03 Aug 2011

Wie funktioniert eine Funkuhr?

Wie funktioniert eine Funkuhr?

Jeder kennt sie, jeder hat schon einmal eine gesehen, aber wer weiß eigentlich, wie sie funktionieren? Die Rede ist von Funkuhren, also diesen tollen Zeitmessern, die niemals nachgestellt werden müssen und dennoch bis auf die Sekunde genau die Zeit anzuzeigen wissen. Wir haben für Sie recherchiert und hoffen nun, Ihnen so simpel wie möglich und so ausführlich wie nötig erklären zu können, wie diese kleinen Wunderwerke der Technik funktionieren.

 

Generelle Funktionsweise

Oberflächlich betrachtet ist das Prinzip simpel. Benötigt werden:

  • ein konstanter und extrem genauer Zeitmesser (z. B. eine Atomuhr)
  • einen Langwellensender, mit dessen Hilfe das Zeitsignal über elektromagnetische Wellen verteilt wird
  • und zu guter Letzt einen Empfänger, also z. B. einen Funkwecker

Aber wie wirken nun diese drei Geräte mit einander und wie funktionieren sie im Einzelnen?

 

Funktionsweise der Atomuhr

Eine Atomuhr misst die Uhrzeit anhand der charakteristischer Frequenzen von Strahlungsübergängen der Elektronen freier Atome und nimmt diese als Taktgeber für eine Referenzuhr. Nach dem heutigen Stand der Technik sind Atomuhren die genauesten Zeitmesser der Welt, weshalb sie auch Primäruhren genannt werden (Quelle: Wikipedia).

Was also bei einer mechanischen Uhr die Unruh und bei einer Quarzuhr der Oszillator ist, das sind bei der Atomuhr die Elektronen freier Atome im Allgemeinen und die Frequenz ihrer Strahlungsübergänge im Besonderen. Verwendung finden hier unter anderem Cäsium-, Rubidium- und Wasserstoffatome. Die präziseste Uhr der Welt ist derzeit die Cäsium-Fontäne NIST-F1, welche über eine relative Abweichung von 1 Sekunde in 20 Millionen Jahren  verfügt.

Ein Kollektiv hunderter Atomuhren über die ganze Welt gibt die sogenannte internationale Atomzeit vor und sorgt somit für die Präzision vieler Funkuhren weltweit.

 

Funktionsweise eines Langwellensenders

Ein Langwellensender ist eine Sendeanlage, die elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 30 kHz bis 300 kHz, also im Langwellenbereich sendet. Derartige Sendeanlagen werden unter anderem für den Rundfunk, die Funknavigation und zur Übertragung telegraphischer Nachrichten eingesetzt. Allerdings verwenden die Zeitdienste auch Rundfunksender im Kurz- und Mittelwelllenbereich und – sofern GPS verwendet wird – sogar im GHz – Bereich.

Das Zeitsignal wird also elektronisch codiert und mittels des Langwellensenders in Form eines Sekundensignals ausgestrahlt. In Deutschland und der Schweiz erfolgt diese Austrahlung kontinuierlich, das heißt das Signal kann jeder Zeit empfangen werden. In Russland beispielsweise erfolgt die Austrahlung nur im 24 Stunden Takt.

 

Funktionsweise des Empfängers

Je nach Art des Empfängers wird das Zeitsignal stündlich oder etwar nur täglich abgerufe. Eine Wanduhr mit hinreichend leistungsfähigen Batterien aktuallisiert sich entsprechend öfter, als beispielsweise eine Armbanduhr, welche nur über eine handelsübliche Knopfzelle verfügt. Wenn das Signal abgerufen wurde syncronsiert sich die Uhr automatisch und läuft dann wieder selbstständig weiter – bis zum nächsten Signalabruf. Damit ist eine hohe Genauigkeit gewährleistet.

Je nach Bauart berechnet der Empfänger auch eine Signalverzögerung mit ein, die ein allzu große Abweichung der Uhrzeit aufgrund langer Sendedistanzen (1 ms pro 300 km) minimiert.

 

 

 Fazit

Abschließend ist zu sagen, dass hinter einer Funkuhr um einiges mehr Technik steckt, als die meisten Menschen wohl glauben. Allerdings ist diese Technik so konzipiert, dass zwar der Betrieb (z. B. der Sender, der Atomuhr, usw. ) enorm anspruchsvoll, aber die Verwendung (z. B. mittels eines Funkweckers) wirklich unkompliziert sind.

Wir hoffen Ihnen mit diesem Beitrag einen kurzweiligen, aber interessanten Einblick in die Welt der  Funkuhren geliefert zu haben und würden uns natürlich wieder über einen netten Kommentar Ihrerseits freuen.

 

 

 

 



Die letzten 3 Beiträge von Anna-Lisa

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Kommentare

11
5 Aug 2011

Johanna says;

Hey danke für den super Artikel. Echt interessant. Genau wegen solchen Beiträgen mag ich euren Blog so gerne! 🙂

Liebe Grüße

Johannna

5 Aug 2011

Anna-Lisa says;

Vielen Dank Johanna,
Genau wegen Leserinnen und Lesern wie dir machen wir dieses Blog auch 😉

1 Okt 2011

Norbert says;

Hallo Anna-Lisa, welche Uhren-Marke ist das eigentlich, die dort oben bei Euch auf dieser Seite als Funkuhr abgebildet worden ist? Gefällt mir nämlich sehr gut, mit den schönen orangen Zeigern!

Vielen Dank!

7 Okt 2011

Niklas says;

Hallo Norbert,

bei der Uhr, die Anna-Lisa als Titelbild gewählt hat, handelt es sich um eine Casio G-Shock GW-3500BD-1AER.

27 Mai 2012

Philipp says;

Interessant zu wissen, besonders wie eine Atomuhr funktioniert. Das Funkuhren Signale erhalten konnte ich mir schon denken, aber das Frequenzen einzelner Atome die Zeit bestimmen ist schon echt wahnsinnig 🙂 Die Genauigkeit ist noch wahnsinniger.

19 Jul 2012

Sprossi says;

Ich muß zu Deiner wirklich sehr allgemein und verständlich gehaltenen Erklärung leider eine kleine Korrektur zu dem einen Satz im Fazit hinzufügen: “Allerdings ist diese Technik so konzipiert, dass zwar der Betrieb (z. B. der Sender, der Atomuhr, usw. ) enorm anspruchsvoll, aber die Verwendung (z. B. mittels eines Funkweckers) wirklich unkompliziert sind.”
Der Sender und das Codieren des Signal welches verschickt wird sind mit der heutigen Mykro(Mikro-)-Controller Technik und der allgemein aktuell verwendeten UKW-Sende-Technik überhaupt nicht mehr anspruchsvoll. Das Signal beinhaltet nicht nur das Zeitsignal(Stunde, Minute, Sekunde) sondern auch Jahr, Monat, Tag, Sommer-/Winterzeit-Stempel und weitere Informationen. Da das Signal aber so simpel aufgebaut ist(jede Sekunde wird ein Bit verschickt welches die entspechende Info enthält und die 59sec wird zur Synchronisation benutzt, keine Checksummen und andere Sicherheitsinfos sind vorhanden bzw. notwendig), ist sowohl beim Sender als auch beim Empfänger in der Technik des Codierens und Decodierens wirklich keine hohe Komplexität notwendig. Also ist der Betrieb des Senders nicht sehr anspruchsvoll. Anspruchsvoller hingegen ist aber natürlich die Technik der Atomuhr selbst, da stimme ich Dir 100%ig zu.
Den Blog finde ich gut, insbesondere weil im Alltag verwendete Technik auch für nicht Techniker verständlich erklärt wird.

19 Jul 2012

Sprossi says;

Ich bin Fan von Automatik-Uhren, habe selbst schon die dritte Automatik. Wäre super wenn Du die Funktionaliät eines Automatik-Uhrwerks erklären könntest, denn in Uhren-Feinmechanik kenn ich mich nicht aus.

31 Jul 2012

Simon says;

Hallo Sprossi,

Dass Automatikuhren sehr komplex aufgebaut sind dürfte klar sein. Dieses Thema ist unglaublich schwierig zu erklären (vor allem wenn es leicht verständlich sein soll). Es gibt bereits einen kleinen Artikel bei uns im Blog:
http://www.uhren-ass.de/blog/55-funktionsweise-einer-automatikuhr/

Wir planen derzeit jedoch tatsächlich einen umfangreicheren Beitrag inklusive Video. Am besten die nächsten Wochen einfach mal regelmäßig unser Blog besuchen.

Gruß, Simon

27 Dez 2013

Richard says;

Toll das du die funktionsweise noch mal erklärt hast..
Hab den Artikel gerade gefunden und für gut befunden 😉

8 Dez 2015

Frank says;

ich kann mich noch meine erste Armbanduhr erinnern. Diese hatte noch Zahnrad-Getriebe, Federwerk usw.. Heute nutze ich lieber eine Funkuhr mit Solar. Die Funktionsweise einer modernen Funkuhr ist schon faszinierend. Danke für die hilfreiche Erklärung.

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