Ferdinand Braun

Bedeutung und wissenschaftlicher Weg

Karl Ferdinand Braun (6. Juni 1850 in Fulda–20. April 1918 in New York) war ein deutscher Physiker, Lehrer und Elektrotechniker. Er trug entscheidend dazu bei, die 1888 von Heinrich Hertz experimentell nachgewiesene elektromagnetische Strahlung für die drahtlose Nachrichtenübertragung nutzbar zu machen. Besonders bekannt wurde er durch die Braunsche Röhre, Verbesserungen an Funkempfängern und Funksendern sowie die Entdeckung eines Halbleiter-Gleichrichtereffekts. 1909 erhielt er gemeinsam mit Guglielmo Marconi den Nobelpreis für Physik für seinen Beitrag zur Entwicklung der drahtlosen Telegrafie.

Braun studierte ab 1868/69 Mathematik und Naturwissenschaften in Marburg und anschließend in Berlin. 1872 promovierte er bei Georg Hermann Quincke über Saitenschwingungen und arbeitete bis 1874 als dessen Assistent an der Universität Würzburg. Nach dem Staatsexamen für Gymnasiallehrer unterrichtete er ab 1874 Mathematik und Naturwissenschaften an der Thomasschule Leipzig.

1877 wurde Braun außerordentlicher Professor für Theoretische Physik in Marburg. Weitere Stationen waren Straßburg, Karlsruhe und Tübingen. In Karlsruhe entwickelte er 1884 das Elektrische Pyrometer. Ab 1885 wirkte er am Aufbau des Physikalischen Instituts in Tübingen mit. Dort beschrieb er 1887 das Le Chatelier-Braun-Prinzip, auch Prinzip vom kleinsten Zwang genannt, und entwickelte das Braunsche Elektrometer. 1895 wurde er Direktor des Physikalischen Instituts und Professor an der Kaiser-Wilhelms-Universität Straßburg; 1905/06 war er deren Rektor.

Halbleiter und Braunsche Röhre

Bei Untersuchungen in Leipzig entdeckte Braun 1874 an natürlichen und künstlichen Schwefelmetallen einen Gleichrichtereffekt: Der elektrische Widerstand hing von Richtung, Intensität und Dauer des Stroms ab; die Unterschiede erreichten bis zu 30 % des gesamten Wertes. Besonders untersuchte er Bleisulfidkristalle. Dieses Verhalten widersprach dem Ohmschen Gesetz. Braun konnte es trotz intensiver Forschung nicht erklären; eine Erklärung wurde erst im 20. Jahrhundert durch die Quantenphysik möglich. Die Entdeckung gilt als wichtiger Schritt zur Halbleiterdiode, einem Bauteil, das elektrischen Strom bevorzugt in einer Richtung leitet.

Brauns bekannteste Erfindung ist die Kathodenstrahlröhre, die häufig Braunsche Röhre genannt wird. In ihrer späteren Form ist sie eine Hochvakuumröhre, in der ein Elektronenstrahl horizontal und vertikal abgelenkt werden kann. Trifft der Strahl auf eine Leuchtfläche, entsteht dort eine sichtbare Spur oder ein Bild.

Die 1897 in Straßburg entstandene erste Ausführung war noch unvollkommen: Sie besaß eine kalte Kathode und nur ein mäßiges Vakuum. Deshalb waren 100.000 V Beschleunigungsspannung nötig, um die Leuchtspur des magnetisch abgelenkten Strahls sichtbar zu machen. Die magnetische Ablenkung erfolgte nur in einer Richtung; für die andere Richtung diente ein Drehspiegel vor der Leuchtfläche. Bereits 1899 führte Brauns Assistent Jonathan Zenneck Kippschwingungen für die magnetische Y-Ablenkung ein. Später kamen Glühkathode, Wehnelt-Zylinder und Hochvakuum hinzu.

Die Röhre wurde in Oszilloskopen zur Darstellung elektrischer Signale eingesetzt. Manfred von Ardenne verwendete sie außerdem am 14. Dezember 1930 bei der ersten vollelektronischen Fernsehübertragung als Bildröhre, obwohl Braun selbst seine Röhre für das Fernsehen als ungeeignet angesehen hatte.

Funkempfang und Funkübertragung

In der frühen Funktechnik waren die üblichen Kohärer-Empfänger wenig zuverlässig und lieferten keine gut reproduzierbaren Versuchsergebnisse. Braun ersetzte den Kohärer durch einen Kristalldetektor. Dieser nutzt die gleichrichtende Wirkung eines Kristalls, um Funksignale nachzuweisen. Dadurch stieg die Empfindlichkeit der Empfänger deutlich, allerdings musste der Detektor wiederholt neu eingestellt werden. Später wurde er durch die Elektronenröhre abgelöst, blieb aber zusammen mit Bauteilen wie Germaniumdioden noch längere Zeit in einfachen Empfängern in Gebrauch. Auch erste UKW-Radaranlagen verwendeten einen solchen Detektor. 1906 war Braun an der Entwicklung des ersten Kristallempfängers beteiligt.

Auch Funksender verbesserte Braun grundlegend. Bei älteren Sendern waren Schwingkreis und Antennenkreis miteinander verbunden. Braun trennte beide: Ein Primärkreis aus Kondensator und Funkenstrecke wurde induktiv, also durch elektromagnetische Kopplung, mit einem eigenen Antennenkreis verbunden. Diese Braun-Schaltung erhöhte die ausgesendete Energie.

Die Reichweite der Funkverbindungen nahm dadurch stark zu. Zuvor ließen sich höchstens etwa 20 km überbrücken; am 24. September 1900 gelang eine 62 km lange Funkbrücke zwischen Cuxhaven und Helgoland. Am 12. Dezember 1901 soll Marconi Signale aus Poldhu in Cornwall auf dem Signal Hill bei St. Johns in Neufundland empfangen haben. Sein Sender arbeitete in Braun-Schaltung. Ob dieser Empfang tatsächlich möglich war, ist in der Literatur umstritten.

Braun versuchte außerdem, die Knallfunkentechnik mit ihren gedämpften Schwingungen zu ersetzen. Mit Wechselstromgeneratoren erzeugte er ungedämpfte Schwingungen. Eine Rückkopplungsschaltung mit Elektronenröhren gelang ihm dagegen noch nicht. Zusammen mit Georg Graf von Arco und Adolf Slaby entwickelte er zudem das Konzept fahrbarer militärischer Funkstationen. Die 1903 von AEG und Siemens & Halske verwirklichte Station bestand aus zwei Pferdewagen. Der Vorderwagen enthielt Sende- und Empfangsgeräte sowie eine Batterie, der Hinterwagen Hilfsmittel und eine Reservebatterie. In schwierigem Gelände konnte der Vorderwagen allein betrieben werden.

Antennen, Elektroskop und Unternehmen

Braun beschäftigte sich mit Richtfunk, bei dem Sende- und Empfangsantennen gezielt aufeinander ausgerichtet werden. Er gehörte zu den ersten Forschern, denen eine gerichtete Abstrahlung gelang, und optimierte Antennen mithilfe von Berechnungen. Außerdem gilt er als Erfinder des nach ihm benannten Zeigerelektroskops. Ein Elektroskop weist elektrische Ladungen nach; bei dieser Bauform zeigt ein beweglicher Zeiger die elektrische Wirkung an.

Zur wirtschaftlichen Nutzung seiner Funktechnik gründete der Kölner Schokoladeproduzent Ludwig Stollwerck Ende 1898 ein Konsortium und brachte 560.000 Mark Gesellschaftskapital ein. Nach einer erfolgreichen Funkverbindung über größere Entfernung wurde daraus die „Professor Braun’s Telegraphie Gesellschaft GmbH“. Braun gehörte damit zu den Mitbegründern der Funkentelegrafie GmbH in Köln. 1900 stellte Stollwerck den Kontakt zu August Raps von der „Telegraphen-Bauanstalt Siemens & Halske“ her, die später den Apparatebau übernahm.

1903 war Braun Mitbegründer der Gesellschaft für drahtlose Telegrafie Telefunken in Berlin. Diese Unternehmensgründungen verbanden seine wissenschaftlichen Entwicklungen mit dem Bau und der praktischen Verbreitung von Funkanlagen.

Letzte Jahre und Würdigung

Mit 64 Jahren und gesundheitlich angeschlagen reiste Braun wegen eines Patentstreits um die Großfunkstelle Sayville nach New York. Die Anlage, das Gegenstück zur Station Nauen, sollte ihren Betrieb einstellen. Weil sich der Prozess hinzog, wurde Braun vom Eintritt der USA in den Ersten Weltkrieg überrascht und durfte nicht mehr nach Deutschland zurückkehren. Als Kriegsinternierter lebte er weitgehend ungestört in Brooklyn. Am 20. April 1918 starb er an den Folgen eines Unfalls.

Braun wollte in seiner Heimatstadt Fulda beigesetzt werden. Eine Überführung war während des Krieges nicht möglich. Erst 1921 brachte sein Sohn Konrad die Urne nach Fulda; die Beisetzung fand am 4. Juni 1921 statt.

Neben dem Nobelpreis von 1909 erhielt Braun weitere Ehrungen: 1914 wurde er korrespondierendes Mitglied der Preußischen Akademie der Wissenschaften, 1917 verlieh ihm die Wiener Technische Hochschule die Ehrendoktorwürde. Das Ferdinand-Braun-Institut in Berlin, eine Forschungseinrichtung für Höchstfrequenztechnik, und die Ferdinand-Braun-Schule in Fulda tragen seinen Namen. 2002 wurde der Asteroid (43790) Ferdinandbraun nach ihm benannt.

Braun veröffentlichte unter anderem „Der junge Mathematiker und Naturforscher. Geheimnisse der Zahl und Wunder der Rechenkunst“ von 1876 und „Drahtlose Telegraphie durch Wasser und Luft“ von 1901. Als Hochschullehrer war er für verständliche Vorträge und anschauliche Experimente bekannt.