Physik

DCF77 – So bekommen Funkuhren die Zeit über Langwelle

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David Beck
Bild von David Beck, Reporter und Redakteur SWR Wissen aktuell sowie Redakteur bei SWR Kultur Impuls.
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Vinetta Richter
Vinetta Richter, Reporterin und Social Media Redakteurin SWR Wissen aktuell

In der Nacht von Samstag auf Sonntag ist es wieder Zeit für die Zeitumstellung. Viele Uhren machen das automatisch mithilfe des Internets. Aber das ging auch schon vor der weltweiten digitalen Vernetzung, nämlich mit Funkuhren. 

Trotz Internet gibt es noch eine ganze Menge Funkuhren, die am Sonntag automatisch eine Stunde zurückgestellt werden. Aber wie genau funktioniert die Zeit per Funk eigentlich?

Das DCF77 Signal

Auf der Langwelle 77,5 kHz läuft die ganze Zeit die Zeit – im wahrsten Sinne des Wortes. Es läuft die gesetzliche Zeit Deutschlands, bestimmt von mehreren Atomuhren der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig. Das Zeitzeichen wird per Langwellensender DCF77 in Mainflingen bei Frankfurt gesendet und von Millionen Funkuhren in eine für uns lesbare Uhrzeit übersetzt.

Auch per Telefon, Mobilfunk, übers Internet oder GPS-Satelliten lassen sich Zeitsignale senden — warum also wird zum Einstellen von Uhren nach wie vor auch die altmodische Langwelle verwendet? 

Der Grund ist einfach: das DCF77-Signal ist praktisch überall in Europa und sogar darüber hinaus erreichbar. Mit einer Reichweite von 2.000 Kilometer um den Sender erstreckt sich das Empfangsgebiet von Marroko bis Moskau, von Istanbul bis Island. Die Langwellen durchdringen gängige Baustoffe mühelos, Funklöcher gibt es nur wenige. Und natürlich lässt sich das Signal auch dort empfangen, wo es keine Telefon- oder Breitbandleitung gibt.

Der Langwellensender DCF77 ist das bedeutendste Medium zur Verbreitung der gesetzlichen Zeit in Deutschland.
Die Reichweite des Langwellensenders DCF77 ist 2.000 Kilometer groß.

Das alles mit einem einzigen Sender, der meist sogar ganz ohne Personal auskommt. Damit ist DCF77 mit seiner vergleichsweise simplen Technologie ziemlich ausfallsicher.

Funktionsweise der Funkuhr

Jede Sekunde gibt es einen Piepston mit einer kurzen oder einer etwas längeren Pause. Der Unterschied zwischen einem und zwei Zehntel Sekunden ist für uns kaum hörbar, Funkuhren können das aber sehr gut unterscheiden. Uhrzeit und Datum werden so in einem binären Code mit sogenannten Bits übermittelt, ähnlich dem Morsecode.

Jedes Bit jeder Sekunde hat dabei eine bestimmte Bedeutung. Und am Ende jeder Minute gibt es zwei Sekunden lang gar keine Pause. So weiß die Funkuhr wann die neue Minute losgeht und kann sich sekundengenau einstellen.

Wetterbericht auf der Uhr

Neben Uhrzeit und Datum werden seit 2006 auch noch Wetterdaten für 90 verschiedene Regionen in Europa gesendet. Manche Funkuhren können so gleich noch einen 3-tägigen Wetterbericht liefern.

Übrigens bekommen auch viele öffentliche Uhren ihre Zeit aus Mainflingen – zum Beispiel an Bahnhöfen, in Ampeln oder bei Energieversorgern, die zeitabhängige Tarife anbieten.

Die aktuellen Zeitinformationen werden direkt am Standort des Langwellensenders DCF77 mithilfe dieser Steueranlage erzeugt. Drei kommerzielle Atomuhren geben dabei den Takt vor.
Die kurzen Töne der Funkuhr beinhalten sehr viele Informationen zu Uhrzeit, Datum und Wetter.

Im besten Fall, wenn die Funkuhr jede Minute alle Informationen erhält, ist sie so genau wie die Atomuhren der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig. Diese haben eine Abweichung von ungefähr einer Sekunde alle 300 Millionen Jahre. 

Diese extreme Genauigkeit lässt sich aber noch steigern: Beim Nationalen Institut für Standards und Technologie in den USA wurde eine experimentelle Quantenuhr entwickelt, die nochmal über 100-mal genauer ist – also nur alle mehr als 30 Milliarden Jahre um eine Sekunde abweicht.