Wie funktioniert die Schaltungstechnik eines alten Telefons mit einer Wählscheibe für die Impulswahl?

Wählscheibe in Ruhelage (Linksanschlag): nsi-Kontakt geschlossen, nsa-Kontakt offen

Das Kohlemikrofon: Das Mikrofon M im Schaltbild ist ein Kohlemikrofon. Seine kleinen Körner aus Kohle bewegen sich durch den veränderlichen Schalldruck des Sprechens, wodurch sich der Widerstand des Mikrofons ändert. Das Kohlemikrofon ist ein zum Prinzip erhobener Wackelkontakt. Messen wir seinen Widerstand mit einem Multimeter, zappelt die Anzeige zwischen 1 und 10 kOhm unregelmäßig hin und her.

Ein Kohlemikrofon funktioniert also nur, wenn Gleichstrom durch ihn hindurchfließt. Deshalb bietet die Amtsleitung (La und Lb) je nach Länge der Leitung eine Gleichspannung von etwa 30 bis 60 Volt an, damit ein Schleifenstrom von etwa 20 mA fließen kann. Wenn man spricht, überlagert sich durch den schwankenden Kontakt-Widerstand noch ein wesentlich geringere Wechselspannung von einigen 100 mV über die Gleichspannung. Auf der Telefonleitung befindet sich also abhängig von der Länge der Telefonleitung eine Gleichspannung von etwa 30 Volt oder höher, die durch das Sprechen um einige 100 mV in ihrer Höhe etwas schwankt.

Kohlegrießmikrofone wurden bis in die 1970er Jahre in großer Stückzahl in Telefonen eingesetzt. Man geht davon aus, dass durch die Erfindung des Kohlemikrofons die Entwicklung des Fernsprechwesens außerordentlich beschleunigt wurde. Die Sprachverständlichkeit war damit ausreichend gut (Quelle: Wikipedia Kohlemikrofon).

Von links nach rechts: Dynamische Hörkapsel, Kohlemikrofon-Sprechkapsel, Kondensatormikrofon-Sprechkapsel mit eingebauter Elektronik (Fernsig TS rot). Obere Reihe: Kontakte nach oben. Untere Reihe: Kontakte nach unten.

Ersatz für defekte Kohlemikrofone: Kohlemikrofone sind Verschleißteile. Wenn der Kohlegrieß durch die Feuchtigkeit der ausgeatmeten Luft mit den Jahren verklebt, hilft es manchmal den Hörer leicht auf den Tisch zu klopfen, damit sich die Kohlekörnchen lösen und der Gesprächspartner einen wieder lauter hört.

Für bestimmte alte Telefonapparate gibt es als passendes Ersatzteil Kondensator-Mikrofone mit der notwendigen elektronischen Beschaltung, z.B. die Sprechkapsel „Fernsig TS rot“ für den FeTAp 611 und ähnliche Modelle. Leider ist die „Fernsig TS rot“ zu groß für die Sprechmuschel des W49. Ihre Klangqualität ist nicht von einem modernen Telefon zu unterscheiden.

Existieren keine passenden Sprechkapseln mit Kondensatormikrofonen, kann ein Selbstbau einer kleinen Schaltung helfen, wie sie unter  http://www.taeubl.de/Sprechkapsel/ vorgestellt ist. Bei meinem Nachbau habe ich den Koppelkondensator C2 von ursprünglich 1µF auf 10 bis 100µF erhöht, da bei 1µF die tiefen Töne zu abgeschwächt klangen. 100 µF sind sicherlich zu groß, was aber nichts ausmacht. R4 wurde experimentell auf 150 Ohm reduziert. Als Transistoren nahm ich für die Darlington-Schaltung zwei 2N2222 mit einem Stromverstärkungsfaktor von etwa 430. Meine Gesprächspartner hören mich nun mit normaler Lautstärke. Das Kohlemikrofon war manchmal etwas zu leise.

Experimentelles Selbstbau-Kondensator-Mikrofon als Ersatz für eine Kohlemikrofon-Kapsel. In der Mitte sitzt das eigentliche Kondersator-Mikrofon. Die Lochraster-Platine passt in die Sprechmuschel des W49. Die Rückseite der Leiterplatte hat vor dem Einbau Klebeband erhalten, um Kurzschlüsse mit den Kontaktfedern zu vermeiden. Wegen Platzmangel habe ich die gabelförmige Kontaktfeder entfernt und sie sehr gut aufbewahrt, um den Originalzustand wieder herstellen zu können.

Toilettenpapier vor dem Kondensator-Mikrofon verbessert die Klangqualität, da es schnaubende und schnaufende Atemgeräusche engagierter Sprecher wirksam unterdrückt. Die Platine ist deshalb vor dem Einbau noch mit einer dünnen Lage Toilettenpapier zu umhüllen, um das Zischen der Atemgeräusche zu dämpfen. Damit das Mikrofon nicht zu viel an Empfindlichkeit verliert, sollte die Papierlage sehr dünn sein. Deshalb habe ich eine Lage eines mehrlagigen Toilettenpapiers abgezogen und nur diese verwendet. Man nehme unbenutztes Papier direkt von der Rolle. Ein Griff zur Gebrauchtware wäre übertriebene Sparsamkeit und ist hier nicht angebracht. Selbstverständlich kommen als Ausgangsmaterialien auch Papiertaschentücher in Frage. Das Selbstbau-Mikrofon klingt jedenfalls lauter und angenehmer als ein Kohlemikrofon und ist von dem eines modernen DECT-Telefons kaum zu unterscheiden. Allerdings ist die Lösung noch nicht perfekt.

Eine Lage Klebeband schützt das selbst gebaute Kondensatormikrofon vor Kurzschlüssen in der Sprechmuschel des W49. 

Zur Anregung weitere Schaltbilder für den Ersatz von Kohlemikrofonen:
— Electret microphone replacement for a carbon insert
— Replacement carbon microphone — Remote microphone with power from the communication line

Einbau des Kondensatormikrofon Fernsig TS rot in ein W49 als Ersatz für ein Kohlemikrofon: Die Mikrofonkapesl „Fenrsig TS rot“ ist eigentlich für den Einbau in den FeTap 611 und ähnliche Telefone gedacht. Für den W49 ist sie zu dick. Aus Neugierde habe ich die Fernsig TS rot geöffnet. Dazu ist der rote Kunststoff-Deckel mit einer Bügelsäge abzusägen, wobei die Gefahr besteht die Elektronik auf der Leiterplatte zu zerstören. Ein Re-Engineering der interessanten Schaltung ist mir nicht gelungen, da die Leiterplatte recht fest sitzt, so dass ich die Leiterbahnführung nicht in Erfahrung bringen konnte.

Für den Einbau in die Sprechmuschel des W49 habe ich zwei Drähte angelötet und diese mit KFZ-Steckverbindern versehen. Ich bin mir nicht sicher, ob man tatsächlich den Deckel aus Platzgründen entfernen muss. Auf jeden Fall reicht der Platz nicht, um die beiden seitlichen Schrauben für eine Verbindung mit Kabelschuhen zu nutzen. Ich würde erst einmal die Lösung mit den KFZ-Steckverbindern ausprobieren, ohne das Gehäuse mühsam zu öffnen. Die Steckverbinder sind mit Klebeband oder einem Schrumpfschlauch, den man nicht schrumpfen lässt, gegen Kurzschlüsse zu schützen. Selbstverständlich sind die beiden Blechhalterungen vorher aus der Sprechmuschel zu enfernen und gut aufzubewahren. Mir war es wichtig beim Umbau keine Lötarbeiten am W49 vorzunehmen, um einen Rückbau in den ursprünglichen Zustand herstellen zu können.

Die Klanqualität und die Lautstärke des W49 sind jetzt sehr gut und von einem modernen Telefon nicht mehr zu unterscheiden. Der Umbau war ein voller Erfolg.

Das Kondensator-Mikrofon „Fernsig TS rot“ nach dem Enfernen des aufgeschweißten Kunststoffdeckels mit Hilfe einer Bügelsäge und einer Blechschere. Den 12-Ohm-Widerstand rechts oben hat es leicht erwischt. Zum Glück hat er die Attacke mit der abgerutschten Bügelsäge überlebt.

Aus Platzgründen erfolgt der Einbau mit KFZ-Steckverbindern, die sich nach einer Isolation ganz tief in der Sprechmuschel unterbringen lassen. Hier an dem alten Telefon Lötarbeiten vorzunehmen, macht es unmöglich den Originalzustand wieder herzustellen. Alle ausgebauten Teile sind sorgfältig zu verwahren.

Welche Frequenzbereiche werden auf der Telefonleitung genutzt? Übertragen wird für die Sprachübertragung nur ein Frequenzbereich zwischen etwa 300 und 3400 Hz (oder 4000 Hz). Später wurden zusätzlich höhere Frequenen für ISDN (bis 120 kHz) und dann für ADSL (138 kHz bis 1104 kHz bei Annex B) genutzt. Je höher die Frequenz, desto größer ist die Dämpfung auf der Leitung. Der Bereich unter 300 Hz wird bei 25 Hz für die Klingel verwendet. Die Oberwellen der Wählimpulse liegen ebenfalls in einem sehr niedrigen Frequenzbereich. Wenn jemand einen Gebührenzähler daheim hatte, dann wurden für diesen die Zählimpulse mit einem Träger von 16 kHz übertragen. All das läuft auf einer einzigen Zweidrahtleitung ab.

Die Anschlüsse La und Lb des Telefons:  An La und Lb wird die Telefonleitung angeschlossen. Es sind nur zwei Drähte. Der Anschluss W ist für einen Zusatzwecker und der Anschluss G ist für den Gebührenzähler. Diese beiden Anschlüsse W und G können wir für das Verständnis ausblenden und werden auch in der Praxis nicht benötigt. Vergessen wir sie vorerst. Der Zusatzwecker besteht nur aus einem Kondensator von 1 µF und einer Klingel in Serie.

Wie gesagt – wichtig im Schaltbild sind für uns nur die Anschlüsse La und Lb. Sie sind wie bereits erklärt mit der zweiadrigen Telefonleitung verbunden. Die Polarität spielt beim Anschließen keine Rolle. Auf ihr liegen immer etwa 30 bis 60 Volt Gleichspannung vom Amt, gleichzeitig einige 100 mV Wechselspannung beim Sprechen und für das Freizeichen, das Besetztzeichen und das Klingelzeichen. Beim Klingeln liefert das Amt eine Wechselspannung von 25 Hz und etwa 60 Volt. In Österreich hat der Klingelstrom 50 Hz.

Verdrillte Adernpaare: Die Fernmeldekabel bestehen aus Kabelbündeln mit vielen Adernpaaren für La und Lb. Diese Adernpaare müssen bei der Überwindung langer Distanzen verdrillt sein, um ein Übersprechen zu verhindern. Bei fehlerhafter Beschaltung sind dann die Gespräche in den benachbarten Adernpaaren zu hören.

Bespulte Leitungen: Ein weiteres Problem sind die induktiven und kapazitiven Blindanteile der langen Kabel, die zu Verzerrungen führen. Beim ersten Transatlantikkabel war dieser Effekt so deutlich, dass die Übermittlung eines Wortes per Telegrafie Stunden dauerte, da die Flanken der Morsezeichen völlig verwaschen waren. Das Kabel war unbrauchbar. Aus dem gleichen Grund hört sich auf langen Kabeln die Übertragung der Sprache so an, als ob man in eine Gießkanne hineinsprechen würde. Abhilfe leistet eine Bespulung der Kabel. Dazu wurden im Abstand von ungefähr 2 km genau berechnete Spulen in die Fernmeldekabel eingebaut. Mehr dazu steht unter Bespulte Leitung auf Wikipedia. Durch die Einführung von Trägerfrequenzverfahren auf Koaxkabeln und Richtfunkstrecken verlor diese Technik an Bedeutung. Auch diese Technik wurde dann durch die Glasfasertechnologie bestehend aus Glasfaserkabeln und optischen Verstärkern abgelöst, was dem Internet zum Durchbruch verhalf und die Telefongebühren drastisch reduzierte.

Koaxialkabel im Telefonnetz: In den 1970er-Jahren waren für die Fernverbindungen noch Koaxialkabel im Einsatz, mit denen im Trägerfrequenzverfahren mit Einseitenbandmodulation und mechanischen Bandfiltern mehrere Kanäle auf einer Koaxialleitung Platz fanden. Um die Kabeldämpfung auzuheben, waren Zwischenverstärker in bestimmten Abständen notwendig. Diese waren an Knotenpunkten zum Teil als Jagdhütten mitten im Wald getarnt. In der Jagdhütte befand sich im Boden eine Klappe, von der eine Treppe in einen unterirdischen Raum mit geschätzten 10 Meter Durchmesser führte. Dort kamen mehrere Koaxialkabel zusammen, damit deren Sprechkanäle eine Pegelanhebung erfuhren. Dazu war der Raum mit Geräteschränken bestückt. In ihnen waren die noch mit Elektronenröhren arbeitenden Verstärker untergebracht. Die speziellen für das Fermeldewesen entwickelten Röhren hatten eine Lebensdauer von 100.000 Stunden. Nur wenige Fernmeldetechniker kannten die Lage dieser Einrichtungen. Die strategisch wichtigen Standorte waren wegen des Kalten Krieges als Geheimsache klassifiziert.

Belegung der Telefonleitung an Steckern und Buchsen: Bei dem üblichen RJ-11-Stecker,  der 4 bis 6 Kontaktpositionen hat, sind die beiden mittleren Kontakte mit La und Lb belegt. Beim TAE-F-Stecker für Deutschland ist La an Klemme 1 (oft weißes Kabel) und Lb an Klemme 2 (oft braunes Kabel). Die verwendeten Farben weichen sehr oft ab. Siehe dazu auch die Stecker und Dosenbeschaltung für TAE auf http://www.tocker.de/tae/tae.html.

RJ-11 Stecker, 4 von 6 möglichen Kontaktpositionen belegt, die beiden mittleren Kontakte sind (fast) immer für La und Lb. Fast immer sind beim RJ-11 nur 4 Kontakpositionen mit Kontakten bestückt, oft nur die beiden mittleren für La und Lb.

TAE-F-Stecker für Deutschland: maximal 6 Kontakte, drei auf jeder Seite. Auf der für den Betrachter zugewandten Seite ist unten Kontakt 1 für La (weißes Kabel), und direkt darüber in der Mitte also Kontakt 2 (braunes Kabel) für Lb. Die Farbangaben weichen oft ab. Selber nachschauen oder nachmessen mit dem Durchgangsprüfer ist notwendig.

Anschluss einer TAE-Dose für die Kodierung NFF. 1 und 2 kommt vom Amt oder VoIP-Router. Dadurch ist die mittlere Buchse für ein Telefon angeschlossen. Wollten wir eine zweite Amtsleitung mit der rechten Buchse belegen. müssten wir diese 2. Amtsleitung an den beiden ganz rechten der der unteren Klemmleiste (1 und 2 unten) anschließen. Wir könnten auch von 1 und 2 oben nach 1 und 2 unten einen Anchluss legen, um zwei  Telefone parallel zu schalten (http://www.tocker.de/tae/tae.html).

Der Gabelumschalter GU: Verwirrend ist die symbolische Darstellung des Gabelumschalter GU. Liegt der Handapparat (der Hörer) auf, sind die drei Kontakte des Gabelumschalters voneinander getrennt. Bei abgenommenen Hörer sind alle drei Kontakte des Gabelumschalters miteinander verbunden. Parallel zum normalerweise geschlossenen nsi-Kontakt für die Erzeugung der Wählimpulse liegen dann R1 (100 Ohm) und C1 (1 µF) in Reihe, um Funkenbildung am nsi-Kontakt zu vermeiden. Beim Wählen ist der nsa-Kontakt immer geschlossen, damit die Wählimpulse nicht im Hörer zu hören sind und genügend Strom für die Wählimpulse durch die Amtsleitung zwischen La und Lb fließt.

Der Wecker: Liegt der Hörer auf und es klingelt, kann der Wechselstrom nur durch den Kondensator C1 (1 µF) und dem Wecker W fließen. Die Gleichspannung (oder anders gesagt der Schleifenstrom) der Zentralbatterie wird durch C1 abgeblockt. Alle Kontakte des Gabelumschlters sind offen (getrennt).

Damit es klingelt, schickt das Amt etwa 25 Hz und etwa 60 Volt Wechselspannung für den Wecker, so dass etwa 10 mA Wechselstrom durch den Wecker und den Kondensator fließen. Dieser Wecker besteht übrigens aus einer Spule hoher Induktivität, die einen sehr hohen Widerstand für den Sprechstrom (Wechselstrom) zwischen 300 und 4000 Hz darstellt, weshalb der Sprechstrom durch C1 und den Wecker nicht kurzgeschlossen wird. Ein von mir durchgemessner Wecker hatte einen Gleichstromwiderstand von 900 Ohm und bei 25 Hz soll der Wechselstromwiderstand laut einer Beschreibung bereits mehrere kOhm betragen.

Eine Fritz!Box liefert laut seiner Herstellerangaben zum Klingeln nur 32 Veff bei 25 Hz und mit einem Strom von maximal 10 mA. Für Österreich sind es 50 Hz. Deshalb klingeln manche Telefone mit einem mechanischem Wecker etwas leiser als an der offiziellen Amtsleitung.

Der Abstand der Glocken zum Klöppel lässt sich meistens verändern, weil die Glocken nicht ganz rund sind. Dadurch lassen sich die Empfindlichkeit und Lautstärke beeinflussen.

Zeitlicher Verlauf des nsi-Kontaktes des Nummernschalters. Der nsi-Kontakt wird zur Erzeugung der Gleichstromimpulse unterbrochen und geöffnet. Ist der nsi geschlossen, fließt beim Wählvorgang Strom durch die Telefonleitung. Schon beim Aufzug sind der nsi-Kontakt und nsa-Kontakt geschlossen, weshalb zwischen La und Lb ein Kurzschluss bei abgehobenen Hörer entsteht. (Bildquelle: Wikipedia).

Der Nummernschalter: Der nsa- und der nsi- Kontakt sind Bestandteile des Nummernschalters, welcher die Wählimpulse erzeugt. Der nsa-Kontakt der Wählscheibe ist unterbrochen, wenn die Wählscheibe sich in ihrer Ruhepostion am linken Anschlag befindet. Der nsi-Kontakt der Wählscheibe ist immer geschlossen, wenn die Wählscheibe nicht betätigt wird (durch den nsi kann dann auch Strom durch den Zusatzwecker (W) fließen, falls er angeschlossen ist, und es kann durch den nsi dann auch der Gleichstrom der Zentralbatterie durch das Kohlemikrofon fließen, damit die Sprachübertragung überhaupt funktioniert). Auch beim Aufziehen der Wählscheibe ist der nsi noch geschlossen. Hebt man den Hörer ab, sind die drei Kontakte des Gabelumschalters geschlossen (miteinander verbunden). Wählen wir, ist der nsa-Kontakt geschlossen und der nsi-Kontakt öffnet und schließt sich für die Erzeugung der Wählimpulse durch den sich zurückdrehenden Nummernschalter, weshalb es beim Wählen rattert. Der nsa-Kontakt ist nur beim Wählvorgang geschlossen, sobald wir die Wählscheibe aufziehen. Dadurch hören wir die Wählimpulse nicht in unserer eigenen Hörkapsel und der Strom der Wählimpulse wird unverfälscht übertragen. Warum? Wäre der nsa beim Wählen offen, müsste der pulsierende Gleichstrom sich seinen Weg durch die Wicklungen des Übertragers und der Leitungsnachbildung R2 und C2 suchen, was die Impulse schwächen und verfälschen würde. Merke: In der Ruheposition der Wählscheibe ist der nsa offen und der nsi geschlossen.

Der Fliekraftregler lässt sich einstellen, um die Geschwindigkeit zu regulieren. Die Kontrolle gelingt mit einem Digitalen Speicheroszilloskop besser als mit den damals zur Verfügung gestandenen Messgeräten, die eine Kurve auf Papier zeichneten. Anleitungen zur Justage sind im Web auffindbar.

Bei den Nummernschaltern der ersten Generation konnte es bei hastigem Wählen vorkommen, dass die Pausen zwischen zwei Ziffern zu kurz waren und diese nicht als Pause erkannt wurden. Wählte man schnell hintereinander eine  „1“, wurde dies als eine „2“ interpretiert. Die nachfolgenden Konstruktionen hatten eine Zwangspause zwischen den Ziffern erzeugt. Dazu erzeugte die Nummernscheibe immer 2 Impulse mehr als notwendig. Wählte man ein 5, wurden also 7 Impulse erzeugt. Die letzten beiden Impulse unterdrückte durch Schließen ein dritter Kontakt mit der Bezeichnung nsr parallel zum nsi-Kontakt. Somit war eine Pause von zwei Impulsen zwischen den Ziffern immer garantiert. Es existieren noch weitere Konstruktionen, die ohne den dritten Kontakt auskommen.

Der Übertrager für das Mikrofon und den Fernhörer: Die beiden unteren in Reihe geschalteten Wicklungen des Übertragers Ü (nicht anderes als ein Transformator) sorgen in Verbindung mit der Leitungsnachbildung durch R2 (1 kOhm) und C2 (100 nF) dafür, dass sich der durch das eigene Mikrofon M erzeugte Sprechstrom in der oberen Wicklung zu einem gewissen Grad aufhebt. Durch den Sprechstrom des Kohlemmikrofons M werden die beiden unteren Wicklungen gegenphasig gespeist, wodurch sich die Ströme teilweise aufheben. Dadurch hört man sich selbst in der Hörkapsel F nur gedämpft.

Aktive Schaltungteile für den Sprechstrom bei einem aufgebauten Gespräch: Es entfällt der Wecker, durch den ein vernachlässigbarer Sprechstrom fließt. Der Gabelumschalter und der Nummernschalter entfallen ebenfalls, wodurch sich die aktive Schaltung des Telefons auf wenige Bauteile reduziert. Wir können die Amtstleitung nachbilden, in dem wir noch eine 9-Volt-Batterie und sicherheitshalber ein Widerstand von 1 kOhm in Serie zu der Verbindungsleitung schalten und mit zwei solcher Schaltungen lässt sich ein Gespräch führen (adaptierte Zeichnung von der Bild-Quelle: Wikipedia).

Hörmuschel des W49 nach dem Ausbau der dynamischen Hörkapsel. Zum Vorschein kommen der Gehörschutz-Gleichrichter und zwei Kontaktfedern.

Der Sprechstrom der Gegenstelle fließt gleichphasig durch die beiden unteren Wicklungen des Trafos Ü und induziert eine Spannung in der oberen Wicklung. Dadurch fließt nur Wechselspannung ohne Gleichspannungsanteil durch den mit einer Spule aufgebauten Fernhörer F.

Die antiparallelen Dioden GGs aus Germanium begrenzen die Wechselspannung in dem Fernhörer auf etwa 400 mV. Dies unterdrückt Knackgeräusche und begrenzt die Lautstärke, fallls jemand bei Ferngesprächen am anderen Ende der Leitung ins Mikrofon brüllt, obwohl dies seit den 1920er-Jahren durch die Einführung der mit Elektronenröhren bestückten Verstärker zur Aufhebung der Dämpfung langer Leitungen nicht mehr nötig ist. Vor der Einführung der Elektronenröhre waren Ferngespräche von nur einigen 100 km möglich, wenn man laut ins Mikrofon brüllte. Die Verbindungsqualität hing vom Wetter ab. Die als Freidrahtleitungen  ausgeführten Telefonleitungen waren anfällig für Störgeräusche durch Gewitter und elektrostatische Aufladungen der Luft.

Sprechkapseln und Hörkapseln gibt es in unterschiedlichen Empfindlichkeiten, um das Telefon an die Leitungsdämpfungen anzupassen. Die Empfindlichkeit ist als römische Ziffern I, II und III aufdruckt. Je höher die Zahl, desto empfindlicher. Hatte sich ein Kunde über einen zu lauten verzerrten Klang des Telefons beschwert, konnte der Fermeldetechniker beim Kunden eine Hörkapsel geringerer Empfindlichkeit einsetzen. Telefone in Telefonhäuschen hatten anstelle des Kohlemikrofons eine Hörkapsel als Mikrofon im Einsatz. Kohlemikrofone reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit. Die teureren Hörkapseln liefern auch eine bessere Sprachqualität.

Eine dynamische Hörkapsel enthält wie bei einem Lautsprecher eine Tauchspule. Durch ein Herunterfallen des Hörers auf einen harten Boden kann sich die Tauchspule verklemmen und das Telefon verstummt. Die Hörkapsel ist dann auszutauschen. Die Hörkapsel des W49 hat einen Gleichstromwiderstand von 260 Ohm. Stellt man das Ohmmeter auf den niedrigsten Messbereich und schließt die Hörkapsel an, müsste beim Entlagenschaben eines Messstifts ein kratzendes Geräusch leise aus der Hörkapsel zu entnehmen sein. Andernfalls ist zur Prüfung mit einem Tongenerator ein Signal von etwa 200 mVss auf die Hörkapsel zu geben.

Welche Spannungen und Ströme liefert eine Fritz!Box für den Betrieb analoger Telefone? Das Amt liefert eigentlich 60 Volt Gleichspannung und 60 Volt Klingelspannung. Zwischen Amt und Teilnehmer könner aber durchaus 7 km Telefonleitung liegen, weshalb die Spannungen sinken. Deshalb sind die Telefone so konstruiert, dass sie auch bei geringeren Spannungen einwandfrei funktionieren.

Da kaum jemand auf die Idee kommt eine 7 km lange Telefonleitung an der Fritz!Box zu betreiben, liefert diese geringere Spannungen ab. Der Fritz!Box-Service liefert dazu folgende klärende Auskünfte: „Wenn keine Telefonverbindung besteht, liegen an den Nebenstellen der FRITZ!Box ca. 35 Volt Gleichspannung und ca. 32 Volt effektive Klingelspannung an. In Deutschland und den Niederlanden handelt es sich um eine sinusförmige Wechselspannung mit 25 Hz, in Österreich 50 Hz mit einem Klirrfaktor < 15%.

Wenn eine Telefonverbindung besteht, beträgt der Schleifenstrom 20 mA. Die Klingelspannung darf max. mit 10 mA belastet werden. Die Maximallast an der analogen Nebenstelle beträgt 30 mA.“ (Quelle: FRITZ!Box 7390 Service – Klingelspannung an analogen Nebenstellen der FRITZ!Box).

An der Fritz!Box 7360 z.B. habe ich an FON1 drei zwei DECT-Basisteile und ein altes W49 angeschlossen, das dann noch klingelt. Bei drei parallel angeschlossenen Basisteilen klingelt das W49 nicht mehr einwandfrei. Ebenso ist die Fritz!Box bei zwei parallel geschalteten Wählscheibentelefonen beim Klingen überfordert. Es klingelt dann nur kurz mit langen Pausen dazwischen.

Meine Fritz!Box 7113 liefert im Leerlauf eine Gleichspannung von 44,4 Volt. Bei einem Schleifenstrom vom 24,5 mA liefert sie noch 22,5 Volt. Demnach besitzt der analoge Telefonausgang einen Innenwiderstand Ri von 893 Ohm. Die 7113 beherrscht die Impulswahl.

Ein paar Prüfkabel für den Anschluss von Telefonen lassen sich für eine Vielzahl von Aufgaben kombinieren. Die versetzt angebrachten KFZ-Flachstecker verhindern Kurzschlüsse. Gleichzeitig stellen sie Abgreifpunkte für  die Messung von Strömen, Spannungen und Widerständen dar.

Alle Telefon-Prüfkabel sind griffbereit in einer Transport-Box untergebracht. Die Suche nach ihr verläuft schneller als jedes einzelne Kabel suchen zu müssen.

Eine kleine Fritz!Box 7113 leistet bei mir in der Bastelecke gute Dienste für Tests an Telefonapparaten, um das Amt nachzubilden. Die 7113 ist bei mir im LAN dem Hauptrouter nachgeschaltet. Die hier abgebildete Zusammenstellung entspricht einem leitungsgebundenen SIP-Telefon mit Wählscheibe. Fehlt nur noch, dass jemand die Platine der kleinen Fritz!Box in das Telefon einbaut. Dann hätte das alte Telefon einen LAN-Anschluss erhalten.

Fazit zur Schaltungstechnik: Die Schaltung eines Wählscheiben-Telefons ist genial einfach und ermöglicht sogar Gegensprechen mit einer aus nur zwei Adern bestehenden Telefonleitung. Wenn der Hörer aufgelegt ist, fließt kein Gleichstrom durch das Telefon, was die Zentralbatterie entlastet. Aber Klingeln kann es trotzdem, weil die Wechselspannung durch C1 zur Klingel fließen kann. Kompliziert hingegen ist die Mechanik des Nummernschalters. Unter https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0212013.htm ist die Schaltung des Wählscheibentelefons ebenfalls beschrieben. Dort ist auch die Erdtaste für Nebenstellenanlagen erklärt.

Elektrischer Funktionstest: Mit dem hier erworbenen Wissen über die grundsätzliche Funktionsweise eines Wählscheiben-Telefons gelingt uns ein einfacher Funktionstest. Dazu müsen wir den Apparat noch nicht einmal öffnen. Das Ohmmeter sollte einen Summer besitzen, der bei einem Kurzschluss piepst.

Messen des Gleichstromwiderstands: Das Ohmmeter schließen wir an die Anschlüsse La und Lb des Telefons an. Mein schwedisches Telefon „Dialog“ hat bei aufgelegtem Hörer einen Gleichstromwiderstand von unendlich. Heben wir den Hörer ab, zeigt das Ohm-Meter einen Widerstand von von etwa 800 Ohm an.

Test des Nummernschalters:  Den Summer schließen wir an La und Lb an. Wenn wir bei abgehobenenem Hörer wählen, dann sinkt der Widerstand auf wenige Ohm, sobald wir die Wählscheibe aufziehen. Lassen wir die Wählscheibe zurückdrehen, hören wir dann auch wie sich der Summer des Ohm-Meters gemäß der Wählimpulse an und ausschaltet. Wenn man diesen einfachen Versuch unternimmt, kapiert man sehr schnell die Funktionsweise einer Wählscheibe. Bei aufgelegtem Hörer muss auch beim Wählen das Telefon hochohmig sein (Begründung: Der Gabelumschalter ist geöffnet und es kann kein  Strom durch ihn fließen).

Test der Klingel: Für die Überprüfung der Klingel beim shwedischen Telefon „Dialog“ probierte ich es im ersten Anlauf mit einer Wechselspannung von 26 Volt bei 50 Hz, die nicht ausreichten. An der Fritz!Box 7360 klingelt es jedenfalls. Beim zweiten Versuch mit 57 Volt, 50 Hz und 100 Ohm in Reihe zur Sicherheit als Strombegrenzung hat das Telefon laut geklingelt. Vor dem Versuch prüfen, ob das Telefon tatsächlichen keinen Gleichstrom durchlässt.  Den Hörer während des Klingelns wegen der fehlenden oder unzureichenden Strombegrenzung niemals abheben! Über den Gabelumschalter und den nsi sucht sich nach dem Abheben des Hörers die Klingelspannung ihren Weg durch den Übertrager Ü. Alterschwache Bauteile könnten beschädigt werden.

Prüfung der Hörkapsel: Für die Sprachübertragung ist das schwedische Telefon „Dialog“ erstaunlich empfindlich. Um den Hörkapsel zu testen, schloss ich an La und Lb des Apparates einen Tongenerator an, den ich auf 400 Hz Sinus stellte. Ab 10 mVss war bereits leise ein Ton zu hören, der über 400 mVss nicht mehr wesentlich lauter wurde. Die Frequenzumfang betrug etwa 50 Hz bis 10.000 Hz, wobei ein deutlicher Abfall bei 4000 Hz festzustellen war.

Test des Kohlemikrofons mit einer Hilfsschaltung. Erklärung im nachfolgenden Text.

Handskizze für eine einfache Testschaltung, um die Funktion des Mikrofons in einem Telefon zu überprüfen.

Prüfung des Kohlemikrofons oder der Sprechkapsel: Wir schalten gemäß der obigen Skizze eine Serienschaltung aus einer 9-Volt-Block-Batterie und einem 1-kOhm-Widerstand zwischen La und Lb. Am Widerstand greifen wir die Spannung ab und führen sie einem Oszilloskop zu, dessen Eingang wir auf AC stellen, damit die Gleichspannung geblockt wird. Heben wir den Handapparat ab und sprechen wir in sein Mikrofon, stellt sich eine Wechselspannung von 500 bis 1000 mVss ein.

Vergleichende Kontrolle der Sprachqualität mit dem Echo-Test von Sipgate: Beim SIP-Provider Sipgate erlaubt der Echotest über die Nummer 10005 das Abhören der eigenen Sprache. Nach dem Ende einer Ansage wird unsere Sprache aufgezeichnet, die wir durch Drücken der Raute-Taste (#) sogleich abhören können. Und jetzt haben wir ein Problem. Leider hat ein Wählscheibentelefon keine Raute-Taste. Deshalb müssen wir dem Wählscheibentelefon ein Tastentelefon parallel schalten, welches auch ein DECT-Telefon sein kann. Hauptsache sein Basisteil ist an der gleichen Leitung angeschlossen. Wir wählen die 10005 mit der Wählscheibe.  Wenn die Ansage uns auffordert zu sprechen,  sagen wir ein paar Sätze auf. Danach heben wir das Tastentelefon ab und legen das Wählscheibentelefon danach sogleich auf. Nun sprechen wir ein paar weitere Sätze zum Vergleich in das  Tastentelefon und drücken anschließend die Raute-Taste. Nun können wir auf dem Tasten-Telefon unsere eigene Stimme abhören und dabei die Sprachqualität beider Telefone unmittelbar vergleichen. Wirklich aussagekräftig scheint sich allerdings die Lautstärke nur bei Gesprächen über getrennte Leitungen mit Hilfe eines Gesprächspartners beurteilen zu lassen.