Was ist DCF77?

DCF77 ist ein Zeitsignal und wird auf der Normalfrequenz 77,5 kHz als Zeitinformation in kodierter Form ausgestrahlt. Die Sendeleistung beträgt etwa 50 kW bei einer ausgestrahlten Leistung von etwa 30 kW in einer Reichweite von ca. 2000 km im Umkreis um Frankfurt/Main bzw. Mainflingen.

Warum gibt es DCF77?

Im Gesetz über die Zeitbestimmung (Zeitgesetz ZeitG) von 1978 ist festgesetzt, dass die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (nachfolgend PTB genannt) zur Darstellung und Verbreitung der "gesetzlichen Zeit " verpflichtet ist. Im DCF77 Signal ist die Zeitinformation der nächsten Minute kodiert. DCF77 ist ein über Langwelle ausgestrahltes Zeitsignal. Das DCF77 Signal ist die Definition der "richtigen Zeit Deutschlands". Dieses ausgestrahlte Signal findet im alltäglichen Leben Verwendung. Funkarmbanduhren und Funkwecker empfangen und werten diese Signal zur Anzeige der "richtigen" Zeit aus. Aber auch in der Datenverarbeitung findet dieses Signal immer mehr Aufmerksamkeit. Es gibt spezielle Funkuhren, die man an PC´s anschliessen kann, damit diese über entsprechende Software auch mit der "richtigen Zeit Deutschlands" versorgt werden können. Die Weitergabe der gesetzlichen Zeit an die verschiedensten Nutzer in Industrie, Wirtschaft und Forschung erfolgt über Satelliten, den Langwellensender DCF77 und einen Telefondienst. Jeder Sender, dessen Reichweite über die Landesgrenzen reicht, muss ein solches Rufzeichen mit aussenden.

Reichweite des DCF77 Signals

Das von der Sendeantenne abgestrahlte DCF77-Signal erreicht den Empfangsort auf zwei Wegen: Zum einen breitet es sich als Bodenwelle entlang der Erdoberfläche aus, und zum anderen gelangt es als Raumwelle nach Reflexion an der ionosphärischen D-Schicht zum Empfangsort. Bei geradliniger Ausbreitung und einer Reflexion (one hop) an der Unterseite der Ionosphäre ergibt sich die maximale Reichweite der DCF77-Raumwelle, wenn sie den Sendeort tangential zur Erdoberfläche verlässt und am Empfangsort auch wieder tangential einfällt. Unter diesen Annahmen beträgt die Reichweite am Tag etwa 1900 km und etwa 2100 km in der Nacht. Zu weiter entfernten Empfangsorten gelangt das DCF77-Signal nur nach mehrfachen Reflexionen (z.B. zwei Reflexionen an der D-Schicht, eine Reflexion an der Erdoberfläche), die aber mit einer starken Abnahme der Feldstärke verbunden sind. In die Europa-Karte oben ist der 2000 km Kreis um Mainflingen eingetragen. Darüber hinaus ist ein zuverlässiger Empfang nur in Einzelfällen nachgewiesen worden. Zusammengefasst ergeben sich für die Boden- und Raumwelle folgende Eigenschaften: 1. Die sehr stabile Bodenwelle hat eine große Reichweite. Bis zu Entfernungen von einigen hundert Kilometern ist ihre Empfangsfeldstärke deutlich größer als die der Raumwelle. Unter 500 km Entfernung vom Sender kann man mit Feldstärken der Bodenwelle über 1 mV/m rechnen. 2. Im Entfernungsbereich zwischen etwa 600 bis 1100 km können Boden- und Raumwelle gelegentlich gleich groß sein, was bei Gegenphase zur gegenseitigen Auslöschung (Fading) führen kann. Andererseits ist bei gleicher Phase aber auch ein vorübergehender starker Feldstärkeanstieg möglich. Beide Phänomene werden auch schon in Braunschweig (d = 273 km) beobachtet. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu wissen, dass diese "Schwebung" zwischen Boden- und Raumwelle langsam abläuft (eine Viertelstunde und länger) und somit für eine Funkuhr genügend Zeit zur Aufnahme der DCF77-Zeitinformation zur Verfügung steht. 3. In Entfernungen über 1100 km tritt der Bodenwellenanteil immer mehr zurück, und es überwiegt dann die Raumwelle, deren Ausbreitung in großen Entfernungen besonders am Tage recht konstant ist. Zwischen 1100 und 2000 km Entfernung sind Feldstärken der Raumwelle zwischen einigen hundert und etwa 100 µV/m zu erwarten.

Freundliche Genehmigung der PTB, Quelle: http://www.ptb.de/de/org/4/44/442/dcf77_weite.htm

Zitat Dr. Bauch (Leiter der PTB- Arbeitsgruppe "Zeitübertragung"): "Bei der Reichweite ist das so eine Sache: Eigentlich muss man Text und Bild als Einheit sehen: Das Bild zeigt z. B. die 2000 km Linie, unten steht, welche Feldstärke dann erwartet werden kann. Ob eine Funkuhr mit dieser Feldstärke auskommt, muss der Hersteller wissen. Es ist aber etwas mutig, einfach von der Reichweite 2000 km zu sprechen."

Wie und wo wird das DCF77 Signal erzeugt?

Das DCF77 Zeitsignal wird von der PTB mittels Atomuhren erzeugt. Viele nehmen an, dass das Signal in Braunschweig erzeugt und über Leitungen nach Mainflingen weitergeleitet wird, um von dort ausgestrahlt zu werden. Richtig ist aber, dass das DCF77 Signal in dem Sendegebäude in Mainflingen erzeugt und von dort ausgestrahlt wird. Über Telefonleitungen steht die PTB in Braunschweig mit den Steuereinheiten dieser Signalerzeuger in Mainflingen in Verbindung. Mitarbeiter der PTB können jederzeit die Betriebsdaten dort abrufen und bei Problemen auch per Fernwartung diese Steuereinheiten fernsteuern. Die Sendezeit ist, mit kleinen Ausnahmen, ein 24h-Dauerbetrieb. Ausnahmen sind: für die Dauer von Gewittern muss die Aussendung des Signals vorübergehend abgeschaltet werden. In Sommermonaten kann dies sehr häufig der Grund für Störungen im Empfang des Signals sein. Oder bei Wartungen oder Störungen muss auf einen Reservesender oder eine Reserveantenne umgestellt werden. Je nach Art der Arbeiten kann die Unterbrechung dann unter Umständen mehrere Stunden andauern. Da aber heute drei unabhängig voneinander arbeitende Steuereinheiten das Signal erzeugen, kann mit Hilfe von Reserveantennen meist die Aussendung des Signals während der Reparaturen weitergeführt werden.

Zuverlässigkeit des Signals:

zeitliche Verfügbarkeit - 99,7 % sind vertraglich vereinbart, in 2002 wurden fast 99,95 % erreicht - für diesen Dienst der PTB. Quelle: http://idw-online.de/pages/de/news59790 Zitat Dr. Bauch (Leiter der PTB- Arbeitsgruppe "Zeitübertragung"): "Die Aussendung von DCF77 erfolgt unter der Verantwortung der T-Systems Media Broadcast in einem vertraglichen Verhältnis mit der PTB. Unsere Aufgabe ist die Bereitstellung des Signals und natürlich die Kontrolle der Aussendung auf Richtigkeit. Für die Bereitstellung der Zeitinformation an die Öffentlichkeit sind die von Ihnen gewünschten Detailinformationen über Betriebsparameter unerheblich. Die Verfügbarkeit der Aussendung lag in den letzten beiden Kalenderjahren bei über 99,9 % (bezogen auf ein Jahr) und der Erhaltungszustand der Infrastruktur am Sender lässt uns optimistisch sein, dass das auch in der Zukunft so bleibt. Wir bekommen pro Woche einige E-Mails oder Anrufe, in denen Funkuhrbesitzer über Funktionsstörungen klagen. Die Zahl der Störungen, die nicht durch einen Batteriewechsel zu beseitigen ist, schätze ich auf relativ < 5% ein. Die nächst häufige Ursache von Empfangsstörungen liegt im Betrieb der Funkuhren an Aufstellungsorten mit zu großen Störungen. Etwa 1 - 2 Mal pro Jahr verweise ich jemanden an die RegTP (nun Bundesnetzagentur), um ggf. die Quelle einer externen Störung aufspüren zu lassen. Eine Erfolgs-Rückmeldung habe ich leider noch nie bekommen. Wir sehen zusammenfassend keine Notwendigkeit, einen DCF Monitordienst online einzurichten. Die Web Darstellung unseres Zeitdienstes ist sicher verbesserungsfähig, aber was ich als nächstes einbauen werde sind Hinweise für Funkuhrbesitzer. Wir dachten immer, das sei nicht nötig. Aber wir lernen dazu."

Wieso drei Steuereinheiten?

Es gibt aus Sicherheitsgründen drei Steuereinheiten, die das DCF77-Signal unabhängig voneinander erzeugen. Bevor des Signal zum Aussenden freigegeben wird, findet eine Überprüfung der drei Signale gegeneinander statt. Sobald das Signal aus der Hauptsteuereinheit von einem der anderen zwei "Reserve"-Steuereinheiten abweicht, wird auf die Reserveeinheiten umgestellt. Aus Sicherheitsgründen wird die Signalaussendung total unterbrochen, wenn das Signal völlig "falsch" ist, d.h. keine Übereinstimmung der drei erzeugten Signale festzustellen ist. Das Motto: "Lieber gar keine Zeit aussenden, als eine falsche!"

Woher stammt der Name DCF77?

Der Name DCF77 ist durch internationale Vereinbarungen entstanden. DCF77 setzt sich aus dem BuchstabenD für Deutschland, dem C als Kennzeichen eines Langwellensenders und dem F wegen der Nähe zu Frankfurt (Mainflingen liegt nahe bei Frankfurt) zusammen. Die 77 steht für die verwendete Sendefrequenz. Das Rufzeichen DCF77 wird dreimal stündlich, als Morsezeichen, während der Minuten 19, 39 und 59 gesendet.

Wieso Mainflingen?

Der DCF77 Sender steht in Mainflingen (50° 01’ Nord, 09° 00’ Ost), etwa 25 km südöstlich von Frankfurt/Main. Die Antennen sind hohe vertikale Rundstrahlungsantennen. Zwei von ihnen sind 200 Meter, die Dritte ist 150 Meter hoch (verfügt daher über eine höhere Dachkapazität). Der DCF77 Sender steht deshalb in Mainflingen, weil im Sendegebäude ein gutes Erdungsnetz verlegt ist. Aber viel wichtiger ist die Lage des Sendegebäudes in der Mainebene. Der Grundwasserspiegel ist dort sehr hoch. Dadurch ist die Bodenleitfähigkeit heraufgesetzt. Dieses sind günstige Ausstrahlungsbedingungen für das Signal.

Verlässlichkeit des DCF77 Signals?

Wie oben erwähnt, werden die drei Signale gegeneinander geprüft und dann erst ausgestrahlt. Aber auch bei einem Netzausfall ist vorgesorgt. Eine USV (Unterbrechungsfreie Strom Versorgung) und ein Notstromaggregat halten den Betrieb in der Sendezentrale in Mainflingen aufrecht.

Zukunft des DCF77 Signals

Schon relativ einfache, kostengünstige Antennen können dieses Langwellensignal "auffangen". Die Ausbreitung des Signals auf Langwelle ist gut geeignet, da dieses Signal auch in Gebäuden noch gut zu empfangen ist. Die Aufrechterhaltung des Sendebetriebes des DCF77 Signals hängt von der Zusammenarbeit der PTB und der Telekom ab (Verbreitung des Signals über Telekom Langwellensender). Die PTB ist für die Erzeugung des DCF77 Signals verantwortlich und die Telekom für die Aussendung des Signals über ihren Langwellensender. Die PTB muss für die Nutzung des Telekomsenders sehr viel Geld bezahlen, außerdem stehen in den kommenden Jahren umfangreiche Sanierungsmaßnahmen an den Antennenanlagen und dem Sendegebäude an. Die PTB hat aber erkannt, wie wichtig die Aufrechterhaltung des Aussendens des DCF77 Signals ist. Ihr ist bekannt, dass die Nutzer des Signals, sowohl Hard-/Softwarehersteller, als auch die eigentlichen Anwender aus Industrie und Haushalt, auf das Fortbestehen des Signals vertrauen, indem Sie hohe Investitionskosten in die Entwicklung und die Anschaffung von DCF77 Antennen stecken. Aber auch die Telekom beweist mit den hohen Sanierungskosten an Antennenanlagen und Sendegebäude ihr Interesse am Fortbestehen des Sendebetriebes. Ein weiterer Grund an eine Zukunft des DCF77 Signals und dessen Betriebes zu glauben, sind die Weiterentwicklungen, u.a. an den Sendeantennen, wie z.B. die durchgeführten Versuche, den Sendebetrieb durch geeignete Blitzschutzmassnahmen noch sicherer zu machen. Ein vertragliches Abkommen besteht zwischen der PTB und der Telekom, indem der Betrieb bis ins Jahr 2006 beschlossen wurde.

Vertragsverlängerung

DCF77 bleibt erhalten