Moderne Probleme der drahtlosen Telegraphie. Von Dr. Paul Ludewig, Privatdozent an der Bergakademie Freiberg. (Schluß von S. 295 d. Bd.) LUDEWIG: Moderne Probleme der drahtlosen Telegraphie. III. Die Sendeseite. Ich habe mit den bisherigen Ausführungen den Problemen der Antennengestalt eine nähere Besprechung zuteil werden lassen, da sie heute im Vordergrund des Interesses stehen. Dies ist nicht immer so gewesen. Vielmehr hat sich das Hauptinteresse ganz wesentlich verschoben. Bisher war es auf andere Probleme gerichtet und zwar speziell darauf, eine Methode zu finden, nach der elektrische Wellen erzeugt werden können, die bestimmte Eigenschaften haben. Insbesondere wurde eine möglichst scharfe Abstimmungsfähigkeit gefordert, um Störungen durch andere Stationen nach Möglichkeit auszuschließen. Diese Bestrebungen sind augenblicklich zu einem gewissen Stillstand gekommen. Man hat Methoden gefunden, die zwar noch nicht das Ideal in jeder Beziehung darstellen, denen vielmehr noch die eine oder andere Schwäche anhaftet, die aber doch für den praktischen Betrieb bei geeigneter Anwendung recht günstige Resultate zu liefern imstande sind. Die primitivste Schaltung benutzte Marconi bei seinen ersten Versuchen. Er schaltete in die Antenne vor die Erdung eine Funkenstrecke ein, die mit den Sekundärpolen eines Induktors verbunden war. Dadurch wird bei jeder Unterbrechung des primären Induktorstromes die Kapazität der Antenne aufgeladen und damit der dann einsetzende Schwingungsverlauf eingeleitet. Die so zustande kommenden Schwingungen klingen sehr schnell ab, sind also sehr stark gedämpft. Die von ihnen erzeugten Wellen erregen nun infolge dieser starken Dämpfung nicht nur die Stationen, deren Empfangsschwingungskreis genau auf die ankommende Welle abgestimmt ist, sondern auch die Empfangsstationen, deren Abstimmung wesentlich davon abweicht. Es ging deshalb das Bestreben dahin, möglichst ungedämpfte Schwingungen zu erzeugen, um so eine möglichst große Störungsfreiheit zu erreichen. Der erste Schritt zu diesem Ziel stammt von Braun. Er koppelte mit der Antenne einen geschlossenen Schwingungskreis und legte die Funkenstrecke hier hinein. Die entstehenden Schwingungen waren wesentlich ungedämpfter. Es trat aber zu dem erreichten Vorteil ein nicht unwesentlicher Nachteil hinzu. In den gekoppelten Kreisen entstanden auch bei schärfster Abstimmung zwei Wellen verschiedener Schwingungszahl. Da eine Empfangsstation ihre Apparatur aber nur auf die eine abstimmen kann, so ging die Energie der zweiten nutzlos in den Raum hinaus. Trotzdem hat man sich lange mit dieser Schaltung begnügt. Es erregte berechtigtes Aufsehen, als es im Jahre 1905 Poulson gelang, eine Methode zu finden, die vollkommen ungedämpfte Schwingungen zu erzeugen gestattete. Es war lange bekannt, daß ein gewöhnlicher Gleichstromlichtbogen imstande ist, in einem parallel zu ihm geschalteten Schwingungskreis aus Selbstinduktion und Kapazität kontinuierliche Schwingungen zu unterhalten. Es war aber nicht gelungen, die Frequenz dieser Schwingungen so zu steigern, daß sie für die Zwecke der drahtlosen Telegraphie zu verwenden waren. Dies gelang Poulson dadurch, daß er den Lichtbogen in Wasserstoff brennen ließ. Simon hat kurz darauf eine andere Methode angegeben, die von der Telefunken-Gesellschaft übernommen wurde. Er benutzt eine große Anzahl hintereinander geschalteter Lichtbogen. Damit schien das Problem gelöst. Es zeigte sich aber sofort eine neue Schwierigkeit, die den großen Vorteil der Ungedämpftheit der Schwingungen zum Teil illusorisch machte. Die Frequenz der entstehenden Schwingungen hängt nämlich bei der Poulsen – und Telefunkenlampe nicht nur von der Größe der Kapazität und Selbstinduktion ab, sondern auch von der Länge des Lichtbogens. Da der Lichtbogen seine Länge beim Brennen durch Hin- und Herspringen stark ändert, schwankt auch die Frequenz der Schwingungen, und eine scharfe Abstimmung ist auch hier nicht zu erreichen. Diese Schwankungen sind bei geeigneter Wahl der Versuchsbedingungen auf ein relativ geringes Maß zu beschränken. Aber dies Gebundensein an spezielle Versuchsbedingungen ist ein nicht unwesentlicher Nachteil. Den größten Fortschritt bedeutet in dieser Entwicklung unzweifelhaft die Erfindung von Max Wien, die unter dem Namen der Stoßerregung bekannt geworden ist. Auch Wien benutzt einen geschlossenen Schwingungskreis, mit dem er die Antenne koppelt. Dadurch, daß er dem geschlossenen Schwingungskreis eine sehr große Dämpfung gibt, erreicht er es, daß dieser den Antennenkreis nur anstößt und ihn dann mit relativ ungedämpfter Schwingung allein weiterschwingen läßt. Es treten bei dieser Anordnung nicht mehr wie früher bei der Braunschen Schaltung zwei Wellen auf, sondern nur eine, und diese eine ist so wenig gedämpft, daß ihre Amplitude kaum abgenommen hat, wenn der nächste Schwingungskomplex einsetzt. Die starke Dämpfung des geschlossenen Schwingungskreises erreicht Wien durch eine sehr kurze Funkenstrecke, und zwar beträgt der Abstand der relativ großen Elektroden nur Bruchteile eines Millimeters. Der Wiensche Grundgedanke hat seine technische Durchbildung durch die Telefunken-Gesellschaft erfahren. Ihre erwähnten besonderen Erfolge hat sie gerade mit dieser Methode erreicht, die unter dem Namen der tönenden Funken bekannt geworden ist. Das eigentlich neue Grundprinzip ist in diesem Namen überhaupt nicht angedeutet;, in ihm wird vielmehr zur Hauptsache gestempelt, was im Grunde nur eine allerdings durchaus nicht unangenehme Begleiterscheinung der Wienschen Methode ist. Die bisherigen Methoden, die mit einem Funken arbeiteten, mußten sich mit geringer Funkenzahl begnügen, so daß im Telephon der Empfangsstation nur ein knarrendes Geräusch entstand, das man nur schwer von den häufig auftretenden, etwa durch ferne Blitzschläge veranlaßten atmosphärischen Störungen unterscheiden konnte. Bei den kurzen Wienschen Funkenstrecken war es möglich, die sekundliche Funkenzahl so zu steigern, daß im Empfangstelephon ein musikalischer Ton entsteht, den man sehr deutlich aus den knarrenden Geräuschen der atmosphärischen Störungen heraus hört. Die neue Methode, die auch von Marconi, wenn auch in konstruktiv wesentlich veränderter Ausführungsform übernommen wurde, bezeichnet einen gewissen Abschluß in dieser Entwicklung. Obgleich die durch sie erzeugten Schwingungen nicht vollkommen ungedämpft sind, sind sie es praktisch doch in so hohem Maße, daß ein recht hoher Grad von Störungsfreiheit erreicht ist. Ob man bei dieser Methode über ein gewisses Maß der zur Verfügung kommenden Energiemengen wird hinausgehen können, erscheint immerhin zweifelhaft. Hier setzt die allerneueste Entwicklung ein. Sie ist bestrebt, die elektrischen Schwingungen auf maschinellem Wege zu erzeugen. Eine erste Maschine ist von Goldschmidt konstruiert und seit einiger Zeit auf einer Großstation probeweise in Betrieb. Im letzten Jahr ist eine andere Methode vom Grafen Arco ersonnen und dem internationalen Kongreß in London vorgeführt. Die erste Goldschmidtsche Maschine lieferte etwa 12 KW Hochfrequenzenergie mit einem Wirkungsgrad von 80 v. H. Beide Maschinen sind noch für höhere Leistungen gebaut worden, haben aber im Betrieb Eigenschaften, die ihrer allgemeinen Einführung wesentliche Schwierigkeiten in den Weg stellen. So wird z.B. für eine genaue Abstimmung eine Konstanz der von der Maschine gelieferten Perioden von ¼ v. H. verlangt. Bisher ist wohl noch kein Antriebsmotor imstande, bei der schwankenden Belastung beim Telegraphieren diese Konstanz zu verbürgen. Außerdem kann sie nur bis zu 150000 Perioden erzeugen. Derartig große Wellenlängen sind aber nur bei ganz großen Stationen und damit zweckmäßig nur für den transatlantischen Dienst zu verwenden. IV. Die Empfangsseite. Die Entwicklung, die die Empfangsapparatur genommen hat, weist manche Parallele zu der eben besprochenen der Sendeseite auf. Das ist nur natürlich, da ja nach den physikalischen Eigenschaften der vom Sender erzeugten Wellen auch besondere Anforderungen an den Empfänger gestellt werden. Marconi stellte seine ersten Versuche mit dem Kohärer an, der aus einem Glasröhrchen bestand, worin zwischen zwei Elektroden Eisenfeilicht eingefüllt war. Legt man an die Elektroden eine Gleichstromspannung, so verhält sich die Röhre zunächst wie ein unendlich großer Widerstand. Läßt man jedoch elektrische Wellen einwirken, so läßt sie den Strom durch. Durch Klopfen ist sie wieder inaktiv zu machen. Diese Anordnung hat in den ersten Jahren die Entwicklung der Sendestation beherrscht. Der Kohärer ist im wesentlichen nur spannungsempfindlich, d.h. um ihn zum Ansprechen zu bringen, mußte die ankommende Welle an seinen Elektroden eine genügend hohe Spannung erzeugen. Die Stärke des empfangenen Stromes war von nebensächlicher Bedeutung. Bei den stark gedämpften Wellenimpulsen der ersten Schwingungserzeugungsmethode wurde in der Empfangsapparatur speziell eine hohe Anfangsspannung erzeugt, während der Stromeffekt dagegen zurücktrat. Es war demnach der Kohärer der rechte Empfänger für diese primitiven Sendemethoden. Heute, wo sie allgemein durch die ungedämpften Schwingungen verdrängt sind, ist der Kohärer fast gänzlich verschwunden und hat fast nur noch historischen Wert. Die Zahl der inzwischen gefundenen anderen Detektoren ist außerordentlich groß. Von ihnen hat sich nur eine beschränkte Zahl eine wirkliche Bedeutung in der Praxis zu erringen gewußt. An erster Stelle steht wohl die Schlömilchzelle, ein mit Schwefelsäure gefülltes Gefäß, in das zwei Platinelektroden hineinragen. Die wirksame Oberfläche der Anode muß so gering wie möglich sein und besteht meist aus einem 1/100 mm dicken Platindraht, der in ein Glasröhrchen eingeschmolzen ist. Man schleift an der Austrittsstelle des Drahtes das Glasröhrchen blank, so daß nur der winzige Querschnitt des Drahtes wirksam ist. Die Wirkung des Detektors ist dadurch zu erklären, daß durch die Welle eine Depolarisation an der Anode eintritt, die einem Lokalstromkreis den Stromdurchgang ermöglicht und damit ein Telephon zum Ansprechen bringt. Daneben sind in neuester Zeit besonders die Thermo- und Kontaktdetektoren in den Vordergrund getreten. Bringt man die Spitze eines Metallstiftes in Berührung mit einem Kristall, so entstehen bei der Einwirkung elektrischer Wellen in einem parallel geschalteten Telephon Ströme, die die Aufnahme der Telegramme ermöglichen. Schlömilchzelle und Kontaktdetektor reagieren im Gegensatz zum Kohärer nicht im wesentlichen auf eine möglichst hohe Spannung, sondern auf den Integralwert des empfangenen Wechselstromes; sie sind wie man sich ausdrückt: Integraldetektoren. Gerade durch diese Eigenschaft sind sie in den modernen Anlagen zu immer größerer Bedeutung gekommen. Denn mit der Einführung von möglichst ungedämpften Schwingungen wird der Kohärer bei seiner Spannungsempfindlichkeit immer weniger zu gebrauchen sein. Die große Empfindlichkeit der modernen Detektoren ist nur bei ihrer Verwendung zum Hörempfang zu erreichen. Ein Empfang mit Relais und Ortstromkreis ist mit ihnen noch nicht so gelungen, daß eine für die Praxis brauchbare einfache Methode daraus geworden wäre. Die modernen Empfangsstationen können daher nicht durch ein Klingelzeichen oder dergleichen angerufen werden. Es muß daher immer jemand am Telephon in Hörbereitschaft sein. Erst diese Tatsache vermag manche Einzelheiten der Titanic-Katastrophe zu erklären. Eine einfache betriebssichere Anrufsmethode ist damit eines der Hauptprobleme der nächsten Jahre. So weit die Verbreitung all dieser Detektoren ist und so sicher man in der Praxis mit ihnen zu arbeiten imstande ist, so gering ist andererseits die physikalische Erkenntnis ihrer Wirkungsweise. Selbst der alte Kohärer mit der über ihn vorhandenen außerordentlich umfangreichen Literatur hat noch nicht seine einwandfreie Erklärung gefunden. Die Spezialarbeit, die jetzt nach den ersten abschließenden Erfolgen in der drahtlosen Telegraphie einsetzt, wird gerade auf diesem Gebiet noch manches Rätsel zu lösen finden. V. Der überbrückte Zwischenraum. Die von der Sendestation ausgehenden Wellen haben, um zur Empfangsstation zu gelangen, den dazwischenliegenden Raum zu durcheilen. Dabei erfahren sie in mancher Beziehung Veränderungen, die gerade in letzter Zeit Gegenstand eingehenden Studiums geworden sind. Zunächst zeigt sich, daß die Uebertragung über Meer besser gelingt als über Landstrecken, und weiter zeigt sich die für den praktischen Verkehr sehr wichtige Tatsache, daß bei Nacht die Lautstärke im Empfangstelephon bedeutend steigt, ja oft das vierfache derjenigen am Tage annimmt. Es ist daher oft berichtet über Rekordentfernungen, die kleine Stationen bei Nacht erreicht haben. Marconi hat diese Tatsache damit zu erklären versucht, daß er annahm, die Sonnenstrahlen wirken auf die Antenne so, daß ein Teil der Energie verloren gehe; dies trifft jedoch nicht zu. Vielmehr ist gerade im letzten Jahre der strenge Beweis erbracht, daß die Schwächung der Signale am Tage dadurch entsteht, daß die Wellen in der durcheilten Luftstrecke, die von den Sonnenstrahlen ionisiert ist, bei Tage stärker absorbiert werden als bei Nacht. Der Beweis gelang bei Versuchen, die während der Sonnenfinsternis am 17. April des vorigen Jahres gemacht wurden. Eine große Anzahl von Stationen hat die Intensität der ankommenden Wellen in Abhängigkeit von der Stärke der Verfinsterungen gemessen, und zwar dienten als Gebestationen die Station in Norddeich und am Eiffelturm. Obgleich ein direkter Vergleich nicht zulässig ist. da von den beiden Stationen mit verschiedenen Wellenlängen gegeben und von den einzelnen Empfangsstationen mit verschiedener Empfangsmethode gemessen wurde, so geht doch aus den Resultaten mit Sicherheit hervor, einmal, daß die Einwirkung der Verfinsterung um so stärker war, je weiter die beiden verkehrenden Stationen voneinander entfernt waren, und zweitens, das Maximum der Empfangswirkung war dann vorhanden, wenn die stärkste Verfinsterung gerade in der Mitte zwischen den beiden Stationen lag. Ganz kürzlich ist zur Erklärung des Unterschiedes bei Tag und Nacht eine neue weitergehende Hypothese von Eccles aufgestellt, die ich ihrer Originalität wegen nicht umgehen möchte. Eccles nimmt an, daß in unserer Atmosphäre in großer Höhe eine dauernd ionisierte Schicht sich befindet, die die elektrischen Wellen reflektiert. Diese obere Schicht wirkt bei Nacht wie eine reflektierende Oberfläche, am Tage ist aber ihre Wirkung ausgeschaltet, weil sich dann zwischen Erde und sie eine durch die Sonnenstrahlen erzeugte ionisierte Zwischenschicht dazwischenschiebt. Er führt eine große Anzahl von Versuchsergebnissen für diese Hypothese an, so z.B., daß die zwischen Norddeich und dem Ligurischen Meer liegenden Alpen bei Tag ein großes, bei Nacht ein geringes Hindernis bieten. Ob weitere Tatsachen diese Hypothese stützen werden, muß die Zukunft lehren. VI. Anwendungen der drahtlosen Telegraphie. Zum Schluß seien noch einige Probleme gestreift, bei denen die drahtlose Telegraphie nur ein Mittel zum Zwecke ist, während das eigentliche Hauptinteresse auf anderem Gebiete liegt. So sucht die Meteorologie, die Geographie und die Geologie die elektrischen Wellen in ihren Dienst zu stellen. Die Meteorologie will mit ihrer Hilfe ihren Gesichtskreis erweitern. Die bisherigen Wetterkarten, auf Grund deren die tägliche Prognose gestellt wird, gründen sich auf die telegraphischen Berichte der mitteleuropäischen Stationen. Es ist nur möglich, den Verlauf der Tiefdruckgebiete in diesem relativ kleinen Bereich zu verfolgen. Da diese aber von Westen vom Meer her zu uns hereinziehen, so wäre gerade die Kenntnis des Barometerstandes über dem Atlantischen Ozean sehr erwünscht. Es sind in den letzten Jahren Versuche gemacht, die auf der Fahrt zwischen Europa und Amerika befindlichen Schiffe zu einer drahtlosen Berichterstattung zu benutzen. Diese Schiffe haben während der ersten Versuche jeden Morgen die um 8 Uhr gemachten Beobachtungen an die Hamburger Seewarte telegraphiert, so daß zur Zeichnung der Wetterkarte und damit für die Prognose die Kenntnis des Barometerstandes eines viel größeren Gebietes zur Verfügung stand. Die Versuche haben mancherlei Schwierigkeiten gezeigt. An erster Stelle stehen die außerordentlich großen Kosten, und zweitens trafen die Telegramme, die oft über einige Zwischenstationen telegraphiert werden mußten, so spät ein, daß sie für die Prognose nicht mehr verwendet werden konnten. Weitere Verwendung findet die Telegraphie zur genauen Zeitangabe. Daran beteiligten sich bisher einige Stationen. So gibt z.B. die Eiffelturmstation mit einer Wellenlänge von 2000 m jeden Mittag und um Mitternacht nach einigen nach einem festen Plan verlaufende Zeichen, die zur Abstimmung dienen, ein kurzes Signal um 1145, ein zweites um 1147 und ein drittes um 1149, so daß, wenn eins übersehen ist, noch eins der anderen zu benutzen ist. Um 1 Uhr mittags und nachts gibt die Station in Norddeich ähnliche Zeichen. Diese Zeichen dienen besonders den Schiffen zur genauen Uhrenregulierung. Mat hat ferner noch erreicht, daß diese Zeitvergleichung so genau gemacht werden kann, daß sich darauf eine sehr exakte Bestimmung der geographischen Länge und Breite eines Ortes gründen läßt. Inzwischen hat am Ende des vorigen Jahres eine internationale Zeitkonferenz getagt. Es ist dort der Beschluß gefaßt, in Paris eine internationale Zentralstelle für die regelmäßige Abgabe von Zeitsignalen zu gründen. Vom 1. Juli 1913 ist der Dienst vorläufig in der Weise geregelt, daß Zeitsignale gegeben werden von der Station in Paris 0 h Mitternacht San Fernando (Brasilien) 2 „ Arlington (Amerika) 3 „ Mogadiscio (Somaliland) 4 „ Manila 4 „ Timbuktu 6 „ Paris 10 „ Norddeich 12 „ Mittag San Fernando 16 „ Arlington 17 „ Massanah 18 „ San Francisco 20 „ Norddeich 22 „ Das dritte Problem, das der Benutzung der drahtlosen Telegraphie zur Erforschung des Erdinneren, steht unserer Hochschule am nächsten. In der Nähe von Göttingen sind von Loewy und Leimbach derartige Versuche unternommen. Sie haben den Zweck, einen etwa vorhandenen Wasserspiegel oder ein Erzlager dadurch festzustellen, daß man durch das Erdreich gehende Wellen an der aufzusuchenden, die Wellen zurückwerfenden Oberfläche reflektieren läßt und durch einen Interferenzversuch die Lage der reflektierenden Schicht bestimmt. Einige orientierende Versuche sind in Kalibergwerken bereits gemacht und haben zu beachtenswerten Resultaten geführt. Aus einem Rückblick auf die Geschichte der drahtlosen Telegraphie geht recht deutlich hervor, wie außergewöhnlich der Siegeszug ist, den die von der Wissenschaft unterstützte moderne Technik in der heutigen Zeit nimmt. Mitten in der Entwicklung können wir heute mit Recht gespannt sein, welche neuen Ueberraschungen die nächsten Jahre auf diesem Gebiet bringen werden.