Opbouw en techniek (1924) van het zendstation Radio Kootwijk 

door : Dick Rollema (PAoSE   SK 2016)   (Nostalgiehoekje)

Inleiding

De kranten hebben een aantal maanden geleden nogal wat aandacht geschonken aan het verdwijnen van de laatste 212 meter hoge zendmast te Kootwijk. Terecht, want daarmee verdween het restant van wat eens een uniek Nederlands radiostation was geweest. Alleen het gebouw herinnert nog aan wat daar in het begin van de jaren twintig tot stand werd gebracht. In de tijd waarover we nu spreken was Nederland nog in het trotse bezit van wat toen koloniën’ werden genoemd; West-lndië en Oost-lndië, dat nu Indonesië heet. Een goede telegrafische verbinding met deze delen van het Koninkrijk was uiteraard van groot politiek en economisch belang. Een zodanige verbinding bestond voor 1920 in de vorm van een telegraafkabel. Maar die verbinding liep uiteraard via andere landen en was daarmee nogal kwetsbaar. Vooral in oorlogstijd. En dat bleek dan ook tijdens de eerste wereldoorlog (1914 … 1918) toen het telegraafverkeer via de kabel inderdaad eind 1914 werd geblokkeerd.

Logisch dat de vraag opkwam of via het toen nieuwe medium ‘radio’ niet een onafhankelijker verbinding tot stand zou kunnen worden gebracht, met name met Oost-lndië. Reeds in 1913 kwam het ‘Comité tot onderzoek naar de mogelijkheid van een rechtstreeksche radiotelegrafische gemeenschap tusschen Nederland en Nederlandsch Oost-Indië’ met een plan voor zo’n verbinding, met tussenstations in Tripoli, Erythrea en Britsch-Indië, of drie andere punten in de Engelse en Italiaanse koloniën. De regering wees het plan echter af. 0ok deze verbinding zou door de noodzaak van tussenstations in het buitenland dezelfde kwetsbaarheid bezitten als de kabelverbinding. Een directe radioverbinding tussen Nederland en Oost-Indië werd echter niet mogelijk geacht over de enorme afstand van 12000 km.

Maar Ir. C.J. de Groot van de Indische radiodienst dacht daar anders over. In 1916 promoveerde hij aan de Technische Hogeschool te Delft op een proefschrift met de titel Radio-Telegrafie in de tropen’. De éénentwintigste stelling van dat proefschrift luidde: ‘ ‘. En hij kreeg gelijk: midden 1919 werden de eerste signalen van het door Dr. Ir. de Groot te Malabar in Oost-Indië gebouwde zendstation gehoord te Blaricum op een ontvanger die voor dat doel door de Indische radiodienst naar Nederland was gezonden! Hieruit blijkt wel dat men in lndië heel wat verder was dan hier. Maar Nederland zat niet stil; na langdurige onderhandelingen werd in september 1918 aan Telefunken opdracht verleend tot het oprichten van een tegenstation voor de verbinding met N.O.-lndië, bestaande uit een zender te Kootwijk en een ontvangstation te Sambeek bij Boxmeer. De PTT-ingenieur ‘Völter‘ was verantwoordelijk voor het elektrotechnische deel van beide stations. Hij moest het zonder hulpkrachten stellen en het zal voor hem dan ook een hele klus zijn geweest. Over het ontvangstation zullen we het hier niet verder hebben. Maar wel over de zender, want dat was toch wel iets heel bijzonders.

Langegolfzender PCG te Kootwijk

Telefunken 400 Kw Machinezender-2In de jaren voor 1925 gold de algemene opvatting dat grote afstanden per radio alleen konden worden overbrugd op zeer lange golven, waarbij we moeten denken aan golflengten van enkele tientallen kilometers. Daarbij waren vermogens van honderden kilowatts nodig en om die op te wekken waren twee methoden bekend: de boogzender en de machinezender. De zender te Kootwijk was van het laatst genoemde type. Maar voordat die er stond moest er heel wat gebeuren. Allereerst werd een smalspoorbaan aangelegd voor de aanvoer van bouwmaterialen, gereedschappen en staal voor de antennemasten. Voor het aanleggen en egaliseren van het terrein moest 380.000 m3 grand worden verzet. Dat alleen kostte al één miljoen gulden (en de gulden van toen was heel wat meer waard dan die van vandaag!). Voor de stroomvoorziening werd vanaf een PGEM-onderstation in de buurt van Apeldoorn een hoogspanningslijn aangelegd naar Kootwijk: kosten f 400.000. En dan natuurlijk de gebouwen en de elektrotechnische installaties. Voor Kootwijk en Sambeek samen was daar een bedrag van rond acht miljoen gulden mee gemoeid.

Hoe werkte zo’n machinezender? In wezen op dezelfde manier als elektrische energie in een centrale wordt opgewekt: met een wisselstroomgenerator. Met dit verschil dat de frequentie van de opgewekte wisselspanning niet 50 Hz bedroeg maar enige tientallen kilohertz. Te Kootwijk werd de generator aangedreven door een driefazenwisselstroommotor van 800 pk (we houden de oude aanduiding hier maar aan). Fig. 1 geeft een indruk van de combinatie. Op de voorgrond de draaistroommotor en daarachter de wisselstroomgenerator die bij 1500 omw/minuut een wisselspanning opwekte met een frequentie van 6000 Hz. De constructie van die generator blijkt uit de figuren 1 en 2, ontleend aan (1) resp. (3). De generator is van het zogenaamde inductor gelijkpool-type, dat wil zeggen dat zich op de rotor geen enkele wikkeling bevindt, terwijl alle gelijknamige polen zich aan één zijde van de machine bevinden. Die rotor is een massief gietstalen cilinder (massa 7 ton) die voorzien is van twee kransen met ieder 240 tanden.

Door een stilstaande wikkeling, waardoor gelijkstroom loopt, wordt de rotor bekrachtigd zodat de ene krans 240 noordpolen vormt en de andere 240 zuidpolen. In de stator blikken zijn gleuven aangebracht waarin de wikkeling ligt waarin de wisselspanning wordt geïnduceerd. Die wikkelingen worden met water gekoeld. Bij volle bekrachtiging wordt in de wikkeling een nullastspanning van 450 V geïnduceerd, terwijl een stroom van maximaal 1200 A kan worden afgenomen. Zoals reeds vermeld heeft de opgewekte spanning een frequentie van 6000 Hz, overeenkomend met een golflengte van 50 km. Maar die frequentie was te laag om mee te werken. Met de zender werd uitgezonden op 24 kHz (12,5 km) of 48 kHz (6,25 km). Dat betekent dat de generatorfrequentie moest worden vermenigvuldigd met resp. een factor 4 of 8. Voordat we nagaan hoe dat werd klaargespeeld eerst een vereenvoudigd schakelschema van de gehele zender (fig. 3). U ziet dat de generator G is verbonden met een zogenaamde spanningstransformator St, die de generatorspanning verhoogt tot 1900 volt. De transformator werkt zonder ijzerkern. De secundaire is via een condensator verbonden met de primaire van de eerste zogenaamde frequentietransformator TI.

De beide wikkelingen s van St en p van TI vormen samen met de condensator een afgestemde kring die in resonantie is gebracht op de generatorfrequentie. Door de spannings-opslingering die daarvan het gevolg is (ook aan de primaire zijde van St) doet zich het in de wereld van de elektrische machines merkwaardige verschijnsel voor dat de klemspanning van de generator hoger is dan de EMKI. Hoe werkt nu zo’n frequentietransformator? Dat wordt heel precies uitgelegd in (2) door ontwerper Osnos, waaraan de nodige formules te pas komen. Maar Corver maakt het in (3) ook op eenvoudige wijze duidelijk. Hij doet dat aan de hand van fig. 4. Wij volgen Corver. Elke frequentietrans-formator bestaat uit twee afzonderlijke transformatorhelften Ti en T2. De wisselstroom met frequentie n gaat door de gelijkgewonden primaire wikkelingen P1 en P2 van beide helften. De gelijkstroomwikkelingen  magnetiseren de ijzerkern tegengesteld, en wel tot in verzadiging. Gevolg is dat de ene periode van de wisselstroom, die in Ti gelijke magnetisatie zou geven als de gelijkstroom, geen uitwerking heeft in Ti, want het ijzer dat al verzadigd was, laat zich niet nog verder magnetiseren.

In S1 wordt door deze periode (Corver bedoelt hiermee de halve periode) geen wisselstroom geïnduceerd. In T2, waar de magnetisatie omgekeerd is, doet deze periode van de wisselstroom de magnetisatie echter afnemen, waarna de magnetisatie zich door de gelijkstroom weer herstelt. Die af- en toenemende magnetisatie heeft tot gevolg dat door de halve periode in P2 een gehele wisselstroomperiode in S2 wordt geïnduceerd. Hierna komt de tegengestelde halve periode van frequentie n, die nu in P1 haar werk doet en in S1 een gehele periode opwekt, terwijl T2 werkeloos blijft. Wanneer S1 en S2 tegengestelde wikkelrichting hebben, zal door deze inrichting uit S1 en S2 een wisselstroom van dubbele frequentie komen.

Tot zover Corver. lets om met moderne materialen, zoals ferriet-kernen, eens te herhalen? Terug naar fig.3. U ziet dat er twee of drie van die frequentietransformatoren konden worden ingeschakeld. Resultaat dus vermenigvuldiging van de 6000 Hz generatorfrequentie met vier of acht, zoals gewenst. Over het rendement van de frequentietransformatoren kon ik niets vinden. Maar we mogen aannemen dat van de door de generator opgewekte 540 kW een aanzienlijk deel de antenne bereikte. Uit (3) meen ik te kunnen concluderen dat het antennevermogen 400 kW bedroeg. Foto 2 toont een deel van de zender. Het lijkt meer op een hoogspannings-schakelstation dan op een zendinstallatie. En dat is ook wel logisch want de gebruikte technieken bij een machinezender hadden alles met hoogspanning en de daarmee gepaard gaande zaken te maken. Over het antennesysteem heb ik niets in (1) en (2) kunnen vinden. Uit de jaargang 1925 van Radio-Nieuws mis ik helaas een paar stukken en daar heeft waarschijnlijk juist de beschrijving van het antennesysteem door Völter in gestaan. Maar gelukkig is er in (5) iets te vinden. De antenne bestond uit zes getuide, stalen masten van 212 meter hoogte. Een daarvan stond in het middel punt van een cirkel waarop de overige vijf waren geplaatst op afstanden van 450 meter vanaf de centrale mast.

De zender werkte met (ongedempte) telegrafie en hij moest dus worden gesleuteld. Dat zoiets met de gebruikte vermogens niet zo’n simpele zaak is zal wel duidelijk zijn. Kijkt u nog eens naar fig.3. tussen de generator en de spanningstransformator is – in de terminologie van Corver – een ‘magnetische versterker’ of ‘Osnosspoel’ geschakeld. Wij zouden het nu een transductor noemen. Bij geopende sleutel gaat géén gelijkstroom door de magnetiseringswikkeling en het apparaat werkt dan als een smoorspoel. De stroom in de keten van spannings-transformator en frequentietransformator TI is daardoor zo gering dat de frequentietransformatoren niet uit de verzadiging komen. Gevolg: er wordt geen vermogen afgegeven aan de antenne. Wordt de sleutel ingedrukt dan worden de kernen van de magnetische versterker door gelijkstroom zo sterk verzadigd dat de aan de wisselstroom geboden reactantie zeer gering is. De zender straalt dan zijn voile vermogen uit.

Om de 400 kW antennevermogen van de zender te sleutelen was een sein-smoorspoel met 10 kilo ijzer voldoende en dat ijzer werd gemagnetiseerd met een gelijkstroomvermogen van 200 á 250 W. Maar nu doet zich nog een complicatie voor. Een antennesysteem voor een lage frequentie als hier gebruikt heeft maar een uiterst kleine bandbreedte (mede door de lage stralingsweerstand en de hoge Q die daarvan het gevolg is; bandbreedte is werkfrequentie gedeeld door Q). De frequentie – en dus het toerental van de generator – moet dan ook uiterst constant worden gehouden want anders zakt onmiddellijk het uitgezonden vermogen in elkaar. Hoe constant het toerental te Kootwijk werd gehouden weet ik niet. Maar Corver vermeldt dat voor een vergelijkbare zender te New Brunswick op 13,6 km golflengte bij een toerentalvariatie van ¼ % de antennestroom al tot de helft terugliep. Daarom werd het toerental tot op 0,1% constant gehouden. En dat zal te Kootwijk wel net zoiets zijn geweest. En dat is geen eenvoudige zaak. Immers bij sleutel-op is de draaistroommotor vrijwel onbelast en bij sleutel-neer moet hij 800 pk afgeven. Daarom zien we in fig.3 in de verbinding tussen het (niet getekende) voedingsnet en de draaistroommotor ook zo’n ‘magnetische versterker’ aangebracht. Die werd tegelijk met de seinsmoorspoel gesleuteld. Bij sleutel-op werd daarmee de motorstroom zover gereduceerd dat het nullast toerental gelijk werd aan dat bij voile belasting.

Later werd nog een extra toerenregeling aangebracht om de frequentie nog beter constant te kunnen houden. Het zou te ver gaan om daar nog nader op in te gaan. In (3) is een uitvoerige beschrijving te vinden. Daaruit blijkt dat het gaat om een frequentie-discriminator met een afgestemde kring van hoge kwaliteit. Op donderdag 18 januari l923 werd de zender voor het eerst in lndië gehoord. Op 5 mei ging PCG officieel in dienst.

Resultaten vielen tegen. Met de stations te Kootwijk en Sambeek was een voor die tijd hoge investering gemoeid. Maar de resultaten, gemeten aan het aantal overgebrachte telegrammen, vielen tegen. Zoals reeds vermeld ging de zender in 1923 officieel in bedrijf. Een historisch moment in de Nederlandse radiogeschiedenis, zoals PAoIDZ in (5) terecht opmerkt, want de afstand Nederland – lndië van 11.410 km was daarmee tweezijdig overbrugd. Maar waarom ging het toch niet zo goed? De verbinding was alleen mogelijk als het gehele traject in het duister lag. En dat was in Nederland tussen ongeveer 17 en 23 uur. Bovendien werden vooral de telegrafisten in lndië geplaagd door de hevige onweersstoringen op lage frequenties in tropische gebieden. Daardoor, en mede door het gebruikte ‘logge’ seinsysteem en de geringe band breedte van de zendantenne, kon er maar langzaam worden geseind. Per avond werden aan ook niet meer dan zo’n 500 tot 1000 woorden overgebracht. Maar de belangrijkste reden voor het niet zo succesvol zijn van de langegolf verbinding was de concurrentie van de kortegolf, waarvan de goede mogelijkheden voor lange-afstandverbindingen werden ‘ontdekt’ juist in de tijd dat PCG in dienst kwam.

Controletafel, transformatoren, accubatterij en antenne aanpas netwerk in toren

Controletafel, transformatoren, accubatterij en antenne aanpas netwerk in toren

In 1925 stelde Dr. Koomans van de PTT in Den Haag een uiterst simpel enkeltraps kortegolfzendertje in dienst. Met slechts een paar kW vermogen werd hiermee een verbinding met Indië tot stand gebracht die al gauw een veelvoud van het telegramverkeer van de langegolfzender verwerkte, vooral ook door de veel hogere seinsnelheid die hiermee mogelijk bleek. Dat ene zendertje werd al gauw gevolgd door een aantal andere, eerst alleen voor telegrafie, maar later ook voor telefonie. En daarmee raakte het lange golfverkeer steeds meer op de achtergrond.

De langegolfzender PCG – ‘Lange Gerrit‘, zoals hij door het personeel werd genoemd – heeft bestaan tot in de oorlogsjaren 1940 … 1945. De Duitsers bliezen hem op en daarmee kwam het eind aan een bijzonder stuk Nederlands radiohistorie. Uit de resten van de zes eveneens opgeblazen antennemasten werden na de oorlog er twee herbouwd. Zij dienden als steunpunten voor andere antennes. Van die twee masten werd de laatste dit jaar opgeruimd. En daarmee zijn we dan terug aan het begin van deze beschouwing.

 

Uit Electron, 35-ste Jaargang, september 1980-No 9, blz 497-500

(Het maandblad Electron is een VERON-Uitgave voor de Nederlandse Radio-Amateur)

 


 

Geraadpleegde Literatuur :

  • Ir. E.F.W. Völter : ‘Het radiostation Kootwijk‘, Radio-Nieuws 1925, blz. 1, 63, 124, 175, 914, 221, 251.
  • M. Osnos : ‘Frequentieverhooging door middel van sterk verzadigde transformatoren‘; Radio-Nieuws 1925, blz. 221,251.
  • J. Corver : ‘Het draadloos zendstation voor den amateur‘ derde druk, 1924.
  • Dr. Ir. N. Koomans : ‘Geschiedkundig overzicht van het radiobedrijf van den Rijksdienst der Posterijen en Telegrafie‘; Gedenkboek N.V.V.R. 1916… 1926.
  • A. Mulder, PAoIDX : ‘Van draadloze tot radio

Onderschriften foto’s 1 en 2 en figuren 1 t/m 4 in volgorde van plaats in het artikel

  • Foto 1 Op de voorgrond de 800 pk draaistroommotor en daarachter de daarmee gekoppelde wisselstroomgenerator voor 6000 Hz. Rechts is nog een deel te zien van de spanningstransformator. De generator werd door middel van ingebouwde ventilatoren met lucht gekoeld. Bovendien werd de wisselspanningswikkeling nog eens extra gekoeld met water.
  • Fig. 1 Principe van de generator voor 450 Volt bij 1200 Ampère en een frequentie van 6000 Hz. Zoals toegepast bij de machinezender PCG te Kootwijk. Het plaatje komt uit Radio-Nieuws van 1925
  • Fig. 2 Nog eens het principe van de generator van PCG, nu zoals aangegeven in Corver’s Draadloos zendstation voor den Amateur uit 1925
  • Fig. 3 Vereenvoudigd schakelschema van de zender PCG
  • Fig. 4 Principe van frequentieverdubbeling door middel van transformatoren met verzadigd ijzer
  • Foto 2 Een kijkje in de zenderhal van PCG. Het doet eerder denken aan een hoogspanningsschakelstation. De machinezender had dan ook alles te maken met hoogspanning en de daarbij gebruikte technieken. (foto’s beschikbaar gesteld door de Pers- en Publiciteitsdienst van PTT)