Wie funktionieren Funkuhren?

Funkuhren sind eine moderne Bereicherung, die kaum ein Verbraucher in seinem Leben vermissen möchte. Rein äußerlich unterscheidet sich dieses Modell kaum von einer anderen Uhr. Der Unterschied verbirgt sich im Inneren: Funkuhren besitzen kleine Antennen, die Zeitsignale von Funktürmen empfangen. Während sich die Antennen früher im Lederarmband der Funkuhr befanden, werden sie heute direkt in das Gehäuse der Uhr eingebaut. Doch wie genau funktioniert das ganze Prinzip der Funkuhr? Der nachfolgende Artikel liefert Antworten auf diese Frage.

Die Geschichte der Zeitmessung

Mit nur einem Blick auf die Uhr kann man heute innerhalb einer Sekunde die aktuelle Uhrzeit erfahren. Zur Zeit des Römischen Reiches dauerte die Zeitermittlung etwas länger. Damals mussten Sklaven in die Stadt laufen, um die Zeit zu holen. Die Uhrzeit wurde zum damaligen Zeitpunkt in Wasser- und Sonnenuhren abgelesen und anschließend zurückgebracht. Erst Ende des 13. Jahrhunderts hatten Menschen die Möglichkeit, die Uhrzeit von Rathausuhren abzulesen. Die erste mechanische Turmuhr wurde im Jahr 1284 an derKathedrale St. Peter im englischen Exeter in Betrieb genommen. Später fanden erste Wand- und Tischuhren den Weg in die Häuser unserer Vorfahren. Die Genauigkeit dieser ersten Uhren war eher schlecht, sodass sie täglich anhand von Sonnenuhren überprüft werden musste. Erst als Christian Huygen 1656 die Pendeluhr erfand, wurde die Zeitmessung genauer. Zehn Jahre später folgte Huygens nächste monumentale Erfindung: Das Unruh-System. Dieses Schwingungssystem beruht auf der Elastizität von Metall und wird heute noch in Taschen- und Armbanduhren eingesetzt. 1680 waren Uhren erstmals so genau, dass sie einen Minutenzeiger spendiert bekamen.

Die deutsche Zeit

Im Deutschen Reich gab es vor gut 100 Jahren keine einheitliche Zeit. Diese wurde erst zu dem Zeitpunkt festgelegt, als die Eisenbahn erfunden und Fahrpläne eingeführt wurden. Als Rechtsgrundlage dient das Gesetz über die Zeitbestimmung. Im „§ 2 Darstellung und Verbreitung der gesetzlichen Zeit steht“:

Die gesetzliche Zeit wird von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt dargestellt und verbreitet.

Über die Sekunde wird in diesem Gesetz nichts gesagt. Die gesetzlich vorgeschriebenen Einheiten sind im § 1 Absatz 2 der Einheitenverordnung im Gesetz über Einheiten im Messwesen (Einheitenverordnung EinhV) geregelt:

Für die Einheiten in Anlage 1 gelten die in DIN 1301 Teil 1, Ausgabe Dezember 1993, wiedergegebenen Definitionen und Beziehungen.

Demnach strahlt die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) In Mainflingen bei Frankfurt a.M. das DCF77-Signal von einem Sendeturm aus. Mit einer Sendeleistung von etwa 30 kW lässt sich das Signal in einem Umkreis von rund 2.000 Kilometern empfangen. Durch die Ausstrahlung im Langwellenbereich von 77,5 kHz durchdringt das Signal auch Gebäude problemlos.

Das DCF-Signal

Die Physikalisch-Technischen Bundesanstalt sendet seit mehr als 30 Jahren mit ihrem Langwellensender DCF77 24 Stunden am Tag Zeitsignale gemäß der gesetzlichen Zeit für Deutschland aus. Das Signal ist für uns heute nicht mehr wegzudenken. Funkwecker und Funkarmbanduhren empfangen das aus Frankfurt stammende Signal und werten es aus, um die „richtige“ Zeit anzuzeigen.

Das DCF77-Signal erreicht Empfänger auf zwei Wegen:

  1. Als Bodenwelle breitet es sich über der Erdoberfläche aus.
  2. Als Raumwelle nach Reflexion an der ionosphärischen D-Schicht.

Unter idealen Bedingungen breitet sich das Signal als Raumwelle tagsüber etwa 1.900 km und nachts 2.100 km weit aus.

Das Zeitsignal selbst wird von der PTB mithilfe von Atomuhren erzeugt. Das Sendegebäude steht in Mainflingen und erzeugt das DCF77-Signal. Die PTB steht mit den Steuereinheiten für ihre Signalerzeuger in Mainflingen über Telefonleitungen in Verbindung. Die Sendezeit beträgt fast immer 24 Stunden. Das Signal muss nur bei Gewittern abgebrochen werden.

Weitere Informationen zur Geschichte und Entwicklung des DCF-Signals gibt es in diesem PDF (3,3 MB) von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB).

Funkuhren im Ausland

Wer seine Funkuhr während eines ausländischen Urlaubes verwenden möchte, der kann dies innerhalb von Europa problemlos tun, da die Uhr in diesem Fall das Frankfurter Zeitsignal DCF77 empfangen wird. Aber auch im außereuropäischen Ausland in den USA, Kanada, Mittelamerika oder Japan und Australien ist die Verwendung je nach Modell auch möglich. Funkuhren lassen sich zum Teil auf die entsprechende Zeitzone einstellen beziehungsweise Modelle mit GPS passen sich der neuen Zeitzone automatisch an und entschlüsseln dann das nächstgelegene Signal eines Funkturms.

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