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Wellenmesser (Franke & Dönitz) und Cymometer (Fleming)

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Dietmar Rudolph † 6.1.22
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25.May.12 11:51
 
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Bei den frühen Versuchen zur Funkübertragung (im Sinne von Nachrichtenübertragung mit Hilfe von Morsezeichen) wurde auf der Senderseite die Funkenstrecke an  einer Seite mit einem "Luftleiter" (der Antenne; z.T. komplizierte Gebilde) verbunden und auf der anderen Seite mit der Erde, letzteres eine Erfindung von Marconi. Einen speziellen Resonanzkreis hatten diese Sender noch nicht, vielmehr ergab sich die "Wellenlänge" der Aussendung aus der (elektrischen) Länge der Antenne, die das einzige resonanzfähige Gebilde bei einem derartigen "Funken-Sender" war. Die Antenne wird auch als "offener Schwingkreis" bezeichnet.

Entsprechend einfach war auch die Empfangseinrichtung. Oft wurde die "Sendeantenne" durch Umschalten zur Empfangsantenne, weil nicht gleichzeitig gesendet und empfangen werden konnte. Manchmal wurde auch ein einfacher Draht als "Luftleiter" verwendet. Auch im Empfänger gab es anfänglich keinen Resonanzkreis und nur durch Zufall stimmten die Resonanzfrequenzen von Sender und Empfänger überein.

Daß unter solchen Voraussetzungen trotzdem ein Funkverkehr möglich war, lag daran, daß die von den "Funken-Sendern" ausgesendeten hochfrequenten Wellen-Bursts ein sehr breites Frequenzspektrum hatten, so daß auch ein "fehlabgestimmter" Empfänger noch etwas detektieren konnte.

Das hatte aber andererseits zur Folge, daß sich die frühen "Funken-Stationen" gegenseitig erheblich störten.

Abhilfe brachte zunächst die Erfindung von Braun (Erfinder der "Braunschen Röhre"), der den Funken-Sender dahin gehend verbesserte, daß zunächst ein "geschlossener L/C Schwingkreis" angestoßen wurde, an den die Antenne dann transformatorisch angekoppelt war. Aber auch das ergab noch keine "einwellige" Aussendung. Diese ergab sich erst durch die Erfindung der "Löschfunken".

Ohne diese Themenstellung an dieser Stelle weiter zuvertiefen, erkennt man trotzdem, daß es von großer Wichtigkeit war, die Frequenz bzw. Wellenlänge einer Aussendung messen zu können. (Anfänglich hat man bevorzugt mit "Wellenlängen" gearbeitet und viele Skalen von Radios sind noch bis in die '30er Jahre in Metern beschriftet. Für Kuzwelle hat sich das bis heute gehalten.)

Dönitz hat 1903 in der ETZ seinen "Wellenmesser" vorgestellt und Fleming hat sein "Cymometer" (in deutscher Literatur als "Kymometer" bezeichnet) 1904 patentiert und 1905 im Electrican beschrieben. Beides sind Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Frequenz bzw. der Wellenlänge.

Da es zu dieser Zeit noch keinen zuverlässigen Detektor für HF Schwingungen gab, mußte die Resonanz indirekt über das Maximum des Stromes im Schwingkreis gemessen werden, welches im Resonanzfall um den Faktor Q (Güte des Schwingkreises) größer als der eingespeiste Strom ist. Hierzu wird ein kurzes Stück Widerstands-Drahtes in den Schwingkreis eingefügt, welches sich dann durch den Schwingkreisstrom erwärmt.

Die Erwärmung führt zur Ausdehnung eines Gasvolumens, welche mit Hilfe einer Quecksilbersäule gemessen werden kann. (Wellenmesser von Franke & Dönitz). Alternativ kann auch ein Thermo-Element erwärmt werden, wodurch eine Gleichspannung entsteht, die mit Hilfe eines Galvanometers angezeigt wird (Cymometer von Fleming). Beim Cymometer wird alternativ die Resonanzüberhöhung der Spannung am Schwingkreis-Kondensator dazu verwendet, eine Glimmlampe zum Zünden zu bringen. Wie daraus zu erkennen ist, war die damalige Frequenzmessung keinesfalls "leistungslos", sondern erforderte zu ihrer Messung  kräftige Hochfrequenz-Schwingungen.

Der Wellenmesser

Eine Beschreibung des Franke-Dönitz'schen Wellenmessers kann man in "Righi, A.; Dessau, B.: Die Telegraphie ohne Draht, Vieweg, 1907" finden. Ein Bild aus "Rein, H.: Lehrbuch der drahtlosen Telegraphie, Springer, 1917".

Der von Franke und Dönitz herrührende Wellenmesser der Gesellschaft für drahtlose Telegraphie ist [ebenfalls] ein Resonanzkreis mit Kapazität und Selbstinduktion; nur ist es hier die Selbstinduktion, die während einer Messung konstant bleibt, während die Kapazität kontinuierlich verändert wird, bis Resonanz mit den ankommenden Wellen eintritt. Der Apparat, der in Fig. 227, 228 und 229 im Grundriß und Aufriß bzw. in der äußeren Ansicht dargestellt ist, besteht aus einem Selbstinduktionskreis s von wenigen Drahtwindungen und einem regulierbaren Kondensator, der aus zwei Sätzen halbkreisförmiger Platten f und b gebildet und in einem mit, Paraffinöl gefüllten Behälter untergebracht ist.

 

 

Die Platten jeder Serie sind leitend miteinander verbunden, von denen der anderen Serie aber isoliert. Die eine Serie f ist fest am Gestell des Apparates montiert; dagegen sind die Platten b beweglich und können durch Drehung des Knopfes g mehr oder minder weit zwischen die Platten f geschoben werden. Von ihrer Lage, die vermittelst eines an dem Knopfe angebrachten Zeigers z auf einer Teilung t abgelesen wird, hängt offenbar die Kapazität des Kondensators und damit die Schwingungsdauer des Systems ab. Die Resonanz zwischen dieser und den auf die Spule s einwirkenden Wellen wird daran erkannt, daß in diesem Falle der Ausschlag des Hitzdrahtinstrumentes h ein Maximum erreicht. Dieses Instrument ist ein Luftthermometer, in dessen Behälter eine Spirale w eingeführt ist, welche von dem zu messenden Strom durchflossen wird; je stärker dieser Strom und die durch ihn verursachte Erwärmung der Spirale, um so größer ist die an dein Manometer abzulesende Druckzunahme. Die Spirale w ist nicht direkt mit dein Schwingungskreise verbunden, sondern wird nur induktiv durch denselben beeinflußt. Dem Schwingungskreis gehört nämlich, wie aus den Abbildungen ersichtlich ist, außer der Selbstinduktion s auch eine kleine Spule i an, um welche die mit w verbundenen Drahtwindungen i1 gelegt sind. Die in i fließenden Stromschwingungen rufen in i1 und w Ströme von proportionaler Stärke wach und diese sind es, die in h zur Messung gelangen. Das Intensitätsverhältnis zwischen beiden und damit die Empfindlichkeit der Messungen hängt unter sonst gleichen Umständen offenbar von dem Abstande zwischen i und i1 ab, der variiert werden kann, um das Instrument verschiedenen Bedingungen anpassen zu können. Dies ist notwendig, weil auch bei gleicher Energieaufnahme durch das Instrument die Stärke des in demselben erzeugten Stromes sehr verschieden sein kann, je nachdem die betreffende Schwingungsdauer aus einer Kombination von großer Kapazität mit kleiner Selbstinduktion oder von geringerer Kapazität mit entsprechend größerer Selbstinduktion hervorgegangen ist. Beides aber kann eintreten, denn dem Instrumente sind, um seine Schwingungsdauer innerhalb weiterer Grenzen variieren zu können, als dies mit ausschließlicher Hilfe des Kondensators möglich wäre, drei Spulen s von verschiedener Drahtlänge und Windungszahl beigegeben, die je nach Bedarf leicht gegeneinander ausgewechselt werden können. Der Meßbereich des Instrumentes umfaßt Wellenlängen zwischen etwa 140 und 1100 m, die aus der dreifachen, den drei Spulen entsprechenden Teilung ohne weiteres abgelesen werden. Die Genauigkeit ist eine sehr große.

Soll das Instrument, anstatt zur Ermittelung der Länge der von einem entfernten Sender stammenden Wellen, zur Bestimmung der Schwingungszahlen der einzelnen Teile einer Anordnung, z. B. einer Senderantenne, dienen, so schaltet man in diese möglichst nahe zu der Stelle, an welcher ein Strombauch zustande kommt, eine Drahtschleife ein, welche man, während in der Antenne elektrische Schwingungen erregt werden, auf die parallel zu ihr angeordnete Spule s des Wellenmessers einwirken läßt. Die Entfernung zwischen beiden darf weder so gering sein, daß eine merkliche Rückwirkung der Spule auf die Drahtschleife der Antenne stattfinden kann, noch auch so groß, daß dadurch die Empfindlichkeit zu sehr verringert wird. Die günstigste Koppelung muß durch Versuche festgestellt werden.

 

Das Cymometer

Text aus "Righi/Dessau", dazu Bilder aus "Fleming, J.A.: The Principles of Electric Wave Telegraphy and Telephony, Longmans & Green, 1910" und "Erskine-Murray, J.: A Handbook of Wireless Telegraphy, 4th ed., Crosby Lockwood, 1913"

Von dem beschriebenen Wellenmesser unterscheidet sich das in Fig. 230 und 231 in Grundriß bzw. Vorderansicht dargestellte Kymometer von Fleming hauptsächlich dadurch, daß hier Kapazität und Selbstinduktion kontinuierlich und gleichzeitig miteinander verändert werden.

Der Kondensator ist durch zwei voneinander isolierte konaxiale Messingröhren gebildet, von denen eine E auf der Grundplatte des Apparates befestigt ist, während die andere vermittelst eines Handgriffes h mehr oder minder über jene hinweg geschoben wird. Mit dem Handgriff ist auch ein beweglicher Kontakt K verbunden, durch welchen eine veränderliche Zahl von Windungen der Spule HH in den Schwingungskreis eingeschaltet wird. Der Eintritt der Resonanz ist an dem Aufleuchten der Vakuumröhre V zu erkennen, welche Kohlensäure oder besser Neon, eines der Edelgase der Atmosphäre, in starker Verdünnung enthält, und die zugehörige Wellenlänge wird auf der Teilung SS ohne weiteres abgelesen.

Das prinzipielle Schalbild des Cymometres ist bei Erksine/Murray angegeben, woraus die Konstruktion sehr deutlich hervorgeht.

Fig. 49 zeigt das Prinzip, allerdings ohne den Indikator, wie es bei Fleming beschrieben wird. Ein Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß sich sowohl eine lange und dünne Zylinder-Spule, als auch ein zylindrischer koaxialer Kondensator sehr genau theoretisch berechnen lassen. Schließlich gab es zur damaligen Zeit noch kein Gerät, mit dem das Cymometer hätte "geeicht" werden können.

 

Fig. 48 zeigt eine Ansicht des Cymometers "älterer Bauart". Man erkennt, daß mehrere koaxiale Kondensatoren verwendet werden, womit man zu tieferen Frequenzen bzw. zu längeren Wellen kommt.

In Fig. 51 sind die beiden möglichen Indikatoren für Resonanz gezeigt: ein Galvanometer, das von einem Thermokreuz gespeist wird (links) und eine Glimmlampe zwischen den beiden Klemmen am Cymometer hinten mittig.

Fig. 50 zeigt die verbesserte Variante des Cymometers, bei welchem die Verstellung bzw. Verschiebung von Koaxial-Kondensator und Spulenabgriff mit Hilfe einer Kurbel erfolgen, wodurch eine feinere Einstellung möglich wird.

Die Gleichzeitige Veränderung von L & C ist meßtechnisch günstiger als die alleinige Änderung des (Dreh-) Kondensators, wie beim Wellenmesser von Dönitz.

In "Rein, H; Wirts, K.: Radiotelegraphisches Praktikum, 3.A., Springer, 1922" heißt es hierzu:

Wesentlich für die Güte eines Wellenmessers ist ferner, daß sein Dämpfungsdekrement δ für alle Wellenlängen annähernd gleichen Wert besitzt. Bei gleichbleibendem Leistungswiderstand W des Wellenkreises müßten daher nach Gleichung δ = π·W·C/L gleichzeitig C und L so verändert werden, daß deren Verhältnis C/L konstant bleibt, eine Forderung, die sich bei einem Wellenmesser mit steig veränderlichem Kondensator und einem Spulensatz nicht erfüllen läßt.


Bei Radios gab es zu Beginn der '30er Jahre von Siemens einige Geräte mit der "Riesenskala" welche ebenfalls eine kombinierte L/C Abstimmung hatten und dadurch ohne Umschaltung den kompletten LW/MW Bereich abstimmen konnten. Als variable Spulen kamen dabei keine Zylinderspulen mit Abgriff, sondern Variometer zum Einsatz. Abb. 349 & 350 ("Lehmann, W.: Die Rundfunk- und Tonfilm-Technik, 2.A, Killinger, 1932") zeigt hierfür ein Beispiel.

Der große Abstimmbereich ist ein weiterer Vorteil, der auch für das Cymometer gilt.

MfG DR

Questo articolo è stato modificato il 25.May.12 11:55 da Dietmar Rudolph † 6.1.22 .

  
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