Deze avond werd een demonstratie gegeven met zenden van morseseinen middels een vonkzender en de ontvangst hiervan met een coherer-ontvanger. We gingen dus dit keer ver terug in de tijd. Al eerder is dit tijdens het radiocaféprogramma op 6 oktober 2009 in een lezing besproken. Echter op veelvuldig verzoek door bezoekers, die dat toentertijd niet hebben mogen meemaken, zijn nogmaals de historische zend en ontvanger van stal gehaald.

Meegenomen de demonstratievonkzender, die drie jaar is gebruikt tijdens de BTTF voordrachten, verzorgd op diverse locaties in het land, door Geert Paulides (PA7ZEE) en ikzelf (PA3HDY). Het zal bij vele toehoorders nog herinneringen oproepen die per ongeluk de antenne aanraakten zodat het eventueel nog aanwezig hoofdhaar recht op ging staan of in de nabijheid van de vonkzender detectieverschijnselen kregen in hun, met mangaan gevulde kiezen. Met gevolg het luidruchtig  uitstoten met open mond van op Di-Dah Di-Dah gelijkende geluiden, gebruikelijk bij de marconistenopleiding.

Reden dan ook om vooraf  te waarschuwen voor extreem hoge spanningen.

De deze avond gebruikte coherer-ontvanger is een demonstratietoestel van de firma Merkelbach uit 1918 dat nog prima werkt.

De vonkzender is op zich eenvoudige schakeling maar het lijkt mij toch wel interessant voor de lezer hoe het werkt. Het is gebouwd naar het schema van William du Bois Duddell (Britsch patent no  21.629 van 29 november 1900).

Het belangrijkste onderdeel is de hier gebruikte T-Ford bobine die werkt volgens de klos van Ruhmkorf. Een uitvinding van de onderzoeker Heinrich Ruhmkorf (1803-1877) die in 1851 deze inductieklos ontwierp. De hier gebruikte bobine heeft primair weinig windingen ongeveer 50 van redelijk dik draad om een maximale primaire stroom te verkrijgen. Het geheel is gewikkeld om een kern van geïsoleerd weekijzer van op lengte geknipte weekijzeren draden.

Tevens is de spoel voorzien van een onderbreker, de Neefsche hamer die wij kennen van de eerder uitgevonden elektrische schel in 1832.  De primaire wikkeling is voorzien van een glazen afscherming en daar over heen in lagen met daartussen geolied papier een groot aantal, zeg maar duizenden windingen. Later zal dat door de gebroeders Bright verbeterd worden door deze secundaire in schijven te wikkelen om overslag te voorkomen.

Bij het inschakelen middels een seinsleutel, welke in serie met een batterij is verbonden, zal er een stroom lopen door de primaire wikkeling die niet direct zijn volle sterkte bezit, maar deze pas na een overigens korte tijd bereikt. Hiermee wordt een magnetisch veld opgebouwd dat op een gegeven moment krachtig genoeg is om de hamer aan te trekken waardoor via een contact de stroom wordt verbroken en het magneetveld wegvalt.

Door zelfinductie van de primaire wikkeling zal deze bij het indrukken van de seinsleutel de magnetisatie van de kern tegenwerken en bij het onverwacht openen van het hamercontact proberen het magnetisme te behouden. Bij het inschakelen wordt de stroom langzaam opgebouwd door tegen werking van de inductie. Bij het verbreken valt de stroom in een keer weg. Met gevolg dat bij het verbreken de inductie het grootst is. Om ervoor te zorgen dat tijdens het verbreken geen vonk overslaat, die de tijd kan vertragen van de onderbreking, wordt deze geblust middels een condensator parallel aan het contact.

De frequentie waarmee een “Neefsche Hamer” heen en weer gaat wordt voornamelijk bepaald door zowel het effectieve gewicht van de hamer als door de soepelheid van de ophanging van de hamer. Je kunt dit goed vergelijken met de resonantiefrequentie van een stemvork. Bij een Neefsche Hamer kan je een en ander vaak nog wat beïnvloeden door de kontaktafstand en/of de spanning van een veertje te veranderen.

De instelbare frequentie van de Neef’Sche hamer ligt tussen de 30 en 60 hertz.  Ook in de secundaire wikkeling zal door het wisselend magnetisme een spanning opgewekt worden die vele malen hoger zal zijn door het grote aantal windingen. Bij de T-Ford bobine is de verhouding ongeveer 1 : 2600 zodat met een accuspanning van 6 volt we een secundaire wisselspanning kunnen verwachten van 16000 volt.

De polen van deze inductor zijn verbonden met een vonkenbrug die instelbaar is en van windschotten is voorzien. Bovendien zijn ze verbonden door een seriekring waarin een condensator is opgenomen en ook een spoel met een aantal draadwindingen.

Natuurlijk moet, om maximaal vermogen te verkrijgen, de schijnbare weerstand van de condensator overeenkomen met die van de secundaire wikkeling van de Ruhmkorf klos. We moeten dus berekenen de optimale condensatorcapaciteit die bij de hoogspanningstrafo past. De stroom in de primaire bij 6 volt accuspanning is 2 ampère. Omgerekend in vermogen loopt er in de secundaire met 16000 volt dus 0,0008 ampère. De schijnbare weerstand XL = U : I = 20 Mohm. De frequentie van de onderbreker is ingesteld op 50 hertz. We weten dat XL = 20 Mohm. We kunnen nu de C waarde uit rekenen.  1 gedeeld door XL x 2πf = 0,000159 = 159 pF.

Vanwege de hoge spanning is een Leidsche fles gebruikt om overslag te voorkomen. De Leidsche flesch is een uitvinding van Pieter van Musschenbroek en Peter Cunaeus in 1746. Tijdens experimenten met statische elektriciteit merkte men op dat de geladen voorwerpen in de open lucht hun lading verloren. Algemeen heerste er het idee dat elektriciteit een onzichtbare vloeistof zou kunnen zijn die heen en weer stroomde.

Waarschijnlijk dat bij wijze van proef zijn medewerker Peter Cunaeus in een fles met wijde hals waarin water voor de geleiding een draad van de elektriseermachine liet hangen. Mogelijk zou er dan een niveauverschil te zien zijn als het water een elektrische lading krijgt toegediend. Maar er gebeurde zichtbaar niets. Het niveau van het water bleef hetzelfde. Als hij later met zijn vinger voelt of het water warm is geworden, krijgt hij een vreselijke schok. Het blijkt dat zijn hand waarmee hij de fles vasthoudt en de vloeistof in het glas samen een condensator vormen die de lading vasthoudt.

Dat bracht van Musschenbroek op het idee een fles te voorzien van een inwendig bekleedsel van geleidend materiaal en ook de buitenzijde. Het blijkt het nu mogelijk een lading te kunnen opslaan in deze condensator. Deze uitvoering blijkt zeer hoge spanningen zonder overslag aan te kunnen, vandaar dat ook in deze vonkzender een dergelijke condensator is toegepast. De schok die gevoeld werd door van Musschenbroek zelf, tijdens het experiment daarover, schreef hij aan zijn vriend René Réamur: “Plotseling begon mijn hand hevig te schudden en heel mijn lichaam trilde als liefde op het eerste gezicht”. Het lijkt erg romantisch maar ik raad de lezers aan dat toch niet te proberen, het is niet van gevaar ontbloot.

De spoel kunnen we ook berekenen, de formule voor een enkellaags gewikkelde spoel is:

De diameter van het spoel lichaam is 54 mm de wikkellengte is 120 mm en het aantal windingen is 44. Met onderstaande berekening komen we uit op:

Met deze spoel van 38 uH en een condensator van 159 pF in serie is de afstemming 146 meter = 2 Mhz

Deze golflengte is gekozen omdat tijdens de BTTF periode als ontvanger een Philips radio L3X80T werd gebruikt waarmee op de middengolf de seinen hoorbaar gemaakt konden worden.

Beter zou nu zijn om met dezelfde wikkellengte, nu 26 wdg, aan te brengen, waarmee dan de spoel 13 uH zal zijn. Dan komen we uit in de 80 meterband. Ook kan een deel van de spoel om dat te verkrijgen voor een deel kortgesloten worden. Het is dan ook gelukt met een daarvoor aangepaste antenne een verbinding tot stand te brengen met een Engels amateurstation. De antenne wordt aangesloten op een koppelspoel van 10 windingen, welke in de spoel van 44 wdg geschoven is. Waarmee dus de antenne inductief is gekoppeld.

Wijziging van het magnetisch veld in de primaire spoel doet in de koppelspoel een inductiestroom ontstaan. Deze wisselstroom zal in de antenne een elektromagnetisch veld opwekken.

Uit een en ander volgt dat niet iedere Ruhmkorf klos goed bruikbaar is. Het is juist het T-Ford model dat erg geschikt is om te gebruiken en ook vroeger werd deze gebruikt in kleine zenders. Om de spoel en condensator te laten oscilleren is er parallel aan de secundaire een vonkenbrug aangebracht die instelbaar is op de hoogst afgegeven spanning. Zou gauw de topwaarde wordt bereikt van de spanning waarbij gelijk ook de condensator is geladen springt er een vonk over in de vonkenbrug. Nu gebeuren er twee dingen:

• de secundaire wordt kortgesloten;
• de condensator kan zich ontladen via de spoel.

De seriekring is via de vonk kortgesloten en is nu een parallelkring. Er ontstaat nu een gedempte golf waarvan de frequentie wordt bepaald door de spoel en condensatorwaarden. Door de vonkoverslag ontstaat er, nadat de vonk is geblust, een moment van ionisatie tussen de polen van de brug, waardoor de lucht daartussen even geleidend blijft en de kring kan uitslingeren. Daarna herhaalt zich dat, het gaat echter in een behoorlijk tempo zodat wij een constante vlamboog zien. In onze demonstratiezender wordt een frequentie opgewekt van ongeveer 2 Mhz. De bandbreedte is erg groot 1 Mhz met gevolg in deze tijd onbruikbaar

De toonfrequentie is 50 hertz. Het vermogen is 0,96 watt.

Met de frequentie van de primaire onderbreker van 50 hertz (niet te verwarren met de netfrequentie, dat heeft er niets mee van doen !!) wordt er 50 keer per seconde een gedempte golf van 2 Mhz uitgestoten door de antenne. De 50 hertz trilling, die als het ware als een gemoduleerd signaal werkt, noemen we de toonfrequentie.

Nu werden er vroeger met dergelijke zenders morsesignalen verzonden die werden ontvangen met een zogeheten coherer-ontvanger. Voor deze demonstratie is dan ook een originele coherer-ontvanger meegenomen van de Firma Merkelbach uit 1918.

De coherer is een ontvanger die slechts bestaat uit een glazen buisje waarin tussen twee instelbare metalen elektroden een weinig ijzervijlsel is opgehoopt. De ruimte tussen de elektroden is hooguit 2 à 3 mm en de doorsnede 4 à 5 mm. Niet luchtledig, dus eenvoudig zelf te maken. Bij deze ontvanger, die ik lang geleden vond, was het buisje leeg en met een zoetvijl heb ik van een stuk ijzer wat afgevijld en dat als vulling voor de coherer gebruikt.

Het is Munck die in 1838 ontdekte dat als een Leidsche flesch in de nabijheid tot ontlading wordt gebracht, het ferromateriaal in een glazen buisje samenklontert en een kortsluiting vormt. Het raakte echter in de vergetelheid. Pas weer opnieuw ontdekt in 1890 door de Franse geleerde Branly die het de naam gaf van radioconducteur. In hetzelfde jaar noemde Oliver Lodge het de coherer. ‘To cohere’ betekent in het Engels samenkleven. We vinden het ook terug in de benaming cohesie in de natuurkunde.

Deze coherer is in serie met een 3 volts batterij aangesloten op een super gevoelig snelrelais. Welk met een contact een schel bedient waaraan tevens een stangetje met een vilten balletje aan het eind, dat ritmisch tegen het glazen buisje van de coherer gaat slaan als de schel werkt.

Hierdoor wordt telkens het ijzervijlsel losgeklopt. Parallel aan de schel kan een morsemachine worden aangesloten. De coherer is aan beide zijden voorzien van antennes of een zijde van de coherer wordt met aarde verbonden en de andere zijde aan een antenne. Welk laatste het meest wordt toegepast.

Wordt nu de seinsleutel ingedrukt en de vonkzender een hoogfrequent signaal gaat uitzenden dan zal dit door de antenne van de coherer worden opgevangen met gevolg dat het ijzervijlsel samenklontert. Het relais komt in, de schel gaat ratelen en het vilten kloppertje slaat gelijk het ijzervijlsel weer los. Zolang de vonkzender signaal geeft blijft dit voortduren. Ook de bel van de schel laat zich horen en zo kunnen punten en strepen hoorbaar gemaakt worden.

Een eventueel aangesloten morsemachine schrijft op een lopende papier band de tekst in morse.

Natuurlijk waren de aanwezigen tijdens deze lezing benieuwd of het wel echt zou werken zo’n glazen buisje met wat ijzervijlsel, wat op zich toch in feite de complete ontvanger is. Waar wij nu superontvangers voor gebruiken is dat toch daarmee niet te vergelijken! 

Maar in tegendeel, na enig afregelen en instellen liet de bel zich horen in het ritme van de seinsleutel. Onvermoeibaar gaf de coherer ontvanger de signalen uitgezonden door de vervaarlijke vonkzender door.

Alhoewel af en toe de coherer het voor gezien hield. Het is een demonstatiemodel en slechts een voorbeeld om te laten zien hoe het werkt.
Een vroeger gebruikte Marconi coherer was begrijpelijk veel verfijnder en gevoeliger dat deze eenvoudige ontvanger. Maar men kreeg hiermee toch een goede indruk hoe vroeger berichten werden verzonden.

Volgens de bezoekers weer een interessante avond die ons even naar een ver verleden terug bracht in de historie van de radio. De oude ontvanger werd aandachtig bekeken. Geert gaf nog even een demonstratie met sleutelen en hoe morse met ezelsbruggetjes snel is te leren.  Na de langdurige demonstratie was  het vertrek gehuld in een overdadige ozon lucht.

Ik sloot de lezing met het seinen van mijn call, PA3HDY.

Piet van Schagen.