Der Beitrag Dr. Adolf Koepsels zur Entwicklung der Funktechnik

Beim Durchstöbern historischer Radioliteratur stieß der Autor auf eine Notiz in der Funk-Technik 8/1951 [1], die als Zeitpunkt für die Erfindung des Drehkondensators das Jahr 1901 nennt. Danach sollte Dr. Adolf Koepsel im Privatlaboratorium von Wilhelm von Siemens in Berlin dieses für die Funktechnik so wichtige Bauelement erstmals gebaut haben. Auch andere Quellen bezeichnen Koepsel als „Vater des Drehkondensators“. Das entspricht jedoch nicht den Tatsachen, was die Verdienste Koepsels um die Entwicklung der Funktechnik allerdings nicht schmälern sollte.

Nach gründlichen Recherchen zeigte sich, dass die meisten Chronisten in dieser Angelegenheit irrten und anschließend schlicht die falschen Informationen voneinander abgeschrieben haben. Tatsächlich ist Dr. Koepsel nicht der Erfinder des Drehkondensators, und das in [1] erwähnte im Deutschen Museum befindliche Exemplar dürfte auch nicht der „erste Drehkondesator“ sein. Eine Anordnung, die wir heute als Drehkondensator bezeichnen würden, wurde nämlich fast ein Jahrzehnt vor Koepsels angeblicher Erfindung patentiert. Koepsels Verdienste um die Entwicklung der Funktechnik sollten dadurch keineswegs geschmälert werden. Er hat sich mit der konstruktiven Weiterentwicklung des Drehkondensators beschäftigt und diesen erfolgreich zur Frequenzabstimmung in einem Schwingkreis verwendet. Nach den vorliegenden Unterlagen war das Anfang 1902. Seit dem gibt es die Drehkondensator-Abstimmung, wie sie in Millionen Radios oder Funkgeräten zu finden ist. Auch wenn inzwischen mechanische Drehkondensatoren von Kapazitätsdioden abgelöst wurden – das Prinzip bleibt bis heute unverändert.

1892: Die Erfindung des Drehkondensators

Unter der Nr. 72447 wurde das Patent für einen „Electrischen Kondensator mit durch Lageänderung der Platten mit veränderlicher Capacität“ am 8. Juni 1892, also etwa ein Jahrzehnt vor der angeblichen „Erfindung“ Köpsels, vom Kaiserlichen Patentamt in Berlin dem Franzosen Desidier Korda erteilt. In der Patentschrift [2] heisst es: „Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrischer Kondensator dessen Belegungen, von einem flüssigen Isolator (Dielektrikum) umgeben, so einander gegenübergestellt, daß die Kapazität einen beliebigen Werth annehmen kann.“

Der Patentanspruch bezog sich auf folgende Anordnung (Bild 1): „Ein elektrischer Kondensator aus parallel zu einander angeordneten, halbkreisförmig gestalteten Plattenpaaren (Belegungen), wovon die Hälfte, unter sich verbunden, an einer drehbar gelagerten Achse befestigt ist, während die andere Hälfte der Belegungen feststeht, aber ebenfalls untereinander leitend verbunden ist, umgeben von einem flüssigen Isolator mit der Wirkung, daß der Werth der Capacität des Kondensators je nach der relativen Lage in Bezug auf die gegenseitige Deckung und den Abstand der drehbar vereinigten Platten (a) zu den feststehenden (b) geändert werden kann (Fig. 1).“

Diese Beschreibung entspricht also grundsätzlich dem, was man seit über hundert Jahren als Drehkondensator bezeichnet hat – allerdings mit der Ausnahme des „flüssigen Isolators“. Dieser war nämlich notwendig, weil Desider Korda eine Anwendung hatte, die hohe Spannungsfestigkeit und große Kapazitätswerte erforderte. Der zweite Anspruch seiner Patenschrift bezieht sich nämlich auf die „Aufhebung der Selbstinduction“. Wie man aus den Zeichnungen zur Patentschrift entnehmen kann, handelt es sich – wie man heute sagen würde – um ein Verfahren der automatischen Blindstromkompensation mit Hilfe eines von einem Servo angetriebenen Drehkondensators.

Koepsel und die Drahtlose Telegrafie

Adolf Koepsel (1856 – 1933) (Bild 2), Schüler von Hermann von Helmholtz und promovierter Physiker, trat nach seinem Studium 1885 in das Privatlaboratorium von Wilhelm von Siemens (Sohn von Werner von Siemens) ein. 1894 konstruierte er den nach ihm benannten Apparat zur Bestimmung magnetischer Eigenschaften verschiedener Eisensorten. 1899 verließ Koepsel das Charlottenburger Werk von Siemens & Halske, um Direktor des von Siemens errichteten Elektrizitätswerkes in Langethal/Schweiz zu werden. Es handelte sich bei diesem Projekt, für das Koepsel seit 1895 arbeitete, um das erste größere Hochspannungs-Drehstrom-Wasserkraftwerk.

Anlässlich einer Besichtigung dieses Werkes wurde Koepsel von Wilhelm von Siemens gefragt, ob er nicht Lust hätte, sich an den Arbeiten auf dem Gebiet der Drahtlosen Telegrafie zu beteiligen. Er überlegte nicht lange und ging schon 1900 wieder zurück nach Berlin. Grund war offensichtlich nicht nur die Sehnsucht nach der Großstadt Berlin, die Koepsel in der schweizerischen Kleinstadt sehr vermisste, sondern auch sein unermüdlicher Forschungsdrang, den er als Direktor eines Elektrizitätswerkes offensichtlich in keiner Weise befriedigen konnte.

Im Privatlaboratorium von Wilhelm von Siemens auf dem Rittergut in Biesdorf bei Berlin war es seine Aufgabe, aus den für das Laboratorium entwickelten Geräten praxistaugliche Apparate zu konstruieren. Mit diesen Sende- und Empfangsgeräten führte man damals Übertragungsversuche durch, um die Reichweite zu ermitteln. Eine Vergrößerung der Reichweite der drahtlosen Übertragung um den Faktor zehn erreichte Koepsel, indem er den Empfänger empfindlicher machte. Er ersetzte den damals üblichen Cohärer durch eine Anordnung, bei der eine Graphitspitze auf eine polierte Stahlplatte gedrückt wird.

Funktelegrafiegeräte arbeiteten vor hundert Jahren mit offenen Schwingkreisen, bei denen das Resonanzsystem aus der Eigeninduktivität und -kapazität des jeweiligen Strahlers (Antenne) besteht. Weil die Induktivitäts- und Kapazitätswerte sehr stark von den räumlichen Gegebenheiten abhängen, lag die Eigenresonanz der damals verwendeten Sender und Empfänger nicht immer auf gleicher Frequenz. Mit solchen „breitbandigen“ Übertragungsverfahren ließen sich nur geringe Reichweiten erreichen. Die Idee zur Abstimmung von Sender und Empfänger auf eine gemeinsame Frequenz gab es damals bereits: Oliver Lodge (1889) und Ferdinand Braun (1899) wurden dazu Patente erteilt. Auch Guglielmo Marconi erkannte die Bedeutung der Sender-/Empfänger-Abstimmung. Er meldete die Idee beim Britischen Patentamt an. Am 20. April 1900 wurde ihm das Patent unter der Nr. 7777 erteilt [3].

Gegen Ende des Jahres 1900 wandte sich Prof. Braun mit dem Wunsch an Wilhelm von Siemens, seine mit geschlossenen, abgestimmten Schwingkreisen gemachten Versuche fortzusetzen. Koepsel wurde beauftragt, die Resultate Brauns zu überprüfen.

Der geschlossene Schwingkreis wird eingeführt

Dazu fuhr Koepsel nach Cuxhaven, wo sich die Versuchsstation Brauns befand (Bild 3). „Hier war alles äußerst primitiv und ohne jeglichen praktischen Wert“, so der kurze und knappe Kommentar Koepsels zu den Braunschen Apparaten [4]. Enttäuschend war die Reichweite: „Damit konnten lediglich nur in einem Umkreise von einem Kilometer Zeichen empfangen werden, was so gut wie gar nichts bedeutete.“

Trotz des negativen Eindruckes riet er anschließend Wilhelm von Siemens, das Braunsche Prinzip für seine Apparate zu übernehmen und damit zu experimentieren. „Nach meiner Meinung war das Prinzip des geschlossenen Schwingungskreises sehr gut, aber von Braun und seinen Assistenten nicht richtig gehandhabt worden.“ Im März 1901 begann Koepsel mit den Arbeiten an Apparaten mit den Schaltungen von Braun. Schon im Juli konnte er damit eine regelmäßige Verbindung zur 60 km entfernten Insel Helgoland herstellen.

Koepsel „erfindet“ den Drehkondensator

Ende 1901 wurde die „Gesellschaft für drahtlose Telegraphie, System Prof. Braun und Siemens & Halske“ (oder kurz „Braun-Siemens-Gesellschaft“) gegründet. Bei dieser Siemens-Tochtergesellschaft handelte es sich bekanntlich um den Vorläufer der Firma Telefunken (die Telegrammadresse der Gesellschaft für drahtlose Telegraphie lautete damals bereits „Telefunken“). Auf Vorschlag von Wilhelm von Siemens wurde Adolf Koepsel die wissenschaftliche Leitung übertragen.

In einer persönlichen Mitteilung berichtet Wilhelm Siegel [5], der Anfang 1902 vor seinem Studium bei der Braun-Siemens-Gesellschaft als Mechaniker arbeitete, von der vermeintlichen Erfindung des Drehkondensators in dem dortigen Labor. Man kann aus dieser Aussage schließen, dass Koepsels Mitarbeiter zu diesem Zeitpunkt Kordas Patent nicht kannte. Siegel: „Es dürfte nicht allgemein bekannt sein, daß der Drehkondensator eine Erfindung des Hauses Siemens ist. Der Erfinder war der bekannte Herr Dr. Koepsel, der Anfang 1902 als Leiter des Labors der ,Gesellschaft für drahtlose Telegraphie, System Prof. Braun und Siemens & Halske´ die Konstruktion herausbrachte und auch die konstruktive Entwicklung weiterführte…“

Er fährt fort: „Wie bei allen Neukonstruktionen war die Entwicklung bis zur endgültigen Ausführung des Drehkondensators ein langer Weg; es galt das geeignete Material für die Plattensätze zu erfinden, harte oder geglühte Messingplatten, Zinkplatten, Aluminiumplatten. Zu beachten ist, daß der Durchmesser der Platten damals erheblich größer war als heute. Es galt außerdem eine günstige Lagerung für den beweglichen Teil zu finden, Abdichtung bei Ölkondensatoren etc. etc….“

Koepsel selbst beschreibt 1931 die Arbeiten am Drehkondensator in einem Interview [4], ohne allerdings einen exakten Zeitraum anzugeben (er selbst spricht in dem Zusammenhang übrigens nie von „Erfindung“): „Noch während meiner Tätigkeit bei Siemens hatte ich die Grundlage für den heute überall verwandten Drehkondensator gelegt. Ich sagte mir nämlich bereits bei den allerersten Versuchen, daß zwar ein geschlossener Schwingungskreis immense Möglichkeiten in sich birgt, daß aber die Wellenlänge vorausbestimmt werden und außerdem noch kontinuierlich veränderlich sein müsse.

Um dies zu erreichen, gab es aber nur zwei Wege, und zwar entweder die Kapazität oder die Selbstinduktion veränderlich zu gestalten. Ich entschied mich für den ersteren Fall, da die Kapazität von zwei, teils mehr, teils weniger entfernten Metallplatten abhängt. Natürlich spielte in diesem Falle die Größe der Platten eine Rolle, und um Raum zu sparen, ordnete ich die Platten eben dergestalt an, in dem ich zwei Halbkreise schuf, die sich gegeneinander verschieben, wodurch eine vollkommene Kontinuierlichkeit erreicht wird. So entstand der Drehkondensator, der heute eines der unentbehrlichsten Teile sowohl bei Sendung als auch bei Empfang ist.“

Die theoretischen Grundlagen über Resonanzeffekte in geschlossenen und offenen Schwingkreisen bei gedämpften Schwingungen, wie sie von Funkenstrecken erzeugt werden, lieferte Koepsel 1903 in einem ausführlichen Beitrag nach [7]. Hierbei bezog er sich auf eine frühere Arbeit von Max Wien. Die Problematik besteht darin, dass die elektrischen Vorgänge in der Funkenstrecke recht komplex sind und seinerzeit offenbar nicht reproduzierbar waren. Dadurch traten undefinierbare Resonanzerscheinungen auf.

Der angeblich „erste“ Drehkondensator

In der Notiz in der Funk-Technik [1] wird erwähnt, dass ich der (angeblich) erste Drehkondensator von 1901 im Deutschen Museum, München, befindet. Tatsächlich gibt es dieses Exponat dort heute noch, allerdings nicht in der Ausstellung, sondern im Depot. Der Drehkondensator hat die mehr als 100 Jahre erstaunlich gut und unbeschädigt überstanden (Bild 4). Das Exemplar trägt auf der Skala die Aufschrift „Siemens & Halske“ und ist laut einem angehängten Etikett auf 1901 datiert. Nach den vorliegenden Informationen handelt es sich offensichtlich nicht um den historisch „ersten“ Drehkondensator, sondern lediglich um eines von vielen Versuchsmodellen, die bei Koepsels Experimenten Verwendung fanden. Es gab im Labor der Braun-Siemens-Gesellschaft sicherlich außer diesem Exemplar noch mehr Ausführungen, denn Siegel deutet in [5] an, dass man über längere Zeit verschiedene Materialien und konstruktive Möglichkeiten erprobte. Sicher ist eigentlich nur, dass dieses Museumsstück 1901 bei Siemens gebaut worden ist.

Der stattliche Drehkondensator befindet sich in einer runden Metalldose mit Glasdeckel. Die Statoren und der Rotoren sind aus Messingplatten mit knapp 20 cm Durchmesser (Bild 5) in der für diese Zeit üblichen Feinmechaniker-Qualität zusammengebaut. Aufbau und Ausführung verraten eindeutige Ähnlichkeiten mit der Konstruktion der Marconi-Gesellschaft, wie sie in [6] beschrieben ist.

Um in des Volumen der Dose eine möglichst große Endkapazität unterbringen zu können, hat man jeweils eines der zwei Stator-Pakete mit einem der zwei Rotor-Pakete zusammengeschaltet (Bild 6: Stator a1 mit Rotor b1 und Stator a2 mit Rotor b2). In der Nullstellung liegen sich die elektrisch verbundenen Beläge gegenüber, womit sich die geringste Kapazität ergibt. Bei 180 Grad Drehung tauchen die Rotorplatten jeweils vollständig in das entgegengesetzte Statorplattenpaket ein. Die dann erreichte maximale Kapazität dürfte bei dieser Plattengröße und -anzahl (2 x 12 Rotor- und 2 x 13 Statorplatten) einige zehn Nanofarad betragen. Wenn das Gehäuse mit Isolieröl mit hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt ist, wird die Kapazität noch größer sein. Bei den großen Wellenlängen, mit denen man damals experimentierte, waren diese Kapazitätswerte erforderlich.

Dafür, dass es sich bei dem Museumsstück nicht um einen Koepsel-Drehkondensator handelt, spricht, dass Koepsel mit jeweils einem halbkreisförmigen Stator- und Rotorpaket arbeitete. Die in Bild 7 gezeigte Konstruktionszeichnung eines halbkreisförmigen Drehkondensators (wie er später in der Funktechnik üblich war) findet sich in einer Veröffentlichung Koepsels aus dem Jahre 1904 [7].

Anwendung im Wellenmesser

Über die Anwendung von Drehkondensatoren in den geschlossenen Schwingkreisen der frühen Braunschen Funktelegrafieapparate liegen dem Autor leider keine konkreten Unterlagen vor. Vieles deutet aber darauf hin, dass Koepsel diese zunächst in Geräten zur Frequenzmessung benutzte, bevor sie sowohl auf Sender- als auch Empfängerseite eingeführt wurden. Aber schließlich ist ein „Wellenmesser“ prinzipiell auch nichts anderes als ein Empfangsgerät. In der Veröffentlichung [8] über einen von ihm mit dem Drehkondensator konstruierten Wellenmesser bemerkt Koepsel: „Der beschriebene Apparat kann auch in sehr einfacher Weise dazu diesen, die Wellenlänge irgendeines Schwingungskreises zu bestimmen.“ Über die praktischen Erfahrungen berichtet er: „Ein solches Instrument kann, als transportables Instrument konstruiert, bei der Abstimmung vorzügliche Dienste leisten, wovon ich mich bei Versuchen mit der österreichischen Marine in Pola im Sommer 1902 zu überzeugen in der Lage war.“

Anwendung fand der Koepselsche Drehkondensator nachweislich in dem bekannten Franke-Dönitzschen Wellenmesser von 1903 [9], [10], der bei der Braun-Siemens-Gesellschaft entwickelt wurde. Der zeitliche Zusammenhang mit den Versuchen Koepsels ist offensichtlich, denn Johannes Dönitz gibt in einer Fußnote in seinem Artikel [9] den Hinweis: „Die Versuche wurden im September 1902 begonnen und im Januar 1903 beendet. – Die Unterlagen für die Konstruktion des Wellenmessers lagen bereits Anfang Oktober 1902 vor.“ Ein Abschnitt und eine weitere Fußnote stellt die Verbindung zu Koepsel her: „Der Kondensator ist ein regulierbarer Plattenkondensator, welcher sich zwecks bester Isolation den hohen Spannungen gegenüber und zur Erhöhung der Dielectricitätskonstanten in einem mit Paraffinöl gefüllten Behälter befindet.“ Fußnote: „Die ersten Angaben dieses Kondensators, wenn auch in anderer Ausführung, stammen von Dr. Koepsel.“ Bild 8 zeigt die Konstruktionszeichnung des Wellenmessers (ein Foto findet sich in [10]).

Kompetenzschwierigkeiten mit Arco und Slaby

1903 wird die Braun-Siemens-Gesellschaft mit dem Radiotechnischen Laboratorium der A.E.G. zur „Gesellschaft für Drahtlose Telegraphie“ oder kurz „Telefunken“ zusammengelegt. Georg Graf Arco und Adolf Slaby waren die führenden Köpfe der radiotechnischen Entwicklung bei der A.E.G. Koepsel berichtet in seinem Interview [4], wie er die Fusion erlebt hat: „Allerdings waren wir seinerzeit nicht die Einzigen, die sich mit der drahtlosen Telegraphie beschäftigten. Auch Slaby und Arco, die übrigens zusammen arbeiteten, hatten bereits sehr günstige Resultate erzielt.

Es dauerte nicht lange, und Slaby-Arco auf der einen und Siemens-Braun auf der anderen Seite schlossen sich zusammen und gründeten die weltbekannte Firma ,Telefunken´. Infolge Kompetenzstreitigkeiten ließ ich die drahtlose Technik links liegen und widmete mich den Fernmeßapparaten…“

Trotzdem ließ ihn der Gedanke an die Weiterentwicklung des Drehkondensators nicht mehr los. Das Interview anlässlich seines 75. Geburtstages (zwei Jahre vor seinem Tod) [4] beendet er mit folgender Bemerkung: „Ich habe mich, das möchte ich als Abschluß noch erwähnen, schon sehr oft mit der Frage beschäftigt, ob auch vielleicht eine andere Form für den Kondensator besser und vor allen Dingen geeigneter wäre. Ich habe aber nichts finden können, ausgenommen eine Anordnung, bei der die Platten nicht übereinander liegen, sondern keilförmig angeordnet sind und jetzt gegeneinander verschoben werden. Aber dies bedingt ganz neue Voraussetzungen und Verwendungsmöglichkeiten, die noch nicht gegeben sind.“ Heute wissen wir, dass die Grundideen der Väter des Drehkondensators so gut waren, dass es in den vergangenen mehr als 100 Jahren eigentlich nichts mehr zu verbessern gab.

Legenden leben lange

Dass Dr. Adolf Koepsel gar nicht der „Erfinder des Drehkondensators“ war, dürfte er selbst wohl gewusst haben und den meisten Beteiligten seinerzeit sicher klar gewesen sein. Die damalige Tages- und Fachpresse hat die Legende möglicherweise wider besseren Wissens lanciert. Es ist davon auszugehen, dass man bei Siemens das damals bereits zehn Jahre alte Patent kannte. Spätestens, wenn Koepsel versucht hätte, sich die Patentrechte zu sichern, wäre Kordas Patent zum Vorschein gekommen. Offensichtlich hatten weder Dr. Koepsel noch Siemens seinerzeit Interesse daran, die wahren Zusammenhänge darzustellen. Über die Gründe kann man nur spekulieren.

An dieser Stelle mein herzlicher Dank an das Deutsche Museum, das den Zugang zum Siemens-Drehkondensator möglich machte, an das Siemens-Archiv, das den Einblick in bisher unveröffentlichte Unterlagen in der Personalakte Koepsels erlaubte, und schließlich an Dr. Herbert Börner für seine ergänzenden Hinweise zum Marconi-Drehkondensator.

Literatur:

[1] o. Verfasser: 50 Jahre Drehkondensator. Funk-Technik 1951, Nr. 8, Seite 209

[2] o. Verfasser: Patentschrift Nr. 72447 vom 8. Juni 1892. Kaiserliches Patentamt, Berlin

[3] Börner, H.: Ich muß die Welt zum Laboratorium haben. FUNKGESCHICHTE 118 (1998), S. 55 – 66.

[4] o. Verfasser: Ein Forscher erzählt. Dr. Koepsel, der Erfinder des Drehkondensators, 75 Jahre alt. Tageszeitung “Berlin am Morgen” vom 26. März 1931, Seite 8.

[5] Siegel, W.: Persönliche Mitteilung an die Redaktion der „Siemens-Mitteilungen“ vom 25. Februar 1952.

[6] Rein, H.: Lehrbuch der Drahtlosen Telegraphie, Berlin, Springer-Verlag, Seiten 18 – 19.

[7] Koepsel, Dr. A.: Bestimmung von Kapazität und Selbstinduktion vermittelst sehr schneller elektrischer Schwingungen. Dinglers Polytechnisches Journal, 85. Jahrgang (1904) Bd. 319, Heft 14, S. 209 – 212.

[8] Koepsel, Dr. A.: Ueber Resonanzschwierigkeiten bei der drahtlosen Telegraphie. Dinglers Polytechnisches Journal 84. Jahrgang (1903) Bd. 318, Heft 40, S. 625 – 627 und Heft 41, S. 645 – 647.

[9] Dönitz, J.: Der Wellenmesser und seine Anwendung. Elektrotechnische Zeitschrift 1903, Heft 45, S. 920 – 925

[10] Börner, H.: Heinrich-Herz-Medallie ausgegraben. FUNKGESCHICHTE 123 (2000), S. 282 – 284.

Autor: Peter von Bechen

Dieser Beitrag wurde erstmals veröffentlicht in der Zeitschrift „Funkgeschichte“ Nr. 142 (2002), Publikation der GFGF e. V. (www.gfgf.org), Seiten 72 – 79. Diese Zeitschrift ist nur im Rahmen der GFGF-Mitgliedschaft zu beziehen.