Kennis & weten / Tijd

Tijd (3): het ‘Funkuhr’ loopt gelijk door een Duits signaal

Geplaatst door

De klok die altijd gelijk loopt. Je ziet ze op allerlei plekken, en misschien hangt in jouw woonkamer of staat in jouw slaapkamer ook een ‘signaalklok’. De meeste signaalklokken in ons stuk van de wereld krijgen de tijd via de tijdzender vlakbij Frankfurt am Main in Duitsland. Heel West-Europa loopt daardoor gelijk.

Deel 3 van een serie. In dit bericht:
– De ontwikkeling van de klok op afstand.
– Het tijdsignaal via de ether.
– Hoe Mainflingen tijdcentrum wordt.
– Wat zit er ‘in’ het DCF77-tijdsignaal?
– De ontwikkeling van de Funkuhr thuis.

De signaalklok: je doet de batterij erin en op het apparaat verschijnt na een paar minuten de juiste tijd, digitaal in cijfers of analoog met wijzers. Als je in een land bent met meerdere tijdzones, zoals de Verenigde Staten, dan moet je nog even de juiste zone kiezen zodat ‘het uur’ goed staat, maar verder doet de klok alles zelf. Over de hele wereld zijn er meerdere tijdzenders.

Omdat DCF77 in Mainflingen in Duitsland voor Nederland het belangrijkst is, focust dit artikel zich op de ontwikkeling in Duitsland, maar onderaan staan links naar een aantal andere zendstations.

Geschiedenis van klokken op afstand

Wanneer de eerste ‘klok op afstand’ in gebruik wordt genomen is lastig te achterhalen. Er zijn meldingen dat rond 1840 een klok voor het eerst een signaal krijgt over een kabel. De centrale moederklok, dan nog een penduleklok met een slinger, genereert elke minuut een stroomstootje dat via de kabels bij de slaafklokken terecht komt. De wijzer van de slaafklok gaat door dat stroomstootje een minuut verder. Moeder- en slaafklok geven dezelfde tijd.

In de Duitse ontwikkeling is astronoom Wilhelm Foerster belangrijk. Foerster werkte lang voor de sterrenwacht in Berlijn die eind 19e eeuw verantwoordelijk is voor het berekenen van de juiste tijd in het toenmalige Duitse Keizerrijk. In de jaren ’10 van de vorige eeuw staan er in Berlijn al klokken op straat die hun tijdsignaal via kabels krijgen op basis van de berekening van de sterrenwacht.

-Lees verder onder de foto-

Ansichtkaart met de openbare klok op de Spittelmarkt in Berlijn, datering circa 1909.

Foerster wil echter dat niet alleen de minuten zichtbaar zijn, maar ook de seconden. Hij staat aan de basis van Normal-Zeit GmbH, het latere klokkenbedrijf TeleNorma. Normal-Zeit wordt verantwoordelijk voor de aansturing van alle openbare klokken in Berlijn, en later ook de stationsklokken in Duitsland. Omdat steeds meer mensen met de trein reizen is het belangrijk om overal dezelfde tijd te gebruiken, zodat spoorboekjes kloppen.

24 zones
In oktober 1884 wordt op de International Meridian Conference in Washington afgesproken om de wereld in 24 tijdzones te verdelen. Overal in een zone geldt dezelfde tijd. Een zone verderop is het een uur later, twee zones verderop twee uur later, en zo verder. Dat maakt een einde aan de situatie dat elke stad zijn eigen tijd heeft gebaseerd op de plaatselijke stand van de zon.

Tijdsignaal via de ether

De tijdsignalen worden eerst via telegraafkabels doorgegeven. Omdat de radio in opkomst is, denken Foerster en de zijnen aan verspreiding via de ether. In de Verenigde Staten doet de marine in 1903 al een experiment en in 1904 is er een proef met een zender op de Eiffeltoren in Parijs. Door het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog, waarin Europese landen tegen elkaar strijden, eindigt de Europese proef.

De ontwikkelingen in Duitsland gaan verder. Van 1910 tot 1916 heeft Duitsland zijn eerste tijdzender in zendstation Küstenfunkstelle Norddeich bij Wilhelmshaven (Google Maps). Vanaf 1917 wordt dat overgenomen door zender Großfunkstelle Nauen in Brandenburg (Google Maps). De tijduitzendingen zijn nog niet 24 uur per dag. Ook op andere plekken in Duitsland komen tijdzenders te staan.

Overzicht in het Lehrbuch für das Uhrmacherhandwerk uit 1951, van tijdzenders uit de jaren ’30.

De Tweede Wereldoorlog verandert veel en vanaf 1945 zwijgt de tijd, al komt de eerste zender in 1948 weer in de lucht, eerst vanuit Potsdam en vanaf 1955 weer uit Nauen. De geallieerde overwinnaars verdelen Duitsland in vier zones. Drie zones vallen onder Brits, Frans, en Amerikaans toezicht en vormen de Bondsrepubliek Duitsland (West-Duitsland). De vierde zone valt onder Russisch toezicht en daaruit ontstaat de Duitse Democratische Republiek (Oost-Duitsland).

Omdat zendstation Nauen in de Russische zone ligt, begint West-Duitsland een eigen zenderpark op een oud vliegveldje bij Mainflingen (Google Maps), vlakbij Frankfurt am Main. De eerste tijdelijke zender wordt in 1949 neergezet, gevolgd door twee definitieve zendergebouwen en hoge antennes. Mainflingen is een goede plek voor het uitzenden van langegolf signalen, onder meer door de grondwaterspiegel die voor goede zendcondities zorgt. Daardoor wordt Mainflingen ook de thuishaven van het West-Duitse tijdsignaal.

Overigens: het Oost-Duitse tijdsignaal, dat in 1948 weer begint en in 1955 naar Nauen terug verhuist, stopt na de Duitse eenwording in 1990.

Mainflingen officieel tijdzender

In West-Duitsland en het latere herenigde Duitsland is de Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB verantwoordelijk voor de tijd. Samen met het Fernmeldetechnisches Zentralamt FTZ en Deutsche Hydrographische Institut DHI begint het PTB in 1956 met een test. In de kelder van het zendgebouw in Mainflingen staat een kwartsklok die gelijk wordt gezet aan de hand van astronomische gegevens. Deutsche Bundespost, in die tijd verantwoordelijk voor de uitgifte van frequenties, biedt de frequentie 77,5 kHz aan.

-Lees verder onder de foto-

Het zendstation Mainflingen in 2009, met de antennes die de tijd de ether in sturen. Foto: Etcetera.Plus.

Op 1 januari 1959 gaat de West-Duitse tijddienst officieel van start. Het signaal wordt ’s middags drie uur lang uitgezonden, en ’s nachts weer drie uur. In de overige uren gebruikt de Deutschen Sportverlag de frequentie om sportberichten door te zenden. Gebruikers willen echter dat het signaal 24 uur per dag beschikbaar is. Hun wens gaat op 1 september 1970 in vervulling. Vanaf dat moment is DCF77 onafgebroken de brenger van de juiste tijd.

De afkorting DCF77
Het tijdsignaal heet DCF77. Elk zendstation dat over de landsgrenzen is te ontvangen heeft roepletters. D staat voor Duitsland, C voor langegolf, F voor Frankfurt am Main waar Mainflingen vlakbij ligt. 77 verwijst naar de zendfrequentie: 77,5 kHz.

Het signaal is overdag tot 1.900 kilometer rondom Mainflingen te ontvangen. ’s Nachts komt het signaal tot 2.100 kilometer ver. Slecht weer kan van invloed zijn op de ontvangst, en klokken die het signaal ontvangen moeten niet te dicht bij andere apparaten staan want die kunnen storen.

-Lees verder onder het kaartje-

De reikwijdte van de DCF77-zender in Duitsland. Bron: Physikalisch-Technische Bundesanstalt/www.ptb.de

Het Duitse parlement, de Bondsdag, geeft de PTB op 25 juli 1978 formeel de opdracht om de tijdmeting voor Duitsland te bewaken en te verspreiden. De PTB heeft ook een analoge internetklok die precies gelijk loopt.

Atoom vervangt astronomie

Lang wordt de juiste tijd bepaald op basis van astronomie, dus de stand van de zon, maan en sterren. Later wordt dat vervangen door de atoomklok die veel nauwkeuriger is. De atoomklok die de ‘officiële tijd in Duitsland’ weergeeft staat in het hoofdkantoor van PTB in Braunschweig, niet ver van Hannover. In het zendstation in Mainflingen, bij Frankfurt, staan drie atoomklokken. Hun gezamenlijke berekening wordt omgezet in een code die met hoge antennes wordt uitgezonden. Om te controleren of de klokken in Mainflingen gelijk lopen met de officiële klok in Braunschweig is er een constante controle tussen beide locaties.

-Lees verder onder de foto-

De atoomklokken van de PTB. Foto: Physikalisch-Technischen Bundesanstalt.

Wat zendt DCF77 precies uit?

De tijdzender in Mainflingen zendt elke minuut een hele serie gegevens uit. Sommige klokken bij je thuis verwerken die elke minuut, anderen doen dat één keer per uur of soms één keer per dag. De codering is een aantal keren aangepast, maar sinds 1983 is die gelijk gebleven.

Nu gaat het erg technisch worden: elke minuut zendt DCF77 in dezelfde volgorde codes uit, in binaire getallen dus met enen en nullen. Voorbeeld: 1 is in binaire code 00001, 13 is 01101. DCF77 vertaalt dat dan weer als volgt: Een binaire 0 is een signaaltje van 0,1 seconde, een binaire 1 een signaal van 0,2 seconde. In ons voorbeeld: 13 wordt dan opgebouwd uit binaire code 01101, dat in DCF77-code is: signaal van 0,1 seconden, 0,2 seconden, 0,2 seconden, 0,1 seconde, 0.2 seconde.

Elke minuut gaan de volgende gegevens de ether in:

  • Seconde 1 tot en met 14: DCF77 heeft niet een hele minuut nodig om de tijd door te geven. In seconden 1 tot en met 14 verzend MeteoTime uit Zwitserland codes, die ontvangers kunnen omzetten in een weerbericht.
  • 16: Let op: zomertijd en wintertijd gaan wisselen.
  • 17 en 18: is het nu zomer of wintertijd?
  • 19: er wordt een schrikkelseconde toegevoegd, of niet.
  • 20 tot en met 28: welke minuut komt er aan?
  • 29 tot en met 35: welk uur is het?
  • 36 tot en met 41: de kalenderdag
  • 42 tot en met 44: de weekdag
  • 44 tot en met 49: de maand
  • 50 tot en met 58: het jaar
  • 59: geen signaal, als teken: let op!
  • 00: de nieuwe minuut begint.

Om daarna opnieuw te beginnen: welk uur is het, wat is het jaar….?

-Lees verder onder de foto-

Eén van de eerste ontvangers van het DCF77-signaal. Het apparaat uit 1974 is onderdeel van de collectie van het Deutsches Museum in Bonn.

Signaalklok, Funkuhr

Klokken die altijd precies gelijk lopen bestaan dus al een tijd, maar eerst waren die voorbehouden aan sterrenwachten, omroepen, fabrieken en andere instellingen die precies gelijk wilden lopen. De betaalbare signaalklok zoals we die tegenwoordig zien in veel huishoudens, vindt zijn oorsprong in 1967. Het Duitse elektronicabedrijf AEG Telefunken wil signaalklokken voor het grote publiek maken en als het tijdsignaal vanuit Mainflingen 24 uur per dag ‘in de lucht’ komt, raakt dat proces in een stroomverstelling.

-Lees verder onder de foto-

Prototype uit 1985 van een Junghans signaalklok voor thuisgebruik. Het apparaat is onderdeel van de collectie van het Deutsches Museum in Bonn.

Uiteindelijk komen midden jaren ’80 de eerste Funkuhren op de markt: de Kundo Space Timer, en de Junghans RC-1 en RC-2. In 1989 presenteert Junghans zijn eerste signaalhorloge.

-Lees verder onder de foto-

De Junghans RC2 is één van de eerste ‘radio controlled’-klokken voor het grote publiek.

De huis-tuin-en-keuken-signaalklok heeft een ferriet-antenne. Ferriet is een magnetisch materiaal. Om een goede ontvangstantenne te maken voor langegolf-signalen, zoals de tijdsignalen, wordt om een staafje ferriet een draad gewikkeld. De antenne is gekoppeld aan een stukje elektronica die wijzers of display aansturen om de juiste tijd weer te geven. Zie de foto hieronder:

Bron van bovenstaande foto is elektronicabedrijf ELV, dat onderdelen verkoopt voor DCF-ontvangers.

Nog een tijdzender in Duitsland

De klok die altijd gelijk loopt is niet meer weg te denken met dank aan het zendcomplex in Mainflingen. Overigens heeft Duitsland naast de DCF77 van het PTB nóg een dienst die tijdsignalen verspreidt. De Europäische Funk-Rundsteuerung GmbH verspreidt de tijd met drie zenders in Duitsland en Hongarije. Die wordt door heel Duitsland gebruikt door elektriciteitsbedrijven in systemen voor grote stroomnetten en voor slimme meters bij mensen thuis.

Heleboel tijdzenders

Over de hele wereld zijn er meerdere zendstations die tijdsignalen uitzenden. Onderstaande lijst is niet compleet (!).

-Lees verder onder de foto-

De bouw van het zendstation WWVB in Fort Collins. Bron foto: NIST.

Geraadpleegde bronnen