Die Deformation der Kabelwelle und die Mittel zu ihrer Korrektur. Von Hans Bourquin. Die Deformation der Kabelwelle und die Mittel zu ihrer Korrektur. Die folgende Darstellung- hat nicht den Telegraphenbetrieb im Auge, wie er auf transozeanischen Kabeln ausgeführt wird, wo die Leitung an beiden Enden durch Kondensatoren abgeschlossen ist, und wo mit ganz kurzen Stromstößen in alternierender Richtung gearbeitet wird. Wir denken vielmehr bei unserer Ausführung- an den Betrieb der großen unterirdischen Telegraphenleitungen der deutschen Reichspostverwaltung. Hier wird mit Gleichstrom gearbeitet; man wendet die gewöhnliche Morseschaltung- an; die beiden Elemente der Morseschrift werden durch kurze und lange Tastungen hervorgerufen. Als Empfänger dient das polarisierte Relais kleiner Form. Die Verhältnisse des wachsenden, bezüglich abnehmenden Stromes am empfangenden Ende sind von dem Elektriker Lord Kelwin auf das eingehendste berechnet worden. Sehen wir uns erst die Verhältnisse an, wenn am absendenden Ende dauernd, bezüglich sehr lang, getastet würde. Die Ordinate – die wechselnde Stromstärke werde als Kurve dargestellt – wächst zuerst akzelerierend. Sehr bald zeigt die Kurve aber eine Inflexions-Stelle, und nun wächst die Ordinate retardierend und nähert sich ohne Ende dem Maximalwert, der ihr nach dem einfachen Ohmschen Gesetz zukommt. (Stromstärke = Spannung durch Widerstand.) Die Tangente an diese höchste Stelle der Kurve würde also eine Asymptote sein. Praktisch betrachtet wird natürlich die Stromstärke schon sehr bald einen Wert erreichen, über welchen sie nicht mehr wesentlich hinausgeht. Textabbildung Bd. 324, S. 24 Fig. 1. Im Interesse der Telegraphiergeschwindigkeit wird man die Entwicklung der Kurve möglichst früh abbrechen, und nur eben dafür sorgen, daß die Apparate ansprechen. Wird die gebende Taste losgelassen, so wächst auf der andern Station die Stromstärke noch etwas, fällt darauf zwar erst rasch ab, dann aber wieder immer langsamer, und eine Tangente in dem Punkte der völligen Stromlosigkeit – in diesem Falle die Abszisse – würde wieder eine Asymptote sein. Man sieht, daß die Entladung sehr langsam vor sich geht: nach einer Stunde kann man mit unseren feinen Meßinstrumenten noch Ladungen nachweisen. In Fig. 1 sinnbildet die Kurve A das allmähliche Anwachsen der Ladung, wenn dauernd getastet wird, während die Kurve B die Stromzustände zeigt, die sich entwickeln, wenn auf der andern Station nur während des Zeitraumes C getastet wird. Uebrigens lassen sich die Verhältnisse der Kurve A und B sehr leicht durch einen Vergleich veranschaulichen. Denken wir uns eine luftleere Kugel in einem luftgefüllten Raum. Oeffnen wir ein Ventil an der Kugel, so strömt die Luft zunächst unter starker Spannung ein. Indem sich aber in der Kugel eine Gegenspannung sammelt, wird der Luftzufluß weniger lebhaft. Theoretisch betrachtet nähert sich das Innere der Kugel auch ohne Ende dem Zustand völliger Ladung. Schließen wir jetzt das Ventil, und bringen wir die Kugel in einen luftleeren Raum, so strömt die Luft nach Oeffnung zuerst heftig aus, wird aber, da ihre Spannung mit zunehmender Entladung abnimmt, nach und nach weniger heftig strömen und auch hier müßte die vollständige Entleerung im Grunde genommen erst nach unendlich langer Zeit eintreten. Die von Lord Kelwin theoretisch berechneten Kurven sind übrigens auch praktisch nachgewiesen worden. Um solche Stromverhältnisse graphisch darzustellen, wird zweckmäßig der Rußschreiber von Siemens verwendet. Bei diesem hängt eine ringförmige Spule an einer Feder in einem ringförmigen magnetischen Feld. Wird nun der Strom durch die Spule geleitet, so wird dieselbe, den Stromstärken sehr genau entsprechend, mehr oder weniger tief in das Feld hineingezogen. An der Feder ist ein sehr leichter Schreibhebel befestigt, der sich um einen festen Punkt dreht und mit seiner Schildpattspitze auf einem berußten Papierstreifen, der durch ein Uhrwerk langsam vorbeibewegt wird, Stromkurven aufzeichnet. Textabbildung Bd. 324, S. 24 Fig. 2. Das langsame Verschwinden der Ladung nach der Tastung, sowie das langsame Ansteigen des wachsenden Stromes führt nun zu allerhand Unzuträglichkeiten. Wird nämlich rasch telegraphiert, so ist am Empfangsende die Ladung noch nicht verschwunden, während sich das neue Zeichen geltend macht. Beide rinnen also zusammen, und dadurch entsteht Undeutlichkeit. Die Zeichen – sie seien mit dem Rußschreiber aufgezeichnet – erscheinen nicht als scharf abgegrenzte, kurze und lange Erhebungen auf gradliniger Basis, die deutlich als Punkte und Striche kenntlich wären. Es sind vielmehr Wellenlinien, in denen sich jedenfalls ein ungeübtes Auge kaum zurecht findet. Fig. 2 zeigt die Kurve des Wortes „Berlin“ am Ende eines 600 Kilometer langen Kabels, wenn keine besonderen Vorkehrungen zur Korrektur der Wellenformen getroffen werden. Bei der Kabeltelegraphie kommt es nun sehr darauf an, wie man das Empfangen der Zeichen bewirkt. Man könnte z.B. als Empfänger einen Rußschreiber aufstellen, und nun dem Telegraphisten aufgeben, diese Kurven zu lesen. Tatsätlich wird bei der transatlantischen Kabeltelegraphie gewöhnlich auch so verfahren; nur benutzt man dazu weniger den Rußschreiber – dieser ist mehr für wissenschaftliche Messungen geeignet – als vielmehr andere zweckmäßige Apparate, wie z.B. den Heberschreiber. Es ist nicht zu leugnen, daß ein geübter Telegraphist schließlich auch manches verstümmelte Zeichen noch wird lesen können In der deutschen Reichspostverwaltung pflegt man aber als Empfänger, wie wir schon sagten, ein Relais zu verwenden. Und hier wird es nun dringend notwendig, daß die Wellen möglichst korrekt verlaufen, damit jedes Zeichen bei aufsteigender Böschung- den Apparat anspricht, und ihn auf der absteigenden wieder gebührend freigibt. Es handelt sich hier einfach um die Frage der Telegraphiergeschwindigkeit! Sind die Wellen deformiert – und so müssen wir ein derartiges Verschwimmen ja nennen –, so kommt entweder das Telegramm verstümmelt an, so daß Zeit über Rückfragen vergeht, oder man wird genötigt, das Tempo des Telegraphierens freiwillig zu verlangsamen, damit sich die Wellen genauer voneinander trennen. Um ein flottes Telegraphieren zu ermöglichen, ist also jetzt die Parole gegeben: es gilt die Böschungen steiler zu machen! Wenn man die Erscheinungen, die durch ihre Säumigkeit störend wirken, herabdrücken will, so gibt es verschiedene Mittel, die allgemein bekannt sind: der Widerstand sei klein; die Selbstinduktion in Leitung und Apparaten werde auf ein möglichst geringes Maß gebracht; die Kapazität erreiche keinen hohen Betrag! Aber hier läßt sich nicht jeder Wunsch erfüllen. Für den Bau des Kabels sind nämlich nicht nur elektrotechnische, sondern auch wirtschaftlich-pekuniäre Gesichtspunkte gültig. Die Länge des Kabels ist gegeben: beträgt dieselbe mehr als 500 Kilometer, so pflegt die deutsche Reichspostverwaltung meist eine Uebertragung vorzusehen. Bei den Apparaten bedeutet aber eine Herabminderung von Widerstand und Induktion immer eine Schädigung der elektromagnetischen Disposition. Man hat aber dann auch verschiedene spezielle Mittel angewendet. Sehen wir bei unserer Darlegung von dem überaus umfangreichen Gebiete zweckmäßig konstruierter Relais ab, und beschränken wir uns darauf, gewisse Schaltungen vorzuführen, die dem Zweck der Telegraphierbeschleunigung dienen. Textabbildung Bd. 324, S. 25 Fig. 3. Die deutsche Reichspostverwaltung hat hier eine geniale Schaltung von Godfroy angenommen. (Fig. 3.) Hierbei wird einfach die Leitung an beiden Enden durch je eine Spule S von hoher Selbstinduktion im Nebenschluß an die Erde gelegt. Wird nun getastet, so findet der Strom wegen der hohen Selbstinduktion der Spulen zunächst keinen Abweg nach der Erde. Er bleibt also allein im Kabel, und da die Batterie stark ist, fließt ein kräftiger Strom in die Leitung. So erhalten wir eine steil ansteigende Böschung. Ist das magnetische Feld um die Spule gebaut, so hört die Selbstinduktion auf, und der Strom findet nun zum Teil einen Abweg nach der Erde. Jetzt steigt die Kurve nicht mehr an, sondern verläuft ziemlich flach horizontal. Wird die Tastung unterbrochen, so sorgen die Spulen jetzt dafür, daß auch die abfallende Böschung steil wird. Mit dem Verschwinden ihres magnetischen Feldes entstehen nämlich elektromotorische Kräfte, die ein Abfließen der Ladung zur Erde fördern. Während diese Spulen also bei ansteigenden Strömen die Böschung dadurch steil werden lassen, daß sie den Abfluß erschweren, wirken sie bei Schluß der Tastung gerade umgekehrt, indem sie durch Absaugung die Ladung entfernen helfen. Beim Telegraphieren ist es schon bei oberirdischen Leitungen notwendig, daß nach jeder Tastung wieder der Ruhekontakt berührt wird. Die in der Strombahn bewegte elektrische Menge teilt sich dann in der Mitte: der vordere Teil fließt gewissermaßen wieder zurück, und nur die andere Hälfte macht sich am Empfangsende bemerkbar. Bei der Kabeltelegraphie ist diese Sorgfalt doppelt notwendig. Ein Uebelstand ist aber der, daß bei der Entladung über den Ruhekontakt der Strom den eigenen Empfänger passieren muß, und daher keine so freie Bahn findet, als es wünschenswert wäre. Zur Beschleunigung des Abfließens ist daher eine sogenannte Entladungstaste konstruiert worden. Nach jeder Stromsendung wird nämlich die Leitung für einen kurzen Moment direkt mit der Erde verbunden, und erst nach der Trennung tritt die Verbindung mit dem Empfänger ein. Das vordere Ende der Morsetaste hat eine aus einer Blattfeder bestehende Verlängerung, welche beim Auf- und Niedergehen eine auf einer anderen Feder sitzende Scheide trifft und wegbiegt. Die Feder ist geerdet, und die Abmessungen sind so getroffen, daß die Berührung von Taste und Scheide resp. der Erdschluß, nur während der Schwebelage des Senders stattfindet. Sehr viel Beachtung verdient auch der Gegenstromsender. Wenn man nach jeder Stromsendung die Leitung nicht mit der Erde, sondern mit dem entgegengesetzten Pol derselben Batterie oder mit einer passenden zweiten Stromquelle verbindet, so gelangt man zum Wechselstrombetrieb. Derselbe liefert die steilsten Stromkurven, und erlaubt die höchste Telegraphiergeschwindigkeit. Selbstverständlich muß der Kompensationstrom in quantitativer Beziehung dem vorhergehenden Telegraphierstrom entsprechen! Der Uebelstand dieser Schaltung, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll, besteht aber darin, daß der eigene Empfänger während des Telegraphierens ausgeschaltet werden muß. Es ist daher das empfangende Amt nicht im stande, das übermittelnde während des Telegraphierens zu unterbrechen. Hat am empfangenden Ende der Strom seine gebührende Wirkung auf das Relais ausgeübt, so ist es zweckmäßig dafür zu sorgen, daß er jetzt, wo er sich höchstens unnütz geltend machen kann, möglichst rasch entfernt werde. Die deutsche Reichspostverwaltung hat mit Erfolg eine Schaltung mit zeitweiligem Nebenschluß zu dem Empfangsrelais eigerichtet. Die Idee derselben ist folgende. Der ankommende Strom wirkt zuerst auf ein Relais, über welches er zur Erde fließt. Ein von ihm geschlossener lokaler Stromkreis setzt den Schreibapparat dann in Bewegung. Dadurch wird zugleich dem Strom, der jetzt seine Arbeit getan hat, ein zweiter Weg direkt zur Erde bereitet, wodurch eine schnelle Abstoßung unnützer Ladung bewirkt wird.