Vermittlungstechnik

Manuelle Vermittlungstechnik


Nachdem Mitte der 1870er Jahre das Problem einer störungsfreien Sprechverbindung gelöst war, mußte eine Möglichkeit einer Anrufsignalisierung gefunden werden. Dies geschah durch einen elektrischen Wecker (Klingel), dessen Betriebsspan nung der Batterie, die auch den Sprechstrom lieferte, entnommen wurde oder durch eine Wechselstrommaschine, dem sog. „Kurbelinduktor“, erzeugt wurde. Dieser war in die Apparate eingebaut und wurde durch Drehen einer Kurbel in Bewegung gesetzt.

Die Möglichkeit der Verbindung eines Teilnehmers mit einem beliebigen anderen Teilnehmer wurde dadurch geschaffen, daß man von jeder Sprechstelle eine Doppelleitung zu einer zentralen Stelle führte. Dort konnte eine Vermittlungsperson die gewünschte Verbindung mittels einer weiteren technischen Einrichtung, dem sog. „Klappenschrank“, durch „Stöpseln“ manuell herstellen. Ihren Namen verdanken die Klappenschränke ihrer Technik: Anrufe wurden dem Vermittlungspersonal durch Herabfallen von Nummernklappen, die im Ruhezustand von einem Elektromagneten festgehalten wurden, signalisiert. Wurde dem Personal vom Anrufer das Gesprächsende mitgeteilt, trennte man die Verbindung und kippte die Klappe wieder hoch. Die erste Telefonvermittlung wird am 17.5.1877 in Washington (5 Teilnehmer) eingerichtet. Kurz darauf wurden auch die ersten Vermittlungsstellen in Europa eingerichtet, so z. B. 1877 in England und 1881 in Berlin.

Es entstanden Teilnehmerverzeichnisse (das erste Berliner Verzeichnis wurde „Buch der Narren“ genannt), „Anweisungen zur Benutzung der Fernsprecheinrichtungen“ reglementierten den komplizierten Fernsprechvorgang. Doch mit der steigenden Zahl von Anschlüssen stiegen auch die Probleme bei der Handvermittlung. In den Vermittlungen, die auch „Ämter“ genannt wurden, mußten mittlerweile viele der anfänglich 50 Teilnehmer fassenden Klappenschränke nebeneinander aufgestellt werden. Verb indungen von einem zum anderen Schrank wurden durch Zuruf angekündigt. So kam es in den Hauptgeschäftszeiten oft zu einem großen Durcheinander, Fehlverbindungen und vergessene Teilnehmer waren an der Tagesordnung. Abhilfe brachte hier das im Jahr 1878 in Amerika erfundene „Multiple Switchboard“ oder „Vielfachfeld“, über das man die dem Schrank zugeordneten Teilnehmer mit jeder dem Amt zugeführten Anschlußleitung verbinden konnte. Um besetzte Leitung en zu erkennen, wurde im selben Jahr der „click busy test“ entwickelt. Berührte man mit dem Stecker der Verbindungsschnur die Buchse des gewünschten Teilnehmers, war bei „Besetzt“ ein Klicken zu hören. 1892 machte das von der Bell Company erfundene „Common Battery System“ den Kurbelinduktor überflüssig. Den zum Telefonieren notwendigen Strom lieferte nun ein große Batterie im Amt, die Klappen konnten durch Lampensignale ersetzt werden.

Das Vermittlungspersonal anfänglich war die damals gehobene Position des Telegraphen-Gehilfen in Deutschland nur von Männern besetzt, da man glaubte, daß bei Frauen das Briefgeheimnis nicht gesichert wäre, sie sich gegenüber ihren männlichen Kollegen nicht durchsetzen könnten und die Dienstabwicklung durch häufigen Wechsel, wie etwa bei Schwangerschaft, nicht gesichert wäre. Doch bereits 1887 erkannte man auch die Vorzüge von Frauen im Vermittlungsdienst und stellte unter dem neuen Titel „Fernsprechgehilfinnen“ die ersten Damen ein. Die aus dieser Zeit stammende umgangssprachliche Bezeichnung „Fräulein vom Amt“ hielt sich bis weit in die 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts.

Automatische Vermittlungstechnik


Ziel der Automatisierung der Vermittlungstechnik war eine völlige Unabhängigkeit vom Vermittlungspersonal. Der erste Schritt in diese Richtung war die Erfindung eines „Hebdrehwählers“ durch Almon Strowger im Jahr 1889.

Ein solcher Wähler war in der Lage, 100 Anschlüsse anzuwählen. 1891 gründete Strowger die „Strowger Automatic Telephone Exchange Co.“. 1892 nahm die erste automatische Telefonzentrale in der Nähe von Chicago ihren Betrieb auf. Wo mehr als 100 Teilnehmer vorhanden waren, mußte der Wählvorgang in mehrere Stufen zerlegt werden: Ein „Gruppenwähler“ stellte zur Hundertergruppe durch, ein Leitungswähler baute die Verbindung zum gerufenen Teilnehmer auf. Das Wählen geschah zunächst mit einer Tastatur, da hier aber durch unterschiedlich schnelles Wählen Probleme bei der Auswertung der Wahlimpulse auftraten, entwickelte man 1896 das Telefon mit Wählscheibe. Der übermächtige Bell-Konzern behinderte Strowgers Bemühungen, die automatische Vermittlungstechnik in Amerika durchzusetzen, so war er gezwungen, in Europa entsprechende Kontakte zu knüpfen. Dies führte zu einer Kooperation mit Loewe-Gruppe, die 1905 im Reichspostauftrag und in Zusammenarbeit mit Siemens begann, das Fernsprechamt Hildesheim mit Strowger-Wählern zu automatisieren. 1908 ging dann das erste deutsche „Selbstanschlußamt“ mit 900 Teilnehmern in Betrieb. Hier bei erwies sich die Zahl der Leitungswähler als zu gering, was dazu führte, daß Verbindungen zu stark belasteten 100er-Gruppen oft nicht möglich waren. Doch die Automatisierung des deutschen Telefonnetzes ging weiter:

1909: erstes europäisches Großstadt Wählamt in München (Hersteller: Siemens; Technik: Strowger-Wähler) 1923: Beginn des „Selbstwählferndienstes“: Netzgruppe Weilheim mit 5 Ortsnetzen Im Laufe der Zeit wurden die verschiedensten Wählertypen entwickelt, Höhepunkt hierbei war die Entwicklung eines „Edelmetall-Motordrehwähler (EMD)“ durch Siemens im Jahr 1954. Dieser zeichnete sich durch hohe Schrittgeschwindigkeit und nied rigen Verschleiß aus und trat einen regelrechten Siegeszug in große Teile der Welt an. Nachdem Anfang der 60er Jahre der Transistor erfunden worden war und es seit Mitte der 60er integrierte Schal-tungen (ICs) gab, verdrängte die Elektronik nach und nach die Elektromechanik im Vermittlungswesen.

Im November 1962 nahm die DBP die erste öffentliche Vermittlungsstelle mit elektronischer Steuerung in München in Betrieb. Das „elektronisch gesteuerte System mit Magnetkoppelfeldern“ stammte von Siemens, die Koppelfelder stellten hierbei den Ersatz für die Wähler dar und bildeten das Sprechwegenetz. Ab 1972 nahmen schließlich alle deutschen Ortsnetze am Selbstwählferndienst teil. 1978 begann der Serienbetrieb des rechnergesteuerten Wählsystems EWS (Siemens, SEL, T&N), das eine größere Vermittlungsgeschwindigkeit als bisherige Systeme und eine Kurzwahleinrichtung aufwies. 1979 traf die DBP die Grundsatzentscheidung zur „Digitalisierung“ (Umwandlung analoger Signale, z.B. Sprache, in einen binären Datenstrom) des Fernsprechnetzes und setzte daher seit 1982 bei Neuinstallationen im Fernnetz und später auch in den Ortsnetzen ausschließlich digitale Übertragungs-und Vermittlungssysteme ein. Für den Normalbürger“ machte sich die Umstellung vor allem durch die Tonwahl“ und einen nahezu verzögerungsfreien Verbindungsaufbau bemerkbar.

Kabelgebundene Übertragungstechnik: Die Telegraphenlinien


Im Jahre 1834 war man der festen Überzeugung, daß auf große Entfernung nur eine oberirdische Kabelverlegung möglich wäre, da Versuche Kabel zu isolieren und unterirdisch zu verlegen immer wieder gescheitert waren. Also muß te man die großen Nachteile der oberirdischen Verlegung wie mutwillige Beschädigung, Zerstörung durch Naturgewalten und aufwendige Leitungsführung in Kaufnehmen. Als Leiter kamen damals die Metalle Kupfer und Eisen in Frage. Versuche mit Kupfer zeigten, daß durch die Dehnbarkeit viele Masten notwendig wurden, außerdem war der Kupferpreis sehr hoch. Also griff man auf das unedlere Eisen zurück, was dazu führte, daß Drähte sehr schnell rosteten. Deshalb verwendete man in Deutschland ab 1873 nur noch verzinkte Eisendrähte, das Verfahren des Verzinkens war ja längst bekannt. In Amerika wurden die Eisendrähte, die einen D urchmesser von 3-5 mm hatten, nach einem galvanoplastischen Verfahren verkupfert.

Grundpfeiler der Telegraphenlinien waren die Holzmasten. Anfang des 19. Jahrhunderts nagelte man die Drähte direkt an die Masten. Dies hatte zur Folge, daß die nahezu immer vorhandene Feuchtigkeit, die ja elektrischen Strom gut leitet, diesen gegen die Erde abfließen ließ und die Verbindung zusammenbrach. So entwickelte man verschiedene Isolationsverfahren. Der erste wirkliche Fortschritt wurde 1858 mit der Erfindung eines feuchtigkeitsdichten Porzellanisolators (sog. „Doppelglocke“ ) erzielt. Ein weiteres Problem war die Haltbarmachung der Masten selbst. Um der schnellen Verrottung Herr zu werden, entwickelte man ab 1831 verschiedene Verfahren der Holzimprägnierung. Mit den ersten Telegraphenlinien entstand auch ein neuer Beruf, nämlich der des Leitungsaufsehers. Eine besondere Leistung der Telegraphiegeschichte war der Bau der „indo-europäischen-Telegraphenlinie“ durch die Brüder Siemens von 1866 bis 1870. Diese Linie verband London mit Kalkutta und war auf Initiative der engl ischen Krone entstanden, um die Kommunikation bzw. den Handel mit der blühenden Kolonie Indien entscheidend zu verbessern. Diese Telegraphenlinie hatte eine Länge von 4700 km und 70.000 Masten. Um die Telegramme „ohne Handarbeit auf den Zwischen stationen“ übermitteln zu können, konstruierte Werner Siemens ein spezielles Apparatesystem, das die empfangene Nachricht auf Lochstreifen aufzeichnete, welcher dann wieder einem Sender zugeführt wurde. So wurden Zeitverlust und Nachrichten verstümmelung erfolgreich vermieden.

Die Entstehung der Landkabel (Erdkabel)


Grundlage für die Entwicklung funktionfähiger Erdkabel, war die Entdeckung eines brauchbaren Isolationsmaterials. 1842 erkannte man in London die hervorragenden Eigenschaften eines aus Singapur eingeführten Baumhar-zes namens „Guttapercha“. Auf Anregung Werner Siemens begannen 1846 die ersten Versuche mit dem neuartigen Isolator, der sich bei Erwärmung gut verformen ließ. Die Versuche verliefen durchaus erfolgreich, so daß man 1847 mit der Erfindung der Guttapercha-Presse durch Halske die Geburtsstunde der Kabeltechnik feiern konnte. 1849 war bereits die erste Erdkabelverbindung zwischen Berlin und Frankfurt, wo in der Paulskirche gerade die Nationalversammlung tagte, fertiggestellt. Um die Kabel vor Tierverbiß zu schützen, erfand Werner Siemens 1879 die Bleipresse zur Kabelherstellung mit nahtlosem Bleimantel. 1881 erfolgte die Fertigstellung des Reichstelegraphen-Untergrundnetzes mit einer Länge von 5.460 km

Die Entstehung der Seekabel


Die Geschichte der Seekabel beginnt wie bei den Landkabeln mit der Erfindung der Guttapercha-Isolation. 1850 erfolgt die Verlegung des ersten Seekabels zwischen England und Frankreich durch die Brüder Brett. Über dieses Kabel konnte nur ein einz iges Telegramm übermittelt werden, bevor es brach. Der 2. Versuch mit einem armierten Seekabel ein Jahr später war erfolgreich, was ein regelrechtes Kabelfieber auslöste. Spätere Versuche einer Verlegung eines Kabels von Sardinien nac h Algerien scheiterten wegen der im Vergleich zum Ärmelkanal großen Wassertiefe an einer geeigneten Verlegeeinrichtung, einer Kabelbremse, mit der man das Abrollen des Kabels von der Trommel kontrollieren konnte. 1857 entwickelte Werner Siemens eine Meßmethode zur Auffindung von Kabelfehlern. Außerdem hatte Siemens eine Theorie zur Berechnung der notwendigen Bremskraft auf eine Kabeltrommel gefunden. Mit Hilfe Siemens glückte schließlich die Kabelverlegung, das Ansehen des Hauses Siemens stieg europaweit gewaltig an.

In Amerika hatte man sich schon seit einiger Zeit über eine transatlantische Telegraphenverbindung Gedanken gemacht. Man versprach sich gewaltige Gewinnchancen durch den raschen Informationsaustausch mit den Börsenplätzen und Rohstoffmärkten Europas. Der New Yorker Cyrus Field entwarf 1856 zusammen mit dem Engländer Charles Bright einen Plan für ein Transatlantikkabel, nachdem 1854 die „Atlantic Telegraph Co.“ gegründet worden war. 1857 war dieses 4.000 km lange Kabel fertig. Aus Kapazi tätsgründen erfolgte die Verlegung von 2 Schiffen aus. Doch kurz nach Verlegungsbeginn brach das Kabel, eine Bergung war nicht möglich. Auch die Verlegung eines stärker armierten Kabels scheiterte ein Jahr später. Erst der 5. Versuch war erfolgreich und das Kabel zwischen Irland und Neufund-land (Kanada) im August 1858 gelegt. Riesiger Jubel begleitete die Fertigstellung, waren doch die „Wochen entfernten“ Kontinente nun binnen weniger Minuten zu erreichen. Im September 1858 brach dann das Kabel, in den 4 Betriebswochen wurden etwa 400 Depeschen übertragen. 1864 bestellte Fields Gesellschaft ein 5100 km langes Seekabel, außerdem wurde die „Great Eastern“, damals weltgrößter Liniendampfer, als Verlegungsschiff beschafft. Nach einem Fehlschlag mit Kabelverlust gelang es 1866 ein neues Kabel zu verlegen und das ein Jahr zuvor verlorengegangene Kabel zu finden und dessen Verlegung zu beenden. So war eine Parallelverbindung zwischen Europa und Kanada entstanden, auf der 3 Worte in der Minute übertragen werden konnten.

Um die nötigen Aufträge für ihre Kabelfabrik zu erhalten, stiegen die Brüder Siemens ebenfalls ins Transatlantikkabelgeschäft ein. Geplant war eine Verbindung zwischen Irland und New Hampshire, USA. Die Umsetzung der Planung begann 1874, nachdem ein eigens für dieses Unternehmen in Auftrag gegebenes Kabelverlege- und Bergungsschiff, die „Faraday“, fertiggestellt worden war. Trotz eines Kabelbruchs an einer Stelle, an der das Meer ca. 6000m tief war, gelang es, das Kabel zu bergen und die Verlegung im September 1874 zu vollenden. Das Kabel zeichnete sich durch eine sehr gute Armierung und beste Isolation, die Siemens durch seine selbst konstruierten Messgeräte ständig überwachen konnte, aus.

Verbesserung der Kabeltechnik


Die bislang verlegten Kabel waren nur für Telegraphie geeignet. Grund hierfür war ein hohe Signaldämpfung verursacht von hoher Betriebskapazität durch den geringen Adernabstand. Dadurch verringerte sich die Bandbreite, was die Übertragungmöglichkeiten erheblich beschnitt. Unter günstigsten Umständen (dicke, weit voneinander entfernte Telegraphendrähte) war es möglich, Fernsprechsignale bis zu 750 km zu übertragen. 1889 gelang es dem Physiker Pupin, ein Berechnungsverfahren zu finden, um die Kabelkapazität durch in best. Abständen in die Leitung eingebaute Spulen stark zu reduzieren. Die praktische Umsetzung des Verfahrens erfolgte in Amerika durch AT&T und in Europa durch Siemens. 1902 war die Praxisreife erreicht und es wurden in regelmäßigen Abständen sog. „Spulenmuffen“ ins Kabel eingefügt. Ab 1906 war dies mittels langgestreckter, biegsamer Muffen auch für Seekabel mögli ch. Trotz dieser Verbesserungen lag die Grenze einer Fernsprechkabelverbindung bei etwa 1000 km. Dies änderte sich 1906 mit der Erfindung der Elektronenröhre durch den Österreicher von Lieben, die den Bau von Verstärkern erlaubte. Dadurch war es möglich, das mit zunehmender Leitungslänge schwächer werdende Signal zu regenerieren. 1915 wurde die neue Technik erfolgreich auf einer 5400 km langen Verbindung zwischen New York und San Francisco getestet. Die Einweihung dieser Verbindung hatten Bell und Watson vorgenommen.

Nun war der Punkt erreicht, wo sich die weitere Entwicklung von der Telegraphie abwandte und man sich fortan mit der Telefonie beschäftigte. Der Bau von Telefonnetzen verteuerte sich durch den stärkeren Technikeinsatz, was zur Entwicklung des sog. „Trägerfrequenzverfahren“ führte, mit dem man die Leitungswege mehrfach ausnutzen konnte. War für Telegramm eine ca. 6 fache Ausnützung der Leitung möglich, so konnte die Übertragungsleistung für die Telefonie nur max. verdoppelt werden. Dies lag an der relativ geringen Bandbreite der verwendeten Kupferaderkabel, die durch die Pupinspulen noch weiter reduziert wurde. Aus der Notwendigkeit eines breitbandigeren Übertragungsmediums entstanden in den 30er-Jahren die sog. „Koaxialkabel“.

Das Koaxialkabel: Ein Koaxialkabel besteht aus einem Innenleiter und einem durch „Styroflex“ (flexible Isolierung) abgestützten, tubenförmigen Außenleiter.

1934 kam das erste, von Siemens entwickelte Styroflex-Breitband-Koaxialkabel in Berlin zum Einsatz. Es hatte eine Länge von 11,5 km und konnte gleichzeitig 200 Telefongespräche und 1 Fernsehprogramm übertragen. Nach 1945 bildeten Koaxialkabel, Verstärker und das für diese Kabel hervorragend geeignete Trägerfrequenzverfahren bis in die 80er Jahre das Rückgrat vieler Weitverkehrsnetze, so auch in Deutschland. Hierbei kamen Systeme mit bis zu 10800 Sprechkanälen zum Einsatz, die eine „Kabelacht“ mit Schnittpunkt in Frankfurt/M. bildeten. Bei der Koaxialkabeltechnik wurde alle 1,55 km eine Signalverstärkung mit ferngespeisten, in unterirdischen Muffen untergebrachten Verstärkern notwendig. Die ersten Koaxial-Seekabel entstanden ab 1950, das erste Transatlantikkabel verband ab 1956 Schottland und Neufundland.

Das Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter): In der Lichtleitfaser wird Licht, das an der Stirnfläche eintritt, durch mehrfache totale Reflexion innerhalb der Faser weitergeleitet, bis es schließlich am anderne Ende wieder austritt. Ausgangspunkt der Entwicklung war die physikalische Erkenntnis, daß die Bandbreite des sicht- und unsichtbaren Lichts etwa 100 mal größer ist als die aller Radiowellen. Nachdem es dann dem Physiker Börner 1966 gelungen war, Lichtwell en zu modulieren, d. h. den Lichtwellen die zu übertragenden Impulse aufzuprägen, nahmen die Entwicklungen Anfang der 70er Jahre konkrete Formen an. 1970 wird der erste brauchbare Lichtwellenleiter in Amerika hergestellt. Dieser besaß mit 20 dB/km noch eine sehr hohe Dämpfung. Im Klartext heißt das, daß nach einem Kilometer nur noch 10% der Lichtenergie vorhanden war. Die weitere Forschung wurde durch die Militärs unterstützt, die aus den Eigenschaften der Glasf aser Nutzen zu ziehen wußten. Einige der Vorteile der Glasfaser sind:

  • hohe Übertragungsbandbreite (==> hohe Übertragungsleistung)
  • keine elektromagnetische Signalbeeinflussung möglich, daher auch abhörsicher
  • Rohstoff- und Gewichtsersparnis (1g Glasfaser hat die Übertragungsleistung von 10 kg Kupfer!)
  • keine Kurzschlüsse möglich

Bei der weiteren Entwicklung lieferten sich die Amerikaner, Engländer und Japaner einen harten Konkurrenzkampf. 1976 zeigten Bell-Ingenieure die Massenproduktions-Tauglichkeit von Glasfaserkabeln. Sie stellten ein Kabel aus 144 einzelnen Fasern vor, das 50.000 Telefongespräche übertragen konnte und dabei einen Durchmes-ser von nur 1,27 cm hatte. Die Dämpfung war mittlerweile auf 0,85 dB/km gesunken. 1979 gelang es den Japanern die Dämpfung bis auf 0,2 dB/km herabzusetzen. Dadurch genügte es, bei Übertra-gungsstrecken alle 30 km einen Verstärker vorzusehen, ein weiterer Vorteil gegenüber bisherigen Systemen. Nun entwickelte si ch auch die zur Übertragung notwendige Hardware rasant. Seit 1988 verbindet das erste Glasfaser-Seekabel Europa und Amerika (Länge 3600 km / 38.000 Sprechkanäle).

Es existieren 3 Arten von Glasfasern: Gradienten-, Multimode-, und Monomode-Fasern. Aufgrund der hohen Kapazität und der geringen Verluste kommen heute vorwiegend die Monomode-Fasern zum Einsatz. In Deutschland begann man 1981, nachdem die Digitalisierung der Fernsprechnetzes beschlossen war, mit dem Aufbau eines flächendeckenden Glasfasernetzes, da die Kapazität des vorhandenen Koaxialkabelnetzes den An-forderungen der Zukunft in techni scher und finanzieller Hinsicht nicht mehr gerecht werden konnte. Der Ausbau dieses Glasfaserfernliniennetzes, welches maschenartig die BRD überzieht, ist mittlerweile nahezu abgeschlossen.

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