Der Telegraf: Morsen über Draht

Das Prinzip: Strom an, Magnet zieht

Der elektrische Telegraf nutzt eine einzige Wirkung des Stroms: Eine Spule, durch die Strom fließt, wird zum Magneten. LEIFIphysik, das Physikportal des FWU Instituts für Film und Bild, beschreibt den Aufbau so knapp, wie er ist. Der Sender besteht nur aus einer Taste, mit der kurze oder lange elektrische Impulse auf eine Leitung gegeben werden. Der Empfänger besteht aus einem Elektromagneten, über dem ein Anker sitzt.

Drückst du die Taste, ist der Stromkreis geschlossen, der Elektromagnet zieht den Anker an. Lässt du los, fällt der Anker zurück. Im historischen Schreibtelegrafen trug der Anker einen Stift, der auf einem Papierstreifen kurze und lange Striche hinterließ; ein Uhrwerk zog den Streifen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit weiter. Aus der Folge der Striche las man mit dem Morsealphabet die Buchstaben.

Für den Selbstbau brauchst du kein Uhrwerk. Es genügt, den Anker hörbar zu machen – als Klicken, als Summen oder als Lampe, die aufleuchtet. Das Alphabet selbst, den Takt und die Notzeichen erklärt der Artikel „Morsen, Lichtzeichen, Spiegel, Flaggen“; hier geht es um die Technik dahinter.

Kurz zur Geschichte: Göttingen, München, Morse

Nach der Universität Göttingen bauten Carl Friedrich Gauß und Wilhelm Eduard Weber den ersten elektromagnetischen Telegrafen der Welt und erprobten ihn im Mai 1833 erfolgreich. Die Leitung war mehr als einen Kilometer lang und führte über Dächer und Türme der Stadt vom damaligen Physikalischen Kabinett zur Sternwarte. Die beiden entwickelten dafür den ersten Telegrafencode mit fünf Bit. Eine der ersten Nachrichten lautete „Wissen vor Meinen, Sein vor Scheinen“ – ihre Übermittlung dauerte 270 Sekunden.

LEIFIphysik ordnet den Gauß-Weber-Apparat als Nadeltelegrafen ein, der sich im praktischen Einsatz bewährte. Nach seinem Vorbild baute Carl August von Steinheil 1837 in München einen zweiten Telegrafen. Im selben Jahr stellte Samuel Morse sein System vor, das sich nach LEIFIphysik wegen seiner Einfachheit und Robustheit durchsetzte und mehr als hundert Jahre im Einsatz blieb. Sein erster Apparat war auf einer Malerstaffelei aufgebaut.

Die Lehre daraus für heute: Das Verfahren ist so einfach, dass es mit den Mitteln einer Werkstatt des 19. Jahrhunderts funktionierte. Genau das macht es für eine Lage ohne Netz interessant.

Video: Carl Friedrich Gauß und die Geburtsstunde der Telekommunikation | Studierende informieren (Universität Göttingen) – Studentischer Film der Universität Göttingen über den Telegrafen von Gauß und Weber von 1833 und seine Bedeutung für die Telekommunikation.

Den Elektromagneten selbst wickeln

LEIFIphysik beschreibt einen Heimversuch, der sich direkt übernehmen lässt. Du brauchst eine Batterie, am besten eine 4,5-Volt-Flachbatterie, einen Eisennagel oder eine Eisenschraube von etwa 6 cm Länge und rund 2 m Kupferdraht, am besten lackierten Draht mit 0,3 mm Durchmesser. Die Drahtenden werden auf 1,5 cm Länge abisoliert, bei Lackdraht also blank geschabt.

Dann wickelst du den Draht eng und möglichst oft um den Nagel; ist er zu dick, geht es auch in mehreren Lagen. Schließt du die Enden an die Batterie, zieht der Nagel Büroklammern an. LEIFIphysik weist ausdrücklich darauf hin, dass der Magnet nur kurz an der Batterie hängen soll, weil er viel Energie verbraucht. Für den Telegrafen passt das: Strom fließt nur, solange die Taste gedrückt ist.

Als Anker dient ein Streifen aus Eisenblech, etwa aus einer Konservendose, der federnd knapp über dem Nagelkopf sitzt. Zieht der Magnet, schlägt der Streifen hörbar an – ein einfacher Klopfer. Den Abstand stellst du durch Biegen so ein, dass der Streifen sicher angezogen wird und beim Loslassen zurückspringt.

Summer, Klopfer oder Lampe

Ein Klopfer macht nur ein Klicken beim Drücken und eines beim Loslassen; lange und kurze Zeichen unterscheidest du am Abstand. Leichter zu hören ist ein Summer. Er arbeitet wie eine elektrische Klingel, die LEIFIphysik als Selbstunterbrecher erklärt: Fließt Strom durch die Spule, zieht sie den Anker an. Dabei löst sich ein Kontakt, der Strom bricht ab, der Anker schwingt zurück, schließt den Kontakt wieder, und alles beginnt von vorn.

Für den Eigenbau heißt das: Der Strom zum Magneten läuft über den Blechanker selbst und über eine Kontaktschraube, an der der Anker in Ruhe anliegt. Solange die Taste gedrückt ist, schnarrt der Anker. Nach LEIFIphysik sorgt bei käuflichen Klingeln eine Feder dafür, dass der Anker immer in dieselbe Lage zurückkehrt und der Kontakt sicher schließt; ohne sie bleibt eine einfache Klingel mit der Zeit stehen.

Hast du einen fertigen Summer oder eine alte Türklingel für Kleinspannung, nimm sie. Eine kleine Glühlampe oder Leuchtdiode mit passendem Vorwiderstand geht ebenfalls; sie ist leise und eignet sich, wenn niemand mithören soll. Achte in jedem Fall darauf, dass Summer oder Lampe für die Spannung deiner Batterie gemacht sind.

Zwei Stationen verbinden: eine Bauanleitung

Die folgende Schaltung ist ein Vorschlag der Redaktion, keine Norm. Sie kommt mit zwei Drähten aus, und beide Seiten können senden und hören. Jede Station hat eine Taste, eine Batterie und einen Summer. Die beiden Leitungsdrähte nennst du „Plus“ und „Minus“ und markierst sie an beiden Enden, etwa mit Klebeband in zwei Farben.

An jeder Station hängt der Summer direkt zwischen den beiden Drähten. Ebenfalls zwischen den beiden Drähten liegt die Reihe aus Batterie und Taste: Pluspol der Batterie an den Plusdraht, Minuspol über die Taste an den Minusdraht. Drückt eine Seite ihre Taste, bekommen beide Summer Strom – der ferne und der eigene, sodass du dich selbst mithörst.

Die Taste baust du aus einem Holzbrett, einem federnden Blechstreifen, den du an einem Ende festschraubst, und einer Schraube darunter als Gegenkontakt. Ein Draht kommt an den Streifen, einer an die Schraube; drückst du den Streifen herunter, ist der Kreis zu. Als Leitung taugt jeder isolierte Doppeldraht, etwa Klingeldraht oder Lautsprecherkabel.

• Beispielwerte: je Station eine 4,5-Volt-Flachbatterie oder zwei in Reihe für 9 Volt, dazu ein Summer für dieselbe Spannung.
• Beide Batterien mit dem Pluspol an denselben Draht – sonst schließt ihr sie kurz, sobald beide gleichzeitig drücken.
• Erst auf dem Tisch mit kurzem Draht testen, dann die lange Leitung verlegen.
• Blanke Verbindungsstellen isolieren, damit die beiden Drähte sich nicht berühren.
• Batterien abklemmen, wenn nicht gefunkt wird.

Leitungslänge und Spannungsabfall

Jeder Draht hat einen Widerstand. Nach LEIFIphysik wächst er proportional mit der Länge und sinkt, je größer der Querschnitt ist; Kupfer gehört zu den besten Leitern. Weil der Strom hin und zurück muss, zählt die doppelte Strecke. Am fernen Summer kommt deshalb weniger Spannung an als an der Batterie – er wird leiser oder schweigt.

Ein eigenes Rechenbeispiel mit dem Wert aus der LEIFIphysik-Tabelle: Zwei Drähte von je 100 m aus Kupfer mit 0,5 mm² Querschnitt haben zusammen rund 6,8 Ohm. Bei einem sparsamen Summer ist das wenig, bei einer Glühlampe, die mehr Strom zieht, kann es schon spürbar sein. Dünner Klingeldraht über mehrere hundert Meter summiert sich entsprechend.

Die Abhilfen folgen daraus: dickeren Draht nehmen, Verbraucher wählen, die wenig Strom brauchen, oder Batterien in Reihe schalten und die Spannung erhöhen – aber nur so weit, wie Summer und Lampe es vertragen, und immer im Bereich der Kleinspannung. Wie du mit einer 12-Volt-Batterie sicher umgehst, steht im Artikel „Die 12-Volt-Welt“.

Betriebsverfahren: rufen, bestätigen, übergeben

Zwei Stationen auf einer Leitung brauchen Regeln, sonst drücken beide gleichzeitig und keiner versteht etwas. Vereinbart vorher einen Anruf, etwa den Anfangsbuchstaben der gerufenen Station, mehrmals wiederholt. Die gerufene Seite antwortet mit ihrem eigenen Buchstaben – damit ist die Verbindung bestätigt.

Danach sendet immer nur eine Seite. Wer fertig ist, gibt das Wort mit K ab (– · –), der Aufforderung zum Senden. Für „verstanden“, „warten“, „Irrung“ und das Ende einer Nachricht gibt es festgelegte Betriebszeichen der Internationalen Fernmeldeunion; sie stehen in der Tabelle im Artikel „Morsen, Lichtzeichen, Spiegel, Flaggen“. Schreibt jede Nachricht mit Uhrzeit auf, dann lässt sich später nachvollziehen, was angekommen ist.

Legt außerdem feste Hörzeiten fest, zum Beispiel zu jeder vollen Stunde. Ein Summer, der eingeschaltet auf Anrufe wartet, braucht keinen Strom – erst die gedrückte Taste zieht Strom aus der Batterie.