Reinhard Weiß
Nostalgie: DCF77-Empfänger nach Funkschau 1976 (Reinhard Weiß)

DCF77-Empfänger Der Prototyp 1974

Warum eine Funkuhr selber bauen?

Heutzutage sind Funkuhren ja "ganz normal" und so preiswert, dass man kaum auf die Idee kommen wird, selber eine entwickeln oder bauen zu wollen. Es sei denn, man möchte als Elektronikbastler Erfahrungen sammeln. Dann findet man im Internet eine Unmenge an Bastelvorschlägen für Empfangsgeräte. Zwar kranken die einfachen Geräte an mangelnder Störfestigkeit oder Empfindlichkeit, aber für den Anfang reicht das vielleicht. Die Anzeige von Datum und Uhrzeit aus den abgegebenen Daten ist dann über Microcontroller oder mit dem PC eine überschaubare Aufgabe. Oder man braucht ganz spezielle Funktionen, etwa ein Gerät als Eichnormal für Zeit und Frequenz, da kommt man als Hobbybastler um den Selbstbau nicht herum. Aber inzwischen gibt es moderne Techniken, etwa spezielle analoge und digitale Integrierte Schaltungen und natürlich Mikrocontroller, die die Arbeit erleichtern und der Aufwand verlagert sich zu mehr Softwareentwicklung.

Früher war das anders. Der Sender DCF77 begann offiziell mit Aussendungen von Zeitzeichen schon am 1. Januar 1959, aber erst Mitte 1973 wurde auch die Uhrzeit in kodierter Form gesendet, und auch zunächst nur für kommerzielle Zwecke. Die Sendungen waren nicht lückenlos, weil es immer wieder Abschaltungen gab wegen Wartungsarbeiten oder bei Gewittern. Heutzutage sind Abschaltungen über eine Dauer von mehr als 2 Minuten sehr selten (lt. PTB). Schon der Empfang der Aussendungen war im privaten Bereich nur lizenzierten Funkamateuren erlaubt (für andere Nutzer war eine Lizenzierung mit Gebührenabgabe über monatlich 2 DM erforderlich; ab 1978 wurde der Empfang allgemein genehmigt). Kommerziell erhältliche Empfangsgeräte mit Uhrenanzeige (Schwille, hopf, Meinberg) kosteten weit über 1000 DM. Aber bald begannen findige Bastler (Funkamateure) eigene Entwicklungen, zumal die PTB schon frühzeitig zahlreiche Schaltungsvorschläge für die Empfangstechnik veröffentlichte. In dieser Zeit entwickelte ich meine Ideen für einen intelligenten Uhrenempfänger, der auch Senderabschaltungen bzw. -ausfälle überbrücken konnte (Gangreserve) und zusätzlich eine präzise nachgeregelte Quarzfrequenz für Eichzwecke zur Verfügung stellte. Das Ergebnis meines Bastelprojekts war eine detailiierte Beschreibung und Bauanleitung, die ich Anfang 1975 der Zeitschrift Funkschau zur Veröffentlichung vorlegte. Der mehrteilige Artikel "Uhrzeit- und Normalfrequenzempfänger für DCF77 mit Gangreserve" erschien dann 1976 in den Heften 22-26.

Ich möchte hier nicht diese Bauanleitung wieder aufgreifen, aber möglicherweise gibt es noch interessierte Bastler, die das damals mitverfolgt haben, und für die möchte ich noch einige Punkte nachtragen, um die Historie abzuschließen. Außerdem stelle ich hiermit eine elektronische Dokumentation zur Verfügung, die bislang noch nicht veröffentlicht wurde.

Welche Eigenschaften hat(te) das Gerät?

Die Idee meiner netzgespeisten LED-Funkuhr war

Ein Blockschaltbild der wesentlichen Funktionsblöcke ist hier dargestellt. Die Beschreibung des Konzeptes ist hier ladbar.

Weitere Eigenschaften

Wie ist die damalige Bauanleitung entstanden?

Für die Empfangstechnik des Zeitzeichensenders DCF77, der erst ab Mitte 1973 die Uhrzeit ausstrahlt, gab die PTB schon früh Unterstützung durch viele Schaltungsvorschläge und Realisierungshinweise in einschlägigen Publikationen, wie etwa den "PTB-Mitteilungen" oder auch einigen Elektronik-Zeitschriften im In- und Ausland. Ich befasste mich näher damit anlässlich dem von norddeutschen Funkamateuren herausgegebenen "Steinbergbrief Nr. 4" (1973), wo einige interessante Schaltungsvarianten der PTB für den Empfangsteil zum Nachbau beschrieben wurden. Neben dem Empfangszweig, der kodierte Zeitmarken und die Trägerfrequenz zur Verfügung stellte, bestand die weitere Aufgabe darin, mit digitaler Technik die Uhrzeit störsicher zur Anzeige zu bringen und die sonstigen Steuerungsfunktionen umzusetzen. Hierfür hatte ich mir einige gute Ideen überlegt, die man vielleicht in "moderner" Technik hätte realisieren können, aber etwa erschwingliche Mikrocontroller gab es noch nicht. Aus Gründen der leichteren Beschaffbarkeit und aus Aufwand- und Kostengründen entschied ich mich für die damals noch übliche Standard-TTL-Technik.

Hinzu kam, dass ich während meinem Nachrichtentechnik-Studium auf ein Thema stieß, das mich intensiv interessierte, nämlich Theorie und Praxis der Zeiterzeugung und Zeitverteilung, im wissenschaftlichen und privaten/öffentlichen Bereich in Deutschland. Da ich schon als Elektroniker und Funkamateur (DL2YI) immer an einer "genauen" Zeit interessiert war, traf es sich gut, dass ich mich 1974 im Rahmen einer Seminararbeit bei Fachleuten im Zeitlabor der PTB in Braunschweig informieren konnte. Dies gab mir auch weitere Anregungen für mein Uhrenprojekt.

Ich begann also Mitte 1973 mit meinem Bastelprojekt einer modularen intelligenten Funkuhr. Ich recherchierte viel in Veröffentlichungen zu Schaltungsvorschlägen für die Empfangstechnik und untersuchte verschiedene analoge Realisierungsvarianten (Antennenverstärker, Filtertechnik). Die digitale Technik erprobte ich mit einem Steckbrett-ähnlichen Testaufbau. Eine gute Unterstützung bekam ich von Freunden, die an ähnlichen Konzepten einer Funkuhr arbeiteten, so dass wir teilweise gleiche oder ähnliche Module bzw. Schaltungen nutzen konnten, obwohl der Geräteaufbau bei allen unterschiedlich war. Großen Dank schulde ich unter anderen Helge Haensel, DJ1WM, der wichtige Komponenten beisteuerte. So entstand bis Ende 1974 meine modulare Funkuhr.

Die technische Umsetzung meiner Ideen wurde in erster Linie davon geleitet, welche Bauteile ich zur Verfügung hatte bzw. leicht beschaffen konnte. In sofern sind nicht alle Schaltungsteile technisch optimal und effektiv realisiert. Ich war aber überzeugt, dass mein Konzept der intelligenten Steuerung und der speziellen Funktionen sicher auch für andere Bastler sehr interessant sein könnte. So bot ich der Funkschau zunächst schon Ende 1974 an, mein ausgearbeitetes Konzept für die Uhr zu veröffentlichen. Die Redaktion war jedoch der Meinung, dass es noch nützlicher wäre für die Leser, wenn ich gleich eine komplette Bauanleitung verfassen würde. Also habe ich mir die Mühe gemacht und alle Informationen dafür kurzfristig zusammengetragen. Immerhin gab es damals noch keinen PC und ich musste alles mit Schreibmaschine, Papier & Schere bzw. Bleistift & Transparentpapier zusammenbasteln. Das Ergebnis war dann mehr eine detaillierte Beschreibung des gebauten Gerätes als eine fundierte Bauanleitung. Obwohl mein neues Manuskript schon im Januar 1975 der Redaktion vorlag, erfolgte die Veröffentlichung dann erst Ende 1976.

Korrekturen zur Funkschau-Veröffentlichung (12/1980)

Trotz sorgfältiger Prüfung der Druckfahnen hatten sich in den Texten und Bildern einige Fehler eingeschlichen. Leider hat die Funkschau die Fehlerkorrekturen nie veröffentlicht. Ich habe inzwischen alle mir bekannten Fehler beim Abdruck in 6 Illustrationen zusammengestellt:

Update der Funkschau-Veröffentlichung

Es gibt seit der Veröffentlichung 1976 einige Anmerkungen und Verbesserungen, die ich in überarbeitete Dokumente eingefügt habe. Alle Schaltbilder wurden neu erstellt und können herunter geladen werden. Die Layouts (DVL) und Bestückungspläne müssen dem Funkschau-Artikel entnommen werden (sofern nicht digital vorhanden).

Es stehen folgende aktualisierte Unterlagen zur Verfügung:

Die Pleite mit dem Platinenlieferanten

Die Firma Secutronic (Bonn, Inhaber Udo Voit) wollte seinerzeit Leiterplatten zu dem Gerät anbieten. Leider war die Nachfrage nicht ausreichend und so wurde das Vorhaben bald wieder eingestellt. Danach war die Firma nicht in der Lage oder willens, mir meine original Klebefolien der Druckvorlagen wieder zurückzugeben. So musste ich neben noch ausstehender Provisionen auch auf meine wertvollen Unterlagen verzichten. Daher stehen bis heute für Leiterplatten nur die von der Funkschau abgedruckten Vorlagen zur Verfügung (bzw. digitale Layouts für 7308, 7408, 7601).

Das digitale Minutenfilter 7601

Kurz nach der Veröffentlichung hatte ich eine wesentliche Verbesserung für die Minutenerkennung entwickelt. Bislang (Platine 7401) wurde die Logik mit Monoflops umgesetzt, die den zeitlichen Erkennungsbereich der 2 sec-Lücke für die Minutenmarkierung nur recht grob eingrenzen konnten (einige 100 ms). Beim Nachfolger (Platine 7601) wird statt dessen eine digitale Zählerkette verwendet, die ein sehr schmales "Suchtor" für den Minutenimpuls ermöglicht, d.h. nur solche Impulse werden als Minute verwendet, deren 2 sec Abstand nur eine geringe Toleranz von um die 2 ms hat. Störimpulse und Überlagerungen können sich so nicht auswirken und ein Stellen der Uhr auf eine falsche Zeit wird damit recht zuverlässig verhindert. Für diese Platine ist auch ein digitales Layout verfügbar (Abacom sPrintLayout). Die verfügbaren Unterlagen sind in obiger Aufstellung enthalten.

Erweiterungsmöglichkeiten

Einige kleine Erweiterungen hatte ich im Laufe der Zeit hinzugefügt, etwa

Die Zusätze sind auf der universell verwendbaren Platine 7407 untergebracht. Weitere Details auf Nachfrage.

Und heute?

Die Uhr läuft noch heute im Dauerbetrieb (aktuelles Bild siehe oben). Allerdings sind einige LED-Segmente des Displays ausgefallen, die ich gelegentlich austauschen muss. Etwas Sorgen macht mir die offenbar etwas erhöhte (Sekunden-)Störung auf der Regelspannung, was wohl an der inzwischen geänderten Trägertastung (Austastlücke 0,25 ms mit 0 % Träger und Restamplitude sonst 15 % statt bisher 25 %, siehe Literaturliste unten) und pseudozufälligen Phasenmodulation liegen dürfte.

Die Quelle und andere Links

die historischen Quellen

Uhrenprojekte basierend auf dem Funkschau-Artikel

aktuelle Infos zu DCF77

(05.07.2016)

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© Reinhard Weiß 2013, 2016letzte Änderung: 26.12.2017 23:20 / 1