichen o.ä.).
Der aufmerksame Leser stellt sich an dieser Stelle natürlich die Frage,
wie es denn möglich ist weit mehr als 100 km zu überbrücken, wenn es mir
gerade mal für 1 km reichte. Ganz einfach: Zur Erzeugung von gedämpften
Schwingungen mit ähnlich hohen oder noch höheren Spannungen benutzte man
ebenfalls das Prinzip des Funkeninduktors. Allerdings baute man solche,
die in der Lage waren neben der hohen Spannung auch hohe Ströme zu
liefern, damit die Spannung nicht zusammenbrach, wenn die Länge der
Antenne an den ungefähren Wellenlängenbereich angepasst wurde. Man
arbeitete vorwiegend auf Lang- und Längstwelle, also im Bereich um die
100 kHz und auch deutlich niedriger. Bei einer Viertelwellenlänge, die
optimale Antennendrahtlänge, beträgt diese bei einer Sendefrequenz von
100 kHz immerhin stolze 750 Meter, montiert auf mehreren hohen Masten.
Mehr zu diesem Thema liest man im weiter oben genannten
Link
in der Einleitung.
6. Der Funkempfänger
Diese Funkensender konnten weder amplituden- und schon gar nicht
frequenzmoduliert werden. Also war an eine Übertragung von Sprache und
Musik noch gar nicht zu denken. Zur Anwendung kam das
Morsen,
das nur den binären Zustand Strom = ein und Strom = aus kennt.
Entweder es wird ein Strich, ein Punkt oder nichts auf einen
Papierstreifen gezeichnet. Wie dies damals vor und um die vorletzte
Jahrhundertwende drahtlos möglich war, wollen wir hier etwas näher
betrachten.
Die Sache mit dem Sender ist schnell erklärt. Eine Morsetaste schaltet
den Funkensender ein und aus. Die Dauer des Tastendrucks bestimmt, wie
bei der drahtgebundenen Übertragung, ob ein Strich oder ein Punkt
gesendet wird. Was den Empfänger betrifft, wollen wir schrittweise das
Funktionsprinzip kennen lernen. Wir befassen uns im nachfolgenden
Kapitel 7 mit dem so genannten Fritter, auch als
Kohärer
bezeichnet.
Bild 5 zeigt links den Funkensender mit einem Funkeninduktor. Keiner der Hochspannungsanschlüsse ist hier geerdet. Im Einsatz ist eine offene Dipolantenne mit etwa 2 Meter Spannweite. Dieser einfache Versuchsaufbau ist in einem beliebigen Wohnzimmer durchführbar. Im Abstand von etwa 1 bis 2 Meter baut man den Empfänger mit der selben Dipolantenne mit einer sehr kleinen Funkenstrecke F von etwa einem Millimeter auf. Dass alle Antennenmontagepunkte gut isoliert sein müssen, versteht sich von selbst. Man schaltet den Funkeninduktor ein und der grosse Funke F funkt kräftig. Nun dunkelt man das Zimmer so gut ab wie möglich. Am besten eignet sich dieses Experiment nachts, wenn es ganz dunkel ist. Nun beobachtet man die kleine Funkenstrecke F bei der Empfangsantenne und man bemerkt schwache Funken. Genau dies waren die allerersten Versuche im vorletzten Jahrhundert mit Funkensendern und Funkempfängern.
7. Der Fritter-Empfänger
Man betrachte in Bild 6 auf der rechten Seite die Empfängerschaltung.
Der Fritter (Kohärer) besteht aus einem kleinen Glas- oder
Plexiglasrohr mit einem Durchmesser von etwa 1 cm und einer Länge von
etwa 5 bis 10 cm. Beide Enden sind mit je einem Gummistöpsel
verschlossen und durch deren Mitte geht von aussen nach innen eine von
aussen elektrisch kontaktierbare Metallnadel. Die Nadelenden im innern
des Glasrohrs sind mit einem metallenen Zylinder mechanisch/elektrisch
verbunden. Zwischen diesen beiden Zylindern, in der Funktion als
Elektroden, hat es feines Metallpulver aus Eisen oder Nickel. Einzig
Eisen, Nickel und Kobald sind magnetisch. Siehe im Wiki unter
Ferromagnetismus.
Das Metallpulver liegt so locker zwischen den Elektroden, so dass ein
elektrischer Kontakt zwischen den beiden Elektroden im Rohr gerade noch
nicht möglich ist. Das Pulver darf als nicht gepresst sein! An den
Nadelenden ausserhalb des Rohres verbindet man zwei freiliegende, besser
aufgehängte, Drähte von je etwa einem Meter Länge. Dies ist die
Dipolantenne für den Empfang. Zusätzlich schliesst man den Fritter in
einen Stromkreislauf, der z.B. ein Relais oder eine kleine Glühlampe
steuert. Dies kann natürlich auch eine LED sein. Wie gross der
Vorwiderstand sein soll, muss man ausprobieren. Damit ist der
Fritter-Empfänger vorbereitet. Warum Fritten das Zusammenbacken
pulverförmiger Bestandteile bedeutet, werden wir gleich erkennen.
Man schaltet jetzt den Funkeninduktor ein, dessen Anordnung vom
Fritter-Empfänger einige Meter entfernt aufgebaut wurde. Nun stellt man
mit Erstaunen fest, dass das Relais anzieht oder die kleine Lampe
leuchtet. Allerdings bleibt der eingeschaltete Zustand erhalten, wenn
der Funkeninduktor (Funkensender) wieder ausgeschaltet wird. Die
Metallpulverteile haben sich durch den Einfluss des E-Feldes zwischen
den Elektroden ausgerichtet und bilden sehr viele Kontaktbrücken. Es
genügt bei ausgeschaltetem Funkensender allerdings ein feines Klopfen an
das Rohr und die Metallpulverteile verteilen sich erneut chaotisch
und der Fritter verliert seine Kontaktwirkung.
Man erfand damals die Methode dies mit dem Wagner'schen Hammer zu
automatisieren: Wenn durch Empfang der Fritter Strom leitet, wird eine
Spule magnetisiert die ein bewegliches Eisenplättchen anzieht, die einer
Klingel ähnlich, mit einem kleinen Bolzen auf das Glasrohr schlägt und
so den Fritterkontakt wieder unterbricht. Wenn der Funkensender eine
Impulsfolgefrequenz liefert die niedriger ist als die
Eigenresonanzfrequenz der elektromechanischen
Fritter-Empfängerschaltung, ist es möglich Impulsketten zu übertragen,
entweder für Steuerzwecke oder für Nachrichten (Morsezeichen). Wichtig
für den erfolgreichen Einsatz von Morseschreibern waren schnelle
Fritter-Empfänger.
Die Spule des Morseschreibgerätes wurde parallel mit der Spule des
Fritters geschaltet. Dieses elktromechanische System - im Prinzip ein
Relais - musste etwas träger arbeiten als der Fritter selbst, damit der
Anker des Morse-Relais so lange angezogen bleibt, wie der Fritter eine
konstante Funkwelle empfängt und der Fritter oszilliert. Nur während
der Funkpause, also zwischen Strichen und Punkten des Morsealphabetes,
darf der Anker des Morserelais abfallen. Im angezogenen Zustand des
Ankers drückt der montierte Schreibstift auf die drehende Papierrolle.
Die Vorschubgeschwindigkeit des Papieres und die Arbeitsfrequenz an der
Morsetaste bestimmten die Länge der Striche und Punkte auf dem
Papierstreifen.
8. Zwei Fotos aus alten Zeiten
Die folgenden beiden Fotos eines Fritter-Funkempfängers aus dem Jahre 1902 vermitteln einen Eindruck wie diese Geräte damals ausgesehen haben. Die Wiedergabe dieser beiden Bilder, mit dem dazugehörigen Text, erfolgt mit freundlicher Genehmigung des Betreibers der folgenden Webseite. Hier noch einmal seine sehr empfehlenswerte Webseite über die drahtlose Telegraphie mit gedämpften elektromagnetischen Schwingungen, beginnend mit den Pionieren Faraday, Maxwell, Örstedt, Hertz, Branly, Popow und Marconi und mit den Lichtbogensendern und mit den ersten Sendern in Röhrentechnik mit ungedämpften Schwingungen schliessend, - eine wahre Fundgrube für Interessierte an der Geschichte der Elektrotechnik und Elektronik:
Der Kohärer - auch Fritter genannt - wurde 1890 von Eduard Branly
erfunden. Er besteht aus einem Glasröhrchen mit zwei Elektroden zwischen
denen sich feines Metallpulver befindet. Zwischen den Elektroden liegt
normalerweise ein sehr hoher Widerstand. Treten in der Nähe dieser
Anordnung elektromagnetische Wellen auf, wird das System leitend, weil
sich das Metallpulver miteinander verbindet. Da die Metallspäne auch
nach Beendigung der elektromagnetischen Wellen verbunden bleiben, wird
der nichtleitende Zustand durch Beklopfen des Glasröhrchens nach jedem
Zeichen wiederhergestellt.
Funkempfänger mit Schreiber von 1902 (System Braun):
Der Kohärer ist direkt in den aus Reihe geschalteten Spulenelementen
gebildeten "Abstimmkreis" zwischen Antenne und Erde gelegt. Ein in den
Kohärerkreis geschaltetes Relais bedient Klopfer und Morseschreiber.
Hörempfang ist mit diesem Gerät nicht möglich. Nach Berichten war der
Kohärer mit seinen "Locker-Kontakten" ein sehr launisches Bauteil das
manchen Telegrafisten zur Verzweiflung gebracht haben soll.
Kohärer und "Klopfer" (Ausschnittsvergrösserung):
8.1 Ein 100 Jahre altes Buch über Elektrotechnik
Anmerkung von mir: Beim ersten Bild fällt mir der Name Braun auf. Zu
Ehren dieses Mannes möchte ich zum Schluss dieses Kapitels ein paar
Worte widmen:
Lange vor der damals revolutionären Erfindung der Radioröhre, u.a. von
Lieben die Triode, wurde an technischen Hochschulen mit Funkensendern
über grosse Distanzen experimentiert. Ein wichtiger Pionier gegen Ende
des vorletzten Jahrhunderts war Marconi. Anstatt von Eisenpulver
verwendete er im Fritter Nickelpulver, da es weniger leicht oxydiert als
Eisenpulver. Weitere berühmte Pioniere waren Slaby und Braun. Braun
soll der einzige gewesen sein, der Marconis Prinzip richtig verstanden
hat. Daraus entwickelte er die Methode die Funkenstrecken induktiv per
Schwingkreis anzukoppeln. Für diese Arbeit erhielt Braun sogar den
Nobelpreis.
Diesen Abschnitt habe ich leicht verändert aus einem Originalbuch aus
dem Jahre 1909 mit dem Titel Elektrotechnisches Experimentierbuch
von Eberhard Schnetzler übernommen. Jochen Zilg, der Schreiber des
Vorwortes
meiner Elektronik-Minikurse, schenkte mir ein Exemplar, da er zwei davon
hatte:
Da dieses Buch nur noch im Zentralen Verzeichnis Antiquarischer Bücher (ZVAB), falls aktuell vorhanden, erhältlich ist, hat Herr Dr. Rainer Köthe dieses Werk erworben und eingescannt. Er war so freundlich, dass ich dieses Buch zum Downloaden hosten darf. Und so steht dieses historische Werk allen zur Verfügung, die sich für die Geschichte der praxisbezogenen Elektrotechnik interessieren:
-
Download: Elektrotechnisches Experimentierbuch von Eberhard Schnetzler
(ZIP-Datei = 240 MByte entpackt als PDF)
9. Amusanter Auszug aus dem 100 Jahre alten Buch
9.1 Der Funkeninduktor und der selbstgebaute Kondensator
Wir wissen, dass die Spannung des Induktionsstromes mit von der
Geschwindigkeit abhängt, mit welcher der erregende Strom unterbrochen
wird. Ferner wissen wir, dass an der Unterbrechungsstelle jeweils ein
Funke auftritt, wenn der Strom geöffnet wird. Das Auftreten des Funkens
zeigt uns aber, dass der Strom nicht plötzlich unterbrochen wird, das
heisst nicht in der kurzen Zeit von einem von seinem normalen Wert auf
Null herabsinkt, in der die tatsächliche Trennung des Leiters erfolgt,
sondern dass er infolge der Selbstinduktion den Luftzwischenraum anfangs
überwindend, nur allmählich schwächer wird, bis er ganz unterbrochen
ist.
Wollen wir also die Wirkung eines Induktionsapparates verstärken, so
müssen wir danach trachten, den Funken an der Unterbrechungsstelle
möglichst zu verkleinern.
Ab dieser Stelle musste ich den Text leicht anpassen, damit er zu Bild 2 passt:
Wir betrachten das Schema in Bild 2 links, in welchem EK den Eisenkern, P die primäre, S die sekundäre Wickelung ("Wickelung" ist kein Schreibfehler!), B eine Batterie als Stromquelle, EA den Eisenanker und K die Unterbrechungsstelle bezeichnet. Wenn wir den an K endstehenden Funken verkleinern wollen, so müssen wir die Spannungsdifferenz zwischen den beiden offenen Kontaktstellen verringern, was wir dadurch erreichen, dass wir die Kapazität vergrössern, in dem wir den Kondensator C an sie anschliessen, wie dies Bild 2 zeigt.
Der Kondensator muss eine grosse wirksame Fläche haben und wird deshalb aus einzelnen Stanniolblättern (damals Zinn-Folie) hergestellt, die von Papier untereinander isoliert sind. Er wird in einem Kasten untergebracht, der zugleich die Grundlage für die Induktorrolle bildet, und von der Grösse dieser hängen auch die Masse des Kastens ab. Die isolierenden Papierblätter schneiden wir aus nicht zu dünnem Seidenpapier (oder dünnem Paraffinpapier) so gross, dass sie etwa 0.5 cm Spielraum in dem Kasten finden. Die Stanniolblätter müssen 1 bis 2 cm kleiner sein, als die Papiere und auf einer Seite einen 4 bis 5 cm langen Fortsatz haben (Kontaktstellen). Um die Isolierfähigkeit der Seidenpapiere zu erhöhen, werden sie in Schellacklösung gebadet. In ein flaches Gefäss, etwa eine hinreichend grosse Entwicklungsschale, wie sie in der Photographie gebraucht werden, giessen wir den Schellack. Die zugeschnittenen Seidenpapiere werden dann einzeln durch die Lösung gezogen und mit je zwei Stecknadeln an einer aufgespannten Schnur zum Trocknen aufgehängt. Danach werden Stanniolblätter, durch die schellackierten Papiere voneinander getrennt, so aufeinander gelegt, dass beim ersten Fortsatz nach rechts, beim zweiten nach links, beim dritten wieder nach rechts u.s.w. herausragt.
Tja und so geht das noch lange weiter mit der Anleitung - heute sagt man Application-Note - einen Kondensator selbst zu bauen; dies in einer Zeit, als man diese passiven Bauteile noch lange nicht ganz selbstverständlich bei Distrelec, Farnell oder andern Grossdistributoren aus einem Riesensortiment auswählen und bestellen konnte. Nicht nur in dieser Sache hat sich in den letzten 100 Jahren enorm viel verändert...
10. Der KOSMOS-Radiomann
eDie folgende Webseite wird manch Bastlerherz aus alter Zeit höher
schlagen lassen. All diejenigen welche heute etwa 60 Jahre alt sind und
älter, werden sich noch gut an die Zeiten dieses Lern-Baukastensystems
erinnern.
Die Schule Walenstadt in der Region Sarganserland-Walensee in der
Schweiz hat sich zur Aufgabe gemacht eine Erinnerungswebseite zu
gestalten, die ich natürlich den interessierten
Elektronik-Geschichte-Lesern nicht vorenthalten möchte. Entdeckt habe
ich diese Webseite mit Google und dem Eintrag "wagner'scher
hammer". Wir wissen ja jetzt, was es mit diesem Hammer auf sich
hat... :-)
Diese Erinnerungs-Webseite enthält auch schöne Bilder, wie z.B. den
Funkeninduktor aus dem KOSMOS-Lehrmittelverlag in Stuttgart. Ich wünsche
allseits viel Spass und dass diese Webseite noch lange erhalten bleibt:
-
Der KOSMOS-Radiomann:
Vom Gebirg bis zum Ozean, alles hört der Radiomann!
11. NEU! Radio-Geschichte Schweiz
Bis zu diesem Beitrag geht es auch um die Frühgeschichte des
Rundfunks. Bevor es zum ersten Radiosender mit
Sende-Vakuumröhren
kam, gab es nur den so genannten Funkensender und den Fritter als
Empfänger. Geeignet für das Übertragen von Morsesignalen. Eigentlich
eine digitale Übertragung. Wichtige Info für all diejenigen die gerne
glauben wollen, dass die Digitalisierung eine absolute Neuerfindung sei.
Für Elektroniker stets ein absurder Gedanke, vor allem bei der etwas
älteren Generation, die bereits vor Jahrzehnten digitale Schaltungen
realisierten. Beginnend mit RTL-Logik. Und dann fortgesetzt mit DTL-,
TTL-, CMOS- und HC(T)MOS-Logik (Reihenfolge unvollständig). Wenn diese
Story jemand interessiert, dann empfiehlt sich dieser
Elektronik-Minikurs.
Dies war das DIGITAL-DESIGN-SEMINAR von Texas-Instruments,
veranstaltet durch die Firma ASCOM am 24.09.1992 in Zürich. Dies war vor
beinah 30 Jahren.
Warum die Schweizer Radio-Geschichte, ist schnell beantwortet. Ich habe
als Schweizer selbst ein Teil dieser interessanten Geschichte miterlebt
und auch zum Teil persönlich erfahren. So hatte ich als etwa 16-Jähriger
die Gelegenheit einer privaten Führung durch die technischen Anlagen von
Radio Sottens.
Mir ist bewusst, dass es sicher ebenso interessante Links zu deutschen
oder österreichischen Radio-Geschichten gibt. Ich denke auch bei denen
nicht nur an Wiki-Seiten, sondern individuell gestaltete, im ähnlichen
Sinne wie den folgen Link, den ich hier vorstelle. Der folgende
radio-historische Inhalt aus der Schweiz, wird auch ältere Menschen
interessieren, die im grenznahen Bereich zur Schweiz leben und die
Schweizer Radiosender auf Mittelwelle empfangen haben. Der Name
Beromünster
war legendär für den deutschsprachigen Mittelwellensender.
Der langen Rede kurzer Sinn, der Vorgang geht auf!
- Radio-Geschichte Schweiz Der technische Inhalt beginnt ab Seite 5.
Viel Spass!
Thomas Schaerer, 03.02.2004 ; 31.08.2004 ; 02.05.2005 ; 10.11.2005 ; 04.01.2008 ; 06.04.2012 ; 29.01.2015 ; 29.09.2016 ; 10.10.2016 ; 14.07.2021 ; 04.10.2021