Die Zeit der Maschinensender
Aufsatz von A. Meißner - Erstveröffentlicht in der Jubiläumsschrift "50 Jahre Telefunken" (Mai 1953)
Abdruck mit freundl. Genehmigung der EHG Frankfurt

Vom heutigen Standpunkt aus betrachtet bedeutet die Entwicklung der Maschinensender, die in Deutschland 1911 begann, aber auch in anderen Ländern als damals aussichtsreichster Weg erkannt worden war, einen Seitenzweig der Hochfrequenztechnik, der nach etwa einem Jahrzehnt üppigen Wachstums verdorrte und jetzt völlig abgestorben ist. Trotzdem lohnt es sich, die technischen Ereignisse jener Zeit in Erinnerung zu behalten, denn sie lehren, wie schwierig es ist, eine Entwicklung vorausschauend zu überblicken, da immer damit gerechnet werden muß, daß neue physikalische Erkenntnisse unerwartet entgegentreten.

Voraussetzungen
Will man die Entwicklungsrichtung jener Jahre vor dem ersten Weltkrieg verstehen, so muß man sich vergegenwärtigen, daß damals von dem, was wir heute Ionosphäre nennen, und von den Ausbreitungseigenschaften kurzer Wellen nicht das Geringste bekannt war. Zwar hatten schon 1902 A. Kennelly und 0. Heaviside vermutet, daß eine derartige ionisierte Schicht in großer Höhe bestehen könne. Daß sie aber eine derartige Reflexionswirkung auf die kurzen Wellen ausüben werde, war in keiner Weise vorauszusehen. Deshalb mußte sich die Entwicklung auf die wohlfundierten Ergebnisse der damals vorliegenden Messungen stützen, für die J. Zenneck schon 1906 die auch heute noch gültige Erklärung gegeben hatte: bei ihrer Ausbreitung längs der Erdoberfläche werden die elektromagnetischen Wellen um so weniger vom Erdboden absorbiert, je länger sie sind.
Vom Ausbreitungsstandpunkt aus verdienten also recht lange Wellen den Vorzug. Allerdings mußte man, um die langen Wellen wirkungsvoll abstrahlen und empfangen zu können, Antennentürme bauen, deren Höhe mit der Wellenlänge mindestens annähernd vergleichbar sein mußte.
Die Kosten derartiger Turmbauten waren zwar erheblich, mußten aber in Kauf genommen werden, wenn man den Vorteil gewinnen wollte, Reichweiten von Tausenden von Kilometern zu verwirklichen. Die Freude über die Möglichkeit, überhaupt drahtlose Verbindungen herstellen zu können - über den Kanal, von Schiff zu Schiff und von Schiff zur Küste -, war bald der Erkenntnis gewichen, daß eine kaufmännischen Erfolg versprechende Auswertung dieser jungen Technik nur möglich sei, wenn es gelänge, die Entfernungen zwischen den Kontinenten zu überbrücken und mit den Kabelgesellschaften in Wettbewerb zu treten. Für Deutschland war insbesondere eine unstörbare Verbindung mit seinen Kolonien von größter Bedeutung.
Die Hochfrequenzmaschine erschien damals als der einzige und beste Weg zur Vergrößerung der Reichweite; denn die Reichweite war bedingt durch eine Leistungssteigerung des Senders. Sie war etwa der Wurzel aus der Leistung proportional, und größere Leistungen als 100 kW waren mit Funkensendern nicht mehr zu verwirklichen. Es gab nur einen Ausweg: lange Wellen, hohe Mäste und Hochfrequenzmaschinen. Die Unmöglichkeit, lange Wellen mit Sprachfrequenzen modulieren zu können, spielte damals im Zeitalter handgetasteter Morsezeichen noch keine Rolle.

Bild 3: Zuführung zur kl. Fächerantenne in Nauen
die von dem im Bild sichtbaren Mast zu 250 Meter 
hohen Masten gespannt war (s. Bild 4). An dem kleinen 
Mast im Vordergrund wurden die Zuführungsseile über 
Rollen gespannt.

 

 

Hochfrequenzmaschinen
E. F. W. Alexanderson war der erste, der sich an das Problem einer großen Hochfrequenzmaschine heranwagte. Er konstruierte eine Maschine, welche die Antenne direkt mit 50 000 Hz speiste (A = 6 km). Die Kühnheit, erstmalig Eisen in der Hochfrequenz verwendet zu haben, die feine Unterteilung von Rotor und Stator, die hohe Drehzahl und der kleine Luftspalt verdienen auch heute noch unsere Bewunderung. R. Goldschmidt hatte den Gedanken, zunächst eine niedrigere Frequenz (10 000 Hz) zu erzeugen und diese in der Maschine selbst durch abgestimmte Kreise zu vervielfachen.
Wir bei Telefunken vertraten den Standpunkt, daß auch dieser Weg besonders bei hohen Leistungen wegen der Verluste und der hohen Erwärmung der Maschine unzweckmäßig sei, und suchten andere Wege. Wir fanden einen Hinweis in einer älteren Arbeit von Jolly. Jolly hatte für die Zwecke der Starkstromtechnik eine Verdopplung von 50 Hz mit Hilfe gleichstrom- gesättigter Transformatoren vorgeschlagen, und so versuchten wir es und begannen mit 500 Hz als Grundfrequenz und anschließender Vervielfachung. Es zeigte sich, daß die Resonanzeffekte und der Eisenverbrauch bei höherer Frequenz günstiger wurden. Diese Arbeiten waren, wie so oft in der Technik, durch einen äußeren Zwang beschleunigt worden. Kaiser Wilhelm II. hatte, gegenüber Geheimrat Rathenau, dem damaligen Generaldirektor der AEG, bei einem Treffen im Tiergarten geäußert: Durch die neue Maschine von Goldschmidt habe er sich etwas Schönes entgehen lassen. Rathenaus Antwort war: In ein paar Monaten würde er etwas viel Besseres haben.
Dieses Gespräch war das Signal für Graf Arco, das Maschinenproblem mit größter Energie in Angriff zu nehmen. Alles andere wurde zurückgestellt. Die besten Kräfte wurden eingesetzt: W. Dornig, L Kühn und H. Neumann. Ausgehend von einer AEG-Maschine mit verhältnismäßig niedriger Frequenz (6000 bis 10000 Hz), einem robusten, noch einfachen Generator (Bild 1), wurde durch zwei zum Teil Wechselstrom-, zum Teil gleichstromgesättigte, für die Maschinenfrequenz gegengeschaltete Transformatoren der Primärstrom durch die Eisensättigung derart verzerrt, daß man über einen abgestimmten Kreis die zwei-, drei- oder fünffache Frequenz entnehmen konnte. Oft kam eine Verdoppelung zweimal hintereinander zur Anwendung.
1912 führte Graf Arco auf der Londoner Funkkonferenz seine Telefunken-Hochfrequenzmaschine zum erstenmal vor. Die Leistung betrug 2 kW, die Wellenlänge 2 bis 3 km. Die erste Maschine in Nauen arbeitete schon mit einer Leistung von 100 kW. Das Prinzip ist aus Bild 2a und b zu ersehen.
Bild 4: Antennenanlage in Nauen, Stand 1916 bis 1919

Nauen und das Weltfunknetz bis zum Ende des ersten Weltkrieges
In Nauen (westlich von Berlin) waren bereits 1911 die vorhandenen 100-m-Türme erhöht worden. Später kamen 2 Türme von 260 m Höhe hinzu, Bild 3, das nur einen Ausschnitt dieser Anlage zeigt, soll diese Dimensionen veranschaulichen. Im endgültigen Ausbau bedeckte die Antennen-Anlage für den späteren 400-kW-Sender eine Fläche von 2 x 106 m² (Bild 4). 1917 wurde der Grundstein zu einem neuen Stationsgebäude gelegt, das 1920 vollendet wurde (Bild 5).
Der Erfolg blieb nicht aus. 1912 wurde Nauen über eine Entfernung von 5200 km in Kamina (Togo) empfangen, wo ein Jahr vorher eine große Empfangsantenne errichtet worden war. Im Verkehr mit Afrika waren allerdings die kürzeren, mit tönenden Funken erzeugten Wellen vorteilhafter, da sie weniger durch atmosphärische Störungen beeinträchtigt waren. In der Ost-West-Richtung, im Verkehr mit Nordamerika (Sayville bei New York) erwies sich aber der Maschinensender als weit überlegen.
Die große Bewährungsprobe für Nauen kam 1914, als mit dem Ausbruch des Krieges alle Kabelverbindungen unterbrochen wurden und die Kolonien und die zahlreichen, auf großer Fahrt befindlichen Schiffe nicht mehr erreicht werden konnten. Durch den sofort in verstärktem Maße einsetzenden Funkverkehr wurden wichtige Nachrichten rechtzeitig durchgegeben und viele Schiffe zunächst in Sicherheit gebracht.
Die Kolonialstationen hatte Telefunken der Initiative Bredows zu verdanken. Dieser, der spätere Staatssekretär und Rundfunkkommissar des Reichspostministeriums, hatte bereits 1905 einen Plan für ein Weltfunknetz vorgelegt, der damals zwar abgelehnt wurde, immerhin aber den Erfolg hatte, daß 1906 die erste Versuchsstation in Nauen errichtet werden konnte. Nachdem Bredow 1908 die gesamte wirtschaftliche Leitung Telefunkens übernommen und eine großzügige Auslandsorganisation aufgebaut hatte, begann Telefunken, mit Hilfe einer Anzahl neugegründeter Betriebsunternehmungen weiter in die internationale Organisation der Nachrichtenverbindungen hineinzuwachsen. Von 1909 bis 1918 entstanden in Australien, Nordamerika, Kolumbien, Spanien, Belgien, China und vor allem in den deutschen Kolonien Anlagen für den drahtlosen Nachrichtenverkehr, die bei Kriegsende allerdings verlorengingen.

Bild 5: Betriebsgebäude Nauen, Stand 1924
Welche Bedeutung z. B. die Station Sayville - in den zu Beginn des Krieges noch neutralen Vereinigten Staaten - für Deutschland hatte, erkennt man am besten daran, daß 1915 versucht wurde, die Station auf Grund eines Patentprozesses zu schließen. Damals fuhren der 65jährige F. Braun und J. Zenneck trotz der Blockade nach USA. Braun erkrankte bald nach der Ankunft schwer, aber Zenneck konnte durch sachkundiges und energisches Auftreten in den Patentprozessen die Beschlagnahme der Station Sayville verhindern, bis auch die Vereinigten Staaten in den Weltkrieg eintraten.
Bild 6: Maschinensaal Nauen, Stand 1924
In der Heimat blieben damals die Anlagen der drahtlosen Telegraphie im wesentlichen erhalten. 1916 war die Antennenleistung in Nauen auf 250 kW gesteigert worden, 1925 stieg sie auf 400 kW. Bild 6 gibt einen Eindruck von der Größe der Anlagen. Im Vordergrund stehen drei AEG-Hochfrequenzmaschinen, die unmittelbar durch je einen Drehstrommotor angetrieben werden. Bei dieser Art des Antriebes machen sich allerdings die durch Netzbelastungsschwankungen bedingten Drehzahländerungen als Schwankungen der Tonhöhe beim Empfang bemerkbar.
In der Empfangstechnik hatte sich nämlich seit 1913 ein grundlegender Wandel vollzogen: Man war zum „Überlagerungsempfang" übergegangen.. 
Bild 7: Erster Überlagerer für Empfang
(April 1913, DRP 291 604)
Überlagerungsempfang
Während bei tönenden Funken mit einem einfachen Detektor der Ton der Funkenfolge im Kopfhörer deutlich vernehmbar wird, bleibt beim Empfang eines ungedämpften Telegraphiesenders mit einem Detektor alles still. Nur am Anfang und Ende eines jeden Morsezeichens hört man ein leises Knacken.
Man half sich zunächst so, daß man den im Detektor beim Empfang eines Senders entstehenden Gleich- strom durch einen Unterbrecher zerhackte und dadurch ein im Telephon hörbares Wechselstrom- geräusch erzeugte. Aber bei atmosphärischen Störungen war es fast unmöglich, die Zeichen herauszuhören.
Der Maschinensender war fertig, wir hatten aber kein Empfangsverfahren. In diesen Nöten fanden wir ein vergilbtes, vergessenes Patent von R.A. Fessenden aus dem Jahre 1905. Es sollten Interferenztöne erzeugt werden mit einem Telephon, das aus zwei dicht aneinanderliegenden Flachspulen bestand. Durch die eine ging der Empfangsstrom, durch die andere der Strom aus einem in der Frequenz etwas abweichenden Hilfsgenerator. Die mechanische Wechselwirkung zwischen den auf Membranen befestigten Spulen sollte einen Interferenzton geben. 
Für uns war es damals eine Erleuchtung, als wir auf den Gedanken kamen, das Interferenzverfahren dadurch technisch brauchbar zu machen, dass wir die beiden Schwingungen in einem Stromkreis mischten und sie mit einem Detektor gleichrichteten. So hatten wir die Interferenztöne in einem normalen Telephon. Aber unser lokaler Generator bestand in einer großen 10-kW-Maschine in mehr als 50 m Entfernung vom Empfänger. Die Interferenztöne waren für uns märchenhaft, besonders bei atmosphärischen Störungen. Aber sie schwankten mit der Drehzahl der Maschine.
Wir mußten hier eine neue technische Lösung finden. Wir fanden sie: den Überlagerer, die Liebenröhre mit Rückkopplung, den beliebig in der Frequenz einstellbaren kleinen Röhrengenerator. Er wurde jedem Empfänger zugesetzt (Bild 7). Interferenzempfang war jetzt die allgemeine Losung.
So wurde damals der Röhrensender in seinem ersten Entstehen der Retter des Maschinensenders. Später wurde der Maschinensender durch den in der Leistung gewachsenen Röhrensender verdrängt.
Das einzige, was nach der Einführung des Überlagerungsempfanges noch störte, waren Frequenzschwankungen der Maschine. Sie zu beseitigen, war jetzt die vordringlichste Aufgabe.

Frequenzkonstanz
Zuerst begnügte man sich mit einfachem Lastausgleich beim Tasten, so daß die Drehzahl bei der Belastung nicht absank. Später entstand eine Fülle verschiedener Zentrifugal- und Resonanzkreisregler. Bei einer Ausführung aus dem Jahre 1921 wurden unter Zwischenschaltung von Elektronenröhren, der damals als Riegger-Schaltung bekannten Urform unserer heutigen Diskriminatoren, 12 bis 24 schwere Preßluftrelais betätigt, die in den Rotor des Asynchronmotors Ausgleichswiderstände einschalteten. Man erreichte eine für die Aufgaben des damaligen Betriebes völlig ausreichende Frequenzkonstanz.
Bei den neueren Anlagen, die nach dem ersten Weltkrieg für Italien und Japan gebaut wurden, entschloß man sich, vom direkten Drehstromantrieb zum Gleichstromantrieb überzugehen. Es war hierfür freilich ein besonderer Drehstrom-Gleichstrom-Umformer nötig, aber die Leistung der Hochfrequenzmaschine konnte voll ausgenutzt werden, und ein kleines Relais in der Erregung der Gleichstrommaschine besorgte die ganze Regelung. Man konnte jetzt die Sendefrequenz innerhalb eines größeren Bereiches ohne Schwierigkeiten genau einstellen.
Beim Tasten verstimmte man durch ein System vom gesättigten Drosseln den Maschinenkreis bzw. durch kleine Verstimmungsdrosseln direkt die Antenne und konnte so bis auf 200 Worte/min, kommen. Zum Tasten wurden weniger als 3 kW Steuerleistung benötigt.

Maschinensender nach dem ersten Weltkrieg
Etwa 1925 wurde der Maschinensender zu seiner höchsten Vollendung gebracht. Unter Leitung von 0. Böhm hatte ein großer Stab von Ingenieuren intensiv weitergearbeitet und alles verbessert und verfeinert. Als Kondensatoren benutzte man „Dubilier"-Kondensatoren (Glimmerkondensatoren in Öl), deren Verluste verschwindend klein waren. Das Kupferband der Spulen verschwand und wurde durch Litze ersetzt (19000 Einzeldrähte auf 200 mm2). Die Verluste in den Schwingkreisen konnten so von 0,3% auf 0,07% erniedrigt werden. Das Gewicht des Eisens, das für die Entstehung der Verluste von besonderer Bedeutung war, konnte bei Frequenzverdreifachung auf 1/10, bei Vervierfachung durch Übergang von der zweistufigen zur einstufigen Anordnung auf 1/20 des früher benötigten verringert werden. Mehr als 90% der Maschinenleistung wurden der Antenne zugeführt.
Nach 1919 entstanden bedeutende Projekte. Gemeinsam mit den drei anderen großen Weltfirmen der Funktechnik (RCA, Marconi und CsF) sollte über die ganze Erde ein Nachrichtennetz, auf Maschinensendern beruhend, gespannt werden. In enger freundschaftlicher Zusammenarbeit wurden Entwicklungen und Projekte gemeinsam bearbeitet. Telefunken baute eine Senderanlage in Argentinien. Es entstand ein Großsender in Brasilien und außerdem Anlagen von Telefunken-Maschinensendern in Japan, Italien, auf Java und in Holland.
Für die Maschinensenderanlage auf Java baute de Groot eine „Bergantenne". Das Stationsgebäude stand am Eingang eines engen Tales. Über das Tal wurden zwischen den seitlichen steilen Bergrücken Seile gespannt, an denen parallel zum Tal die langen Antennendrähte hingen.
Einen Mangel zeigte gleich der erste Maschinensender. Die durch die gesättigten Eisendrosseln stark verzerrte Primärspannung erregte stoßartig die auf ein Vielfaches der Maschinenfrequenz, nämlich die Sendefrequenz, abgestimmten Sekundärkreise. Infolgedessen war die Schwingung in den Sekundärkreisen und in der Antenne nicht ungedämpft, sondern klang zwischen den einzelnen Stößen der Primärspannung etwas ab. Außerdem entstand in den Sekundärkreisen nicht nur das gewollte Vielfache der Maschinenfrequenz, sondern auch andere ungewollte. Die Folgen dieser Stoßerregung sind Nebenwellen und Oberwellen, die zwar eine viel geringere Leistung haben als die Grundwelle (nur etwa den 10.Teil), infolge der großen Leistung eines Maschinensenders aber trotzdem den Betrieb benachbarter Empfänger stören können. Durch besondere Zwischen- und Ableitkreise verringert man ihre Ausstrahlung. Die 1918 von K. W. Wagner bei Telefunken entwickelten Kettenleiter dienten dem gleichen Zweck. Später, als die praktisch verlustlosen Dubilier-Kondensatoren zur Verfügung standen, verwendete man einen doppelten Zwischenkreis.
Mitte der zwanziger Jahre hatte man den Maschinensender zu seiner höchsten Blüte entwickelt. Aber inzwischen war das besondere Verhalten der Kurzwellen entdeckt worden, die selbst bei kleinen Leistungen und unter Anwendung kleiner Antennen die größten Entfernungen überbrückten. Für diejenigen, die an der Entwicklung der Hochfrequenzmaschine aufopferungsvoll gearbeitet hatten, war es eine große Enttäuschung, daß in dem Augenblick, in dem sie ihr Werk zur höchsten Vollendung geführt hatten, nicht mehr Langwellen, sondern Kurzwellen verlangt wurden. Die Fortschritte der Röhrentechnik, um die sich vor allem H. Rukop verdient gemacht hatte, gaben die Voraussetzungen zur Erzeugung kurzer und kürzester Wellen. Die Kurzwellensender erreichten mit kleinen Mitteln mehr als die großen Maschinenanlagen für lange Wellen.


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Version: 01-Dec-03 / Rev.: 11-Jun-11 / HBu