Funkwecker

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Erste mikroprozessorgesteuerte Funkuhr, Hans Layer (1978)

Funkwanduhr mit eingebautem Kalender und Thermometer

Casio G-SHOCK mit Multiband-Empfang in Japan (2 Sender), den USA, Deutschland und dem Vereinigten Königreich

Eine Funkuhr ist eine Uhr (meistens eine Quarzuhr), die ein von einem Langwellen-Zeitzeichensender per Funk ausgestrahltes Zeitsignal empfangen kann und dessen Uhrzeit selbständig übernimmt.

Die Vorteile einer Funkuhr sind, dass

• immer eine sehr genaue Uhrzeit angezeigt wird,
• kein Nachstellen von Hand nötig ist,
• die Umstellung zwischen Normalzeit und Sommerzeit automatisch erfolgt.

Allgemeines

Funkuhren sind als Wanduhren und Armbanduhren weit verbreitet. Inzwischen gibt es auch mit Solarzellen betriebene Armbanduhren (Junghans, Casio und Citizen), bei denen auch der Austausch der Knopfzelle entfällt. Eine Erweiterung der Funkuhr ist der Funkwecker, bei dem zusätzlich eine Weckfunktion integriert ist.

In Mitteleuropa wird das von den Langwellensendern DCF77 (in Mainflingen bei Frankfurt am Main) oder HBG (Schweiz) ausgestrahlte Zeitsignal verwendet. Obwohl das Zeitzeichensignal jede Minute gesendet wird, wird es aus Stromspargründen nur ab und zu zum Nachstellen abgefragt. Bei Uhren, die mit größeren Zellen betrieben werden, ist ein Empfang jede volle Stunde üblich, bei Armbanduhren mit Knopfzellen oder mit Solarzellen nur einmal pro Tag, meistens zwischen 2:00 und 4:00 Uhr morgens. Das reicht völlig aus, um den eigenen Gangfehler zu vernachlässigen. Eine Funkuhr läuft außerhalb des Zeitsignal-Empfangsbereiches weiter wie jede andere Uhr; hier macht sich der Gangfehler gegebenenfalls bemerkbar; Beim Empfang eines Zeitsignals stellt sich die Uhr aber sofort wieder darauf ein.

Geschichte

Die digital kodierte Zeitübertragung für Funkuhren wurde 1967 von Wolfgang Hilberg bei der Firma Telefunken erfunden und zum Patent angemeldet.^[1] Nach seiner Berufung als Professor der Elektrotechnik der TH Darmstadt im Jahr 1972 entwickelte er die ersten Prototypen und wesentlichen Bestandteile dieses Uhrentyps.

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig begann 1973 damit, Cäsiumuhren-Zeitsignale (einschließlich Kalenderangaben und Informationen über die Sommerzeit) über den Sender DCF77 abzustrahlen. Großuhren mit einem entsprechenden Empfangsteil konnten sich ab 1973 selbsttätig hochpräzise auf diese Zeitskala einstellen. Zu DCF77 kompatibel ist der in der Schweiz 1966 errichtete Sender HBG, der jedoch mit einer Trägerfrequenz von 75 kHz arbeitet.

Ähnlich arbeitende Zeitsignalsender befinden sich im Vereinigten Königreich, in Japan und den USA. Dies heißt jedoch nicht, dass eine Funkuhr, die für einen europäischen Sender konstruiert ist, auch in den USA oder Japan funktioniert, denn die USA setzen z. B. sowohl andere Frequenzen sowie eine andere Kodierung ein. Einige Uhren, z. B. moderne G-Shock-Funkuhren der Firma Casio, sind in der Lage, Signale verschiedener Sender auszuwerten.

Funkuhren wurden in den 1970er Jahren nur in relativ geringen Stückzahlen für den professionellen und semi-professionellen Einsatz, z. B. von Hopf, gebaut. 1986 präsentierten gleichzeitig Kundo in St. Georgen im Schwarzwald und Junghans erste Funkuhren für den Massenmarkt. 1990 folgte mit der digitalen MEGA 1 von Junghans die welterste Funkarmbanduhr. Hersteller von industriellen Funkuhren bzw. Synchronisationssoftware sind beispielsweise Meinberg, Hopf, Linum oder Gude.

Bei Armbandfunkuhren waren anfänglich Antennen aus amorphen Bändern im Inneren der Lederarmbänder integriert, was jedoch gelegentlich zu Kontaktproblemen im Übergangsbereich vom Armband zum Uhrengehäuse führte. Später wurden deshalb Miniatur-Ferritstab-Antennen in die Uhrengehäuse eingebaut, die aber nun aus Kunststoff oder Keramik hergestellt werden mussten, weil Metalle die Funkwellen abschirmen.

Aufbau eines Funkweckers

Innenansicht eines Funkuhr-Weckers mit Antenne

Die zum Signalempfang bei Funkuhr-Weckern benutzte Ferritstabantenne ist im Bild gut zu erkennen (eingeklebt in der grünen Rückwand). Auf dem Ferritstab befindet sich links die Wicklung sowie direkt angelötet der Kondensator (rot) zur Schwingkreisabstimmung auf die Sendefrequenz. Die Antenne ist etwa so groß wie eine Zelle der Größe „Mignon“ (Vergleiche Batteriefach im Bild).

Auf der Hauptplatine des Weckers sind zwei integrierte Schaltkreise (ICs). Ein Uhren-IC sorgt für die Funktionen des Weckers, das zweite „Funk“-IC wird mit dem Funksignal der Antenne versorgt und gibt die empfangenen Daten wie Sekunden, Minuten, Stunden, Datum, usw. an den Uhren-IC weiter. Im grauen Gehäuse oben rechts erkennt man den kleinen runden Signalgeber für den Weckalarm. Die runden gelben Flecken auf der grünlichen Hauptplatine sind die Rückseiten der Kontaktflächen für die Bedientasten.

Funkuhren für den PC

Auch die Uhr eines PCs kann über eine Funkuhr synchronisiert werden. Diese kann entweder im Gerät eingebaut sein oder extern angeschlossen werden. Eine Variante ist zum Beispiel eine kleine batteriebetriebene Funkuhr, die sich wie ein Dongle im Druckerkabel befindet und die per Befehl oder in festen Zeitabständen die Zeit der PC-Uhr einstellt.

Nachteile

Obwohl die Funkuhr im Normalfall durch ihre Präzision besticht, gibt es zumindest bei handelsüblichen Exemplaren gelegentlich Fehlfunktionen. Diese führen dann leicht zu einer um Stunden falschen Anzeige. Begünstigt wird das durch eine nur schwache Prüfungsmöglichkeit des Zeitsignals auf Empfangsfehler (siehe DCF77) und die Tatsache, dass das Längstwellen-Signal leicht durch alle möglichen technischen Geräte beeinträchtigt werden kann. Außerdem ist in Stahlbeton-Gebäuden der Empfang häufig nur in der Nähe der Fenster möglich.

Alternativen

RDS

Ferngesteuerte Zeiteinstellung ist auch per Radioempfang (RDS) möglich. Hierbei wird von Rundfunksendern parallel zum Programm ein Zeitsignal gesendet, womit eine im Radio integrierte Uhr sich automatisch einstellen kann. Ein häufige Anwendung sind Uhren in Autos, die im Allgemeinen mit dem Radio gekoppelt sind und bei Radioempfang z. B. die Umstellung auf Sommerzeit automatisch vornehmen.

GPS

Das Navigationssystem GPS beruht auf dem Empfang hochgenauer Zeitsignale von Satelliten. Damit steht automatisch eine exakte Zeit zur Verfügung, welche im GPS-Empfänger angezeigt werden kann. Praktisch gibt es hier aber bei manchen GPS-Geräten Abweichungen der Zeitanzeige bis in den Minutenbereich, offensichtlich weil die Geräte nicht für den Gebrauch als Uhr optimiert wurden.

NTP

Über das Network Time Protocol (NTP) können an das Internet angeschlossene Geräte mit einer ausreichenden Genauigkeit (deutlich unter einer Sekunde) mit anderen Rechnern synchronisiert werden. Da auch das PTB NTP-Server anbietet, ist so eine Synchronsiation zur offiziellen Zeit möglich.

Einzelnachweise

1. ↑ Patent DE 1673793 Verfahren zur laufenden Übermittlung der Uhrzeit