Zeitzeichensender

Als Zeitzeichensender wird eine spezielle Sendeanlage bezeichnet, die aktuell gültige Zeit als Information in digitaler Form ausstrahlt. Mit geeigneten Uhrenanlagen beziehungsweise Empfangseinrichtungen kann dieses Signal empfangen werden, so dass eine zuverlässige und automatische Einstellung der empfangenden Funkuhren erreicht wird.

Sender Mainflingen bei Frankfurt am Main, u. a. mit dem Zeitzeichensender DCF77 (Langwelle)

Je nach Erfordernis kann ein Zeitdienst und sein Zeitzeichensender nur zu bestimmten Betriebszeiten – wie das russische Beta-System – in Betrieb sein, oder 24 Stunden täglich, wie der deutsche Langwellensender DCF77 oder der schweizerische HBG. Zu Servicezwecken gibt es regelmäßige, kurze Sendepausen.

Die meisten Zeitdienste senden eine fortlaufende Reihe von „Sekundenpunkten“, die zur Sekunde 0 (bzw. 59) eine Minutenkennung aufweisen. Manche Dienste (zum Beispiel in Russland) senden neben Sekunden- zeitweilig Zehntelsekundenpunkte. Meist kodieren die Sender weitere Informationen wie Stunde, Kalenderdatum, Wochentag oder die Zeitkorrektur dUT1 wegen unregelmäßiger Erdrotation.

Allgemeines zu Zeitsignalen

Moderne Zeitsignale haben eine sehr hohe Genauigkeit, die bis zu Nanosekunden reicht (Milliardstel Sekunden). Diese Genauigkeit lässt sich jedoch nur nutzen, wenn die Laufzeitmessung des Funksignals vom Sender bis zum Anwender berücksichtigt wird – das heißt etwa 1 ms (0,001 s) pro 300 km Distanz.

Die Zeitzeichen werden wegen der großen Reichweite meist im Bereich der Lang-, Mittel- oder Kurzwellen gesendet. Es gibt aber auch einzelne Funkdienste auf Ultrakurzwelle (UKW) und im Übergang von Lang- zu Längstwellen, sowie mittels Satelliten im hohen Frequenzbereich der Mikro- und Dezimeterwellen. Zu letzteren gehören die Zeitinformationen der modernen Navigationssatelliten, insbesondere von GPS, GLONASS und dem entstehenden Galileo-System.

Vor allem in der vordigitalen Zeit (bis in die 1970er Jahre) wurden auch die Trägerfrequenzen einiger Rundfunksender als Frequenznormale ausgewertet. Die Sender sendeten also ein normales Radioprogramm, und der Zeitempfänger synchronisierte sich lediglich auf diese Trägerfrequenz, und die Zählung der Schwingungen musste dann vor Ort selbst vorgenommen werden. Ein Beispiel für so einen Frequenznormalsender war Radio Hilversum in den Niederlanden.

Weitere elektronisch auswertbare Quellen für Zeitinformationen gibt es im Radio Data System von UKW-Hörfunksendern (als Begleitinformation zum normalen Hörfunkprogramm) sowie in den Videotext- und EPG-Daten von Fernsehsendern. Weiter gibt es im Internet Zeitserver mit dem Network Time Protocol, über die man die Uhr im eigenen Rechner synchronisieren kann.

Wichtig für die Allgemeinheit sind auch die öffentlichen Telefon-Zeitdienste vieler Staaten. Sie sind ohne jedes Spezialgerät zugänglich, bleiben aber in der Präzision hinter den Funkdiensten zurück. Dennoch sind bereits akustisch – mit guten Stoppuhren – Genauigkeiten bis in die Millisekunden (0,001 s) möglich, und elektronisch hundert- bis tausendmal so genau.

Zur Technik der Zeitzeichensender

Die Rundfunksender der Zeitdienste überspannen einen Bereich der Radiofrequenzen von etwa 25 kHz bis 30 MHz, also Lang-, Mittel- und Kurzwellen. Zählt man den GPS-Zeitdienst dazu, sind sogar Frequenzen im GHz-Bereich vertreten.

Von der Wellenlänge hängt einerseits die Funkreichweite des Signals ab, andrerseits die erforderliche Antennengröße und Betriebsenergie. Die Systeme sind so ausgelegt, dass zwar der Zeitzeichendienst aufwendig ist, weniger hingegen seine Benutzung.

Für einen Zeitzeichendienst muss nicht unbedingt ein eigener Radiosender betrieben werden. Die relevanten Informationen können auch mit Hilfe des AMDS über herkömmliche Rundfunksender im Lang-, Mittel- oder Kurzwellenbereich übertragen werden. Von dieser Möglichkeit macht ein französischer Zeitzeichendienst Gebrauch, der den Langwellensender von France Inter in Allouis (Sendefrequenz: 162 kHz) nutzt. Auch Österreichs Ö1 (UKW) und ein italienischer Zeitzeichendienst am Mittelwellensender Mailand (Sendefrequenz: 900 kHz) bieten ähnliches an. Ferner kann man Zeitinformationen aus den Signalen vieler Navigations-Systeme wie LORAN-C und GPS entnehmen. Zur genauen Synchronisation von Atomuhren sind übrigens die Schaltsignale vieler Fernsehsender ein vorzügliches Mittel.

Alle wichtigen Zeitsignaldienste sind mit höchster Präzision vernetzt, sodass sie weltweit (von der Signallaufzeit abgesehen) im Bereich weit unter Nanosekunden übereinstimmen – siehe die Zeitsysteme UTC („Weltzeit“), TAI, TD und die Koordination durch den internationalen Erdrotations-Dienst IERS. Daher ist auch auf Nutzerseite eine hohe Genauigkeit garantiert:

Auf elektronischem Wege sind Genauigkeiten bis zu Nanosekunden keine Ausnahme; bei den heute in der Geodäsie benützten GPS-Empfängern sind bereits Systeme zur Zeitanalyse auf mindestens 0,1 ns (10^-10 Sekunden) eingebaut, was bei der Lichtgeschwindigkeit von 299792 km/s nur 3 cm ausmacht.

Die klassischen Zeitzeichensender sind i. a. mit genauen Atomuhren gekoppelt, die durch spezielle Verfahren laufend mit jenen der anderen Zeitdienste verglichen werden. Dazu können zum Beispiel die internen Schaltcodes von Fernsehsignalen dienen, oder die LORAN-Funkfeuer der Langstreckennavigation. Auch direkte Standleitungen werden dafür verwendet, oder der Zeitvergleich mittels Erdsatelliten.

Bis in die 1950er-Jahre wurden viele Sender durch astrometrische Messungen von Sterndurchgängen gesteuert, und bis circa 1975 mit dieser Technik kontrolliert. Seither wurden derart genaue Atomuhren entwickelt, dass die Genauigkeit der Astrometrie (mit etwa 0,0005 Sekunden) nicht mehr ausreichte und durch Satellitenmethoden ersetzt werden konnte. Damit ist das internationale Zeitsystem – die „Atomzeit“ TA (Temps Atomique) ununterbrochen auf mindestens Nanosekunden genau definiert.

Die von der NIST betriebenen US-amerikanischen Zeitzeichensender WWV, WWVB und WWVH senden ihre Zeitzeichen in dem Standard IRIG H.

Eine Vorstufe der Zeitzeichensender bilden die Frequenznormale, die eine hochgenaue Schwingungsfrequenz zur Verfügung stellen. Der Empfänger muss dann nur einmal (auf anderem Wege) auf die korrekte Zeit eingestellt werden und zählt ab dann die Schwingungen des Frequenznormals, um seine Zeit zu aktualisieren. Als Zeitnormal dienen einerseits Rundfunksender mit ihrer Trägerfrequenz, beispielsweise ein Langwellensender mit exakt 150 kHz, andererseits wird auch das Stromnetz mit seinen 50 bzw. 60 Hz eingesetzt. Im letzteren Fall dient eine Synchronuhr als „Empfänger“. Diese Technik ist in vermindertem Umfang bis heute im Einsatz.

Geschichte

In Deutschland wurden 1906 am Königlich Geodätischen Institut Potsdam Versuche durchgeführt, die die Anwendbarkeit der Funktelegrafie zur Längengradbestimmung zum Inhalt hatten. Ab etwa 1908 bis zum Beginn des Ersten Weltkrieges gab es internationale Bestrebungen für ein gemeinsames Zeitzeichen. Aus dem Jahr 1912 ist überliefert, dass die deutsche Küstenfunkstelle in Duala (Kamerun) an der drahtlosen Längengradbestimmung bei Grenzregulierungen in Afrika beteiligt war.

Das erste funktelegrafische Zeitzeichen wurde 1907 aus Camperdown, Halifax gesendet. Die erste deutsche Funkstelle mit Zeitzeichen war die Küstenfunkstelle Norddeich, der Sendebetrieb startete 1910. Ab März 1910 wurden täglich zwei Zeitzeichen der GMT gesendet.

Von 1917 an übernahm die Großfunkstelle Nauen die Aussendung des Signals, die Auslösung erfolgte zunächst von der Sternwarte Bergedorf aus, später von der Deutschen Seewarte in Hamburg. Die Auslöseuhren in Hamburg lieferten ein derart genaues Signal, dass die tägliche Korrektur durch astronomische Präzisionsuhren nur wenige hundertstel Sekunden betrug. Als Empfänger für das Nauener Signal wurden Geräte vertrieben, die fest auf 3100 m Wellenlänge eingestellt waren. Hierzu waren Einzelgenehmigungen von der Reichs-Telegrafenverwaltung erforderlich.

Ein Telefunken-Zeitzeichenempfänger vom Anfang der 1920er Jahre beispielsweise trug die Bezeichnung E49b. Weltweit sendeten im Jahr 1923 45 Stationen das Welt-Zeitzeichen.^[1]

Liste von Zeitzeichensendern

Die nächstgelegenen Sender stehen:

• in Mainflingen bei Frankfurt am Main (Rufzeichen DCF77, 77,5 kHz, amtliche Zeit und Kalenderschaltung von Deutschland)
• bei Prangins in der Westschweiz (Rufzeichen HBG, 75,0 kHz, amtliche Zeit der Schweiz) soll laut Bundesratsbeschluss vom 26. August 2009 per Ende 2011 eingestellt werden, da andernfalls der Sendemast saniert werden müsste.^[2]
• bei Prag in Tschechien (OMA, 50 kHz), abgeschaltet im Frühjahr 1995
• In ganz Eurasien sind auch einige russische Kurzwellen-Sender auf den Frequenzen 5, 10 und 15 MHz zu empfangen (Signale meist im 0,1-s-Rhythmus).
• Darüber hinaus bieten viele Telefondienste neben der übliche Zeitansage auch genauer definierte Signale. Sie bestehen meist in fortlaufenden „Sekundenpunkten“, die akustisch Genauigkeiten bis einige Millisekunden zulassen, elektronisch bis etwa Mikrosekunden.

In alphabetischer Reihenfolge

Rufzeichen	Standort	Frequenzen
Beta	Russland	25 kHz
BPC	China	68,5 kHz
BPL	China	100 kHz
BPM	China, Lintong (Xi'an)	2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz
CHU	Kanada, Ottawa	3,330 MHz, 7,850 MHz, 14,670 MHz
DCF77	Deutschland, Mainflingen	77,5 kHz
DIZ	Deutschland, Nauen bei Berlin	4525 kHz (bis ~1995)
FTA42, FTA91	Frankreich, Paris und Lyon	7428 bzw. 91.15 kHz (dzt inaktiv?)
HBG	Schweiz, Prangins	75 kHz (nur mehr bis Ende 2011)
JJY	Japan, Berg Ōtakadoya	40 kHz
JJY	Japan, Berg Hagane	60 kHz
MSF	Großbritannien, Anthorn	60 kHz
NSS	USA, Annapolis Md	21 kHz, 5.870–16.180 kHz (Bis ~1990)
OMA	Tschechien, Prag	50 kHz (~1995 abgeschaltet)
RBU	Russland, Moskau	66,66 kHz
RTZ	Russland, Irkutsk	50 kHz
RWM	Russland, Moskau	4,996 MHz, 9,996 MHz, 14,996 MHz
TDF	Frankreich, Allouis	162 kHz
WWV	USA, Fort Collins	2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz
WWVB	USA, Fort Collins	60 kHz
WWVH	USA, Hawaii, Kekaha	2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz
YVTO	Venezuela, Caracas	5 MHz

Einzelnachweise

1. ↑ Rudolf Krug: Aus den Anfängen des Zeitzeichens. In: Archiv für deutsche Postgeschichte 2/1974, Frankfurt/M, S.112
2. ↑ Zeitzeichensender HBG in Prangins (VD) auf Ende 2011 eingestellt, Meldung vom 26. August 2009

Siehe auch

• Geschichtliche Entwicklung der Zeitübertragung per Funk
• Zeitmessung, Auflösung, Kodierung, Frequenzzähler, Uhrgang
• Astronomische Refraktion, Zenith Delay
• Wasserstoffmaser, Zeitnormal, IAU, IUGG

Zeitzeichensender und -dienste

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