Funkuhr und DCF77: So kommt die genaue Zeit ins Haus
Eine Funkuhr empfängt das Zeitzeichen DCF77, das der Langwellensender in Mainflingen bei Frankfurt am Main auf 77,5 kHz rund um die Uhr ausstrahlt und das auf den Atomuhren der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig beruht. Das Signal reicht etwa 2.000 Kilometer weit und überträgt jede Minute Uhrzeit, Datum, Wochentag und die Ankündigung von Zeitumstellung und Schaltsekunde.
Von der Atomuhr zum Sender
Die PTB ist nach dem Einheiten- und Zeitgesetz für die gesetzliche Zeit in Deutschland zuständig. Sie realisiert die Sekunde mit den primären Cäsium-Uhren CS1 und CS2 und den Cäsium-Fontänenuhren CSF1 und CSF2, die nach PTB-Angaben in vielen Millionen Jahren weniger als eine Sekunde abweichen. Aus diesen Uhren wird die deutsche Realisierung der Weltzeit UTC(PTB) abgeleitet, die in die internationale Weltzeit UTC eingeht. In Mainflingen, rund 25 Kilometer südöstlich von Frankfurt, stehen drei kommerzielle Cäsium-Uhren, die von Braunschweig aus überwacht werden und den Sender steuern; betrieben wird die Anlage im Auftrag der PTB, seit 1959 als Frequenznormal und seit 1973 mit dem heutigen Zeitcode.
Der Sender arbeitet mit einer Trägerleistung von 50 Kilowatt; die 150 Meter hohen Antennen strahlen davon rund 30 bis 35 Kilowatt ab. Langwellen folgen der Erdkrümmung als Bodenwelle und werden nachts zusätzlich an der Ionosphäre reflektiert, deshalb ist der Empfang in Skandinavien, Spanien oder Süditalien möglich. Das Rufzeichen setzt sich aus D für Deutschland, C für den Langwellenbereich, F für den Standort Frankfurt und 77 für die Frequenz zusammen.
So ist das Zeitsignal aufgebaut
Zu Beginn jeder Sekunde wird die Trägeramplitude für 0,1 oder 0,2 Sekunden abgesenkt; 0,1 Sekunden bedeuten eine 0, 0,2 Sekunden eine 1. In der 59. Sekunde fehlt die Absenkung, daran erkennt die Uhr den Minutenanfang. Die 59 Bits einer Minute tragen die Zeitinformation für die jeweils folgende Minute.
| Sekunden | Inhalt |
|---|---|
| 0–14 | Wetter- und Katastrophenwarndaten (verschlüsselt, seit 2006) |
| 16 | Ankündigung eines Wechsels zwischen MEZ und MESZ, eine Stunde vorher |
| 17–18 | Kennung Sommerzeit (MESZ) oder Normalzeit (MEZ) |
| 19 | Ankündigung einer Schaltsekunde, eine Stunde vorher |
| 21–27 | Minute (BCD-codiert) mit Prüfbit in Sekunde 28 |
| 29–34 | Stunde mit Prüfbit in Sekunde 35 |
| 36–57 | Kalendertag, Wochentag, Monat und Jahr mit Prüfbit in Sekunde 58 |
| 59 | keine Marke: Kennzeichen für den Minutenbeginn |
Weil die Umstellung auf Sommer- oder Winterzeit angekündigt wird, springen Funkuhren in der Nacht der Zeitumstellung von selbst um; auch eine Schaltsekunde übernehmen sie korrekt. Die meisten Armband- und Wanduhren synchronisieren sich nur ein- bis mehrmals täglich, meist nachts, und laufen dazwischen mit ihrem Quarz weiter.
- Frequenz
- 77,5 kHz (Langwelle)
- Standort
- Mainflingen bei Frankfurt am Main
- Reichweite
- rund 2.000 km
- Trägerleistung
- 50 kW
- Zeitcode seit
- 1973
- Zeitbasis
- Atomuhren der PTB, Braunschweig
Wenn die Funkuhr nicht synchronisiert
Die Empfangsantenne in einer Funkuhr ist ein kleiner Ferritstab, der schon durch Störfelder im Haushalt aus dem Tritt kommt. Die häufigsten Ursachen und was hilft:
- Störquellen entfernen. Netzteile, LED-Lampen, Monitore, Fernseher und Router erzeugen Störungen im Langwellenbereich. Mindestens ein bis zwei Meter Abstand halten, für den ersten Empfang die Uhr notfalls auf die Fensterbank legen.
- Nachts synchronisieren lassen. Zwischen etwa 1:00 und 5:00 Uhr sind Störungen am geringsten und die Raumwelle am stärksten; die meisten Uhren versuchen deshalb genau dann den Empfang.
- Ausrichtung prüfen. Der Ferritstab empfängt am besten, wenn er quer zur Richtung nach Mainflingen liegt; in Hamburg oder München also mit der Längsachse in Ost-West-Richtung. Bei Wanduhren verläuft der Stab meist waagerecht im Gehäuse.
- Gebäude beachten. Stahlbeton, Metallfassaden, Keller und Dachgeschosse mit Metallfolie dämpfen das Signal stark; ein Raum mit Fenster in Richtung Frankfurt hilft.
- Batterie tauschen. Bei schwacher Batterie schaltet die Uhr den Empfänger als Erstes ab, obwohl die Zeiger noch laufen.
Ein Empfangsversuch dauert mindestens zwei bis drei Minuten, weil die Uhr einen vollständigen Minutenrahmen plus Bestätigung braucht. Wer manuell auslöst, sollte die Uhr in dieser Zeit nicht bewegen. Ausfälle und Wartungsarbeiten des Senders veröffentlicht die PTB unter DCF77 bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt.
Alternativen zum Langwellensignal
Smartphones und Computer holen die Zeit über das Netzwerkprotokoll NTP von Zeitservern, die PTB betreibt dafür öffentliche Server, oder über die Satellitennavigation GPS und Galileo, deren Satelliten eigene Atomuhren tragen. Beide Wege sind auf wenige Millisekunden genau, brauchen aber Internet oder freien Himmel; das Langwellensignal funktioniert ohne beides und mit einer Knopfzelle über Jahre. Weitere Hintergründe zur Zeitmessung stehen in der Rubrik Zeitwissen, etwa warum eine Stunde 60 Minuten hat: Warum hat eine Stunde 60 Minuten?.
Wie genau ist eine Funkuhr?
Nach erfolgreicher Synchronisation weicht sie nur um die Signallaufzeit ab, also um wenige Tausendstelsekunden pro 1.000 Kilometer Entfernung zum Sender. Zwischen zwei Empfangsvorgängen läuft sie mit der Genauigkeit ihres Quarzwerks, meist unter einer Sekunde pro Tag.
Funktioniert DCF77 auch im Ausland?
Ja, innerhalb von rund 2.000 Kilometern um Frankfurt, also in fast ganz Europa. In Großbritannien, Japan, China und den USA gibt es eigene Zeitzeichensender mit anderen Frequenzen, die eine deutsche Funkuhr nicht versteht.
Warum zeigt die Funkuhr nach der Zeitumstellung die alte Zeit?
Weil der letzte Empfang vor der Umstellung lag und der nächste noch nicht gelungen ist. Ein manueller Empfangsversuch an einem Fenster oder das Abwarten der nächsten Nacht behebt das in der Regel.