Dr. Adolf Koepsel (1856 - 1933). Foto z archivu Siemens
Když jsem nedávno prohlížel svůj archiv historické radioliteratury, objevil jsem poznámku v časopise Funk-Technik 8/1951 [1], která uváděla rok 1901 jako rok vynálezu otočného kondenzátoru. Podle této informace měl tenkrát jistý Dr. Adolf Koepsel v soukromé laboratoři Wilhelma von Siemense poprvé sestrojit tento pro radiotechniku tak důležitý stavební prvek. Také ostatní zdroje označují Koepsela jako “otce otočného kondenzátoru”. Letošní kulaté výročí tohoto nepochybně významného vynálezu mi bylo podnětem k bližšímu studiu historie otočného kondenzátoru, přičemž vyšly na světlo některé překvapující skutečnosti.
Po důkladných rešerších můžeme dospět ke spolehlivému závěru, že
většina autorů se mýlí v časových údajích a tyto nesprávné údaje se cestou
jejich vzájemného opisování následně šíří dále.
Dr. Adolf Koepsel (1856 - 1933). Foto z archivu
Siemens
Ve skutečnosti Dr. Koepsel nebyl vynálezcem otočného kondenzátoru a exemplář kondenzátoru, nacházející se v Německém museu také velmi pravděpodobně není “prvním otočným kondenzátorem”. Vyšlo najevo, že princip otočného kondenzátoru byl již téměř deset let před Koepselem patentován jako vynález jiného badatele. Koepselovy zásluhy o rozvoj radiotechniky se tím ale v žádném případě nesnižují! Zabýval se totiž následným konstrukčním vývojem otočného kondenzátoru a nepochybně ho jako první úspěšně použil k nastavování kmitočtu laděného obvodu. Původní vynález otočného kondenzátoru totiž nebyl určen pro ladicí obvody. Podle nalezených písemných podkladů Koepsel tento otočný kondenzátor upravil a poprvé použil jako zařízení ke změně kmitočtu v roce 1902. Proto můžeme v těchto dnech oprávněně slavit stoleté výročí vynálezu ladění otočným kondenzátorem, bez něhož je každý přijímač nemyslitelný. A to přesto, že v posledních letech byl mechanický otočný kondenzátor nahrazen kapacitní diodou – základní princip je stále tentýž: změna kapacity.
1892: Vynález otočného kondenzátoru
8. června 1892 obdržel Francouz Desider Korda od Císařského patentového úřadu v Berlíně patent pod číslem 72447 na “elektrický kondenzátor s proměnnou kapacitou vlivem změny polohy desek”. Stalo se to tedy 10 let před údajným Koepselovým “vynálezem”. V patentovém spisu [2] stojí: “Předmětem předloženého vynálezu je elektrický kondenzátor s tekutým izolátorem (dielektrikem), jehož obal je možno nastavit tak, že kapacita může dosáhnout libovolné hodnoty”.
Patentová práva se vztahují k následujícímu uspořádání (obr.1):
“Elektrický kondenzátor pozůstává z navzájem rovnoběžně uspořádaných
půlkruhových párů desek (obalů), přičemž jedna polovina vzájemně spojených
desek je upevněna na otočně uložené ose, zatímco druhá polovina je pevná,
ale rovněž navzájem vodivě propojená, obklopená tekutým isolátorem. Účinek
je ten, že hodnota kapacity kondenzátoru může být měněna v závislosti na
relativní poloze ve vztahu k vzájemnému překrytí a vzdálenosti otočně
propojených desek (a) k deskám pevným (b). (obr.1).”
obr.1: Patentované uspořádání Desidera Kordy z roku 1892 [1].
Zařízení označené “Fig.1.” v pravé části obrázku je otočný
kondenzátor. Nad vyobrazení je text: DESIDER KORDA v PAŘÍŽI.
Elektrický kondenzátor s proměnnou kapacitou v důsledku změny polohy
desek.
Tento popis v zásadě odpovídá tomu, co se v posledních sto letech označovalo jako otočný kondenzátor – samozřejmě s výjimkou zmíněného “tekutého izolátoru”. V patentovém spise uváděná izolace desek tekutým dielektrikem byla tehdy nutná, neboť Desider Korda měl na mysli vytvoření kondenzátoru, který vykazoval vysokou napěťovou pevnost a velkou hodnotu kapacity pro použití v silnoproudých obvodech s vysokým napětím. Druhé patentové právo jeho patentového spisu se týká technické aplikace “zrušení vlastní indukčnosti”. Jak lze zkreseb k patentovému spisu odvodit, Kordův vynález – popsáno dnešní terminologií – je postup automatické kompenzace jalového proudu pomocí otočného kondenzátoru poháněného servomotorem.
Koepsel a bezdrátová telegrafie
Adolf Koepsel (1856 – 1933, obr. 2), žák Hermanna von Helmholtze, promovaný fyzik, nastoupil po svém studiu v roce 1885 do soukromé laboratoře Wilhelma von Siemense, syna Wernera von Siemense. V roce 1894 zkonstruoval po sobě pojmenovaný přístroj k určování magnetických vlastností různých druhů železa. V roce 1899 opustil Dr. Koepsel Charlottenburger Werk Siemens&Halske a přijal místo ředitele elektráren zřízených Siemensem v Langenthalu (Švýcarsko). V tomto projektu, na němž rovněž Koepsel od roku 1895 spolupracoval, se jednalo o první větší vodní elektrárnu na střídavý proud o vysokém napětí. Při prohlídce tohoto závodu se Wilhelm von Siemens zeptal Koepsela, zda by neměl chuť podílet se na výzkumech v oboru bezdrátové telegrafie. Aniž by o nabídce dlouho uvažoval, vrátil se Koepsel již v roce 1900 do Berlína. Důvodem nebyla pouze touha po životě ve velkoměstském prostředí Berlína, které Koepsel v malém švýcarském městě velmi postrádal, nýbrž také jeho neúnavná touha po výzkumu, a tu jako ředitel elektrárny nemohl v žádném případě uspokojit.
V soukromé laboratoři Wilhelma von Siemense na Rittergut v Biesdorfu u Berlína byl postaven před úkol vytvořit z přístrojů pro laboratorní účely takové zařízení, které by vyhovovalo pro praktické použití. S těmito vysílacími a přijímacími přístroji prováděl přenosové pokusy, aby zjistil jejich dosah. Zvýšení přenosové vzdálenosti bezdrátového spojení o činitel deset dosáhl Koepsel tím, že zkonstruoval citlivější přijímač. Významný pokrok dosáhl, když tehdy obvyklý koherer nahradil součástkou, v niž působila grafitová špička na vyleštěnou ocelovou desku.
Přístroje jiskrové telegrafie pracovaly před 100 lety s otevřenými kmitavými obvody, v nichž byl rezonanční systém tvořen vlastní indukčností a kapacitou příslušného zářiče (antény). Protože hodnoty indukčnosti a kapacity významně závisí na prostorových podmínkách, hodnoty vlastní rezonance tehdy používaných přijímačů a vysílačů nebyly vždy na shodném kmitočtu. Právě díky vzájemné rezonanční neshodě vysílače a přijímačů bylo možno za těchto “širokopásmových” přenosových poměrů získat jen nepatrné dosahy. Nápad naladit přijímač a vysílač na shodný kmitočet byl však již tehdy na světě: Oliver Lodge (1889) a Ferdinand Braun (1899) za to obdrželi patenty. Také Guglielmo Marconi pochopil význam laděných přijímačů a vysílačů. Ohlásil tento nápad britskému patentovému úřadu a 20. dubna 1900 mu byl pod číslem 7777 udělen patent [3]. Koncem roku 1900 se obrátil prof. Braun na Wilhelma von Siemense s pobídkou pokračovat v pokusech s uzavřenými laděnými obvody. Dr. Koepsel dostal za úkol přezkoumat Braunovy výsledky.
Objev uzavřeného kmitavého okruhu
Za tím účelem odjel Kopsel do Kodaně, kde se nacházela Braunova pokusná stanice. “Vše zde bylo krajně primitivní a bez jakékoliv praktické hodnoty”, takto stručně a přiléhavě Koepsel zhodnotil Braunovy přístroje [4]. Zklamal ho rovněž jejich nepatrný dosah: “Tím jejich zařízením bylo možno přijímat značky pouze v okruhu do jednoho kilometru, což v praxi znamenalo totéž jako vůbec nic.”
Navzdory negativnímu dojmu z návštěvy Braunovy laboratoře oznámil Siemensovi, že převezme Braunův princip pro své přístroje a bude s ním experimentovat. “Podle mého názoru je princip uzavřeného kmitavého obvodu velmi dobrý, ale Braun a jeho asistenti ho nedovedli do správného konce.” V březnu 1901 začal Koepsel s pracemi na přístrojích s Braunovým zapojením. Již v červenci téhož roku mohl dosáhnout pravidelné spojení s 60 km vzdáleným ostrovem Helgoland.
Adolf Koepsel “vynalézá” otočný kondenzátor
Obr.3: Otočný kondenzátor výroby Siemens&Halske z roku 1901
Koncem roku 1901 byla založena “Společnost pro bezdrátovou telegrafii, systém prof. Braun a Siemens&Halske” (nebo krátce “Braun&Siemens-Gesellschaft”). Tato Siemensova dceřinná společnost byla jak známo předchůdcem proslulé firmy Telefunken. (podrobnosti viz články: V. Křížek: ”95 let firmy Telefunken” a F. Peřina: “Slaby + von Arco: Silná dvojka”, oba v RJ č. 29; duben 1998; pozn. překl.) Adresa pro telegramy nové společnosti pro bezdrátovou telegrafii zněla již tehdy “Telefunken”. Na návrh Wilhelma von Siemense převzal Adolf Koepsel vědecké vedení společnosti.
V osobním sdělení referuje Wilhelm Siegel [5], který před svým studiem počátkem roku 1902 pracoval u Braun&Siemens-Gesellschaft jako mechanik, o domnělém vynálezu otočného kondenzátoru v tamní laboratoři. (Z této výpovědi lze usoudit, že tento bývalý Koepselův spolupracovník neměl tehdy ani tušení o Kordově berlínském patentu.) “Není všeobecně známo, že otočný kondenzátor je vynálezem Siemensova domu. Vynálezcem byl známý pan Dr. Koepsel, který počátkem roku 1902 jako vedoucí laboratoře “Společnosti pro bezdrátovou telegrafii, systém prof. Braun a Siemens&Halske” vytvořil konstrukci kondenzátoru a rovněž dále prováděl konstrukční vývoj….”
Cesta vývoje otočného kondenzátoru až k jeho definitivní podobě jak jej známe z běžných radiopřijímačů byla, podobně jako u ostatních novinek, velmi složitá. Mimo jiné bylo třeba nalézt vhodné materiály pro sady desek, navrhovaly se tvrdé nebo žíhané mosazné, zinkové či hliníkové desky. Za zmínku také stojí, že průměr desek byl tehdy značně větší než dnes. Mimo jiné bylo třeba nalézt příznivé uložení pro pohyblivé části a vyřešit spolehlivé utěsnění u olejových kondenzátorů apod.
Sám Koepsel popsal v roce 1931 práce na otočném kondenzátoru v jednom rozhovoru [4], aniž by ovšem udal přesné datum (on sám ale v této souvislosti nehovoří o “vynálezu”): “Ještě během mého působení u Siemense jsem předložil podklady ke dnes běžně užívanému otočnému kondenzátoru. Při všech prvých pokusech jsem si říkal, že uzavřený kmitavý okruh v sobě skrývá nesmírné možnosti, ale že je nutné umět vlnovou délku nejen nastavit, ale kromě toho také plynule měnit. K dosažení tohoto cíle jsem viděl pouze dvě cesty, a to učinit proměnnými buď kapacitu nebo indukčnost. Rozhodl jsem se pro první případ, protože kapacita závisí na vzájemné poloze dvou více či méně od sebe vzdálených desek. Přirozeně hraje v tomto případě důležitou roli také velikost desek. Za účelem úspory místa jsem desky uspořádal tak, že jsem vytvořil dva půlkruhy, které se do sebe vzájemně zasouvaly, čímž bylo dosaženo dokonalé plynulosti změny. Tak vznikl ten otočný kondenzátor, který dnes tvoří nepostradatelnou součást přístrojů jak na straně vysílání, tak také na straně příjmu.”
Teoretické základy rezonančních jevů v uzavřených a otevřených kmitavých obvodech při tlumených kmitech, tak jak jsou vytvářeny drahou jiskry, popsal Koepsel roku 1903 v obsáhlém příspěvku [7]. Zde se odvolal na dřívější práce Maxe Wiena. Problematika spočívala v tom, že elektrické procesy v jiskrové dráze jsou velmi složité a svého času zřejmě nereprodukovatelné. Proto docházelo k výskytu nedefinovatelných rezonančních jevů.
Údajně první otočný ladicí kondenzátor
Časopis Funk-Technik uvádí [1], že (údajně) první otočný kondenzátor z roku 1901 určený pro ladění je uložen v Německém museu v Mnichově. Skutečně tam tento exponát ještě dnes existuje, ovšem není bohužel vystaven, nýbrž uschován v depozitáři (!!!, pozn. překl.). Otočný kondenzátor přežil velmi dobře a bez poškození zmatek posledních 100 let (obr.3). Dobře zachovalý exemplář má na stupnici nápis “Siemens&Halske” a je podle připojené etikety datován rokem 1901. Podle předchozích informací se zřejmě nejedná o historicky první ladicí kondenzátor, nýbrž pouze o jeden z mnoha pokusných modelů, které Koepsel používal při svých pokusech. V laboratoři společnosti Braun-Siemens zcela určitě existovala kromě tohoto exempláře ještě jiná provedení, neboť Siegel v [5] upozorňuje, že byly delší dobu zkoušeny jak různé materiály tak také konstrukční varianty. Jisté je však alespoň to, že tento museální kousek byl vyroben před 100 lety u Siemensů.
Jak tento historický otočný kondenzátor vypadá ve skutečnosti? Robustní
otočný systém je umístěn v kulatém kovovém pouzdře se skleněným krytem
(foto na obálce). Statory a rotory jsou z mosazných desek o průměru téměř
20 cm (obr. 4) a všechny mechanické díly jsou provedeny v kvalitě jemné
mechaniky, jaká byla charakteristická pro tuto dobu. Konstrukce a
provedení prozrazují jednoznačnou podobnost s konstrukcí Marconiho
společnosti, jak je popsáno v [6].
obr.4: Vnitřek otočného kondenzátoru Siemens&Halske (r.
1901) z depozitáře Německého musea v Mnichově nese znaky Marconiho
konstrukce.
Aby se do daného objemu pouzdra mohla umístit co nejvyšší koncová kapacita, byl spojen jeden ze dvou statorových svazků s jedním ze dvou rotorových svazků (obr.5: stator a1 s rotorem b1 a stator a2 s rotorem b2). V nulové poloze leží elektricky spojené desky proti sobě, je nastavena nejmenší kapacita. Při otočení o 180° se zanoří rotorové desky zcela úplně do odpovídajících statorových desek. Takto dosažená maximální kapacita mohla při této velikosti a počtu desek (2x12 rotorových a 2x13 statorových desek) činit několik desítek nanofaradů. Pokud bylo pouzdro naplněno izolačním olejem, mohla být koncová kapacita ještě vyšší. Při značných vlnových délkách, se kterými se tehdy experimentovalo, byly takovéto hodnoty kapacit žádoucí.
Domněnku, že tento muzejní exponát není Koepselův vzorek otočného kondenzátoru, podporuje doložená skutečnost, že Koepsel pracoval vždy s půlkruhovými statorovými a rotorovými svazky. Pro porovnání: konstrukční náčrt na obr. 6 znázorňuje otočný kondenzátor s půlkruhovými deskami (jak byl později v radiotechnice obvyklý), který byl Koepselem zveřejněn v roce 1904 [7]. (Z řečeného vyplývá závěr, že otočný kondenzátor na obr. 4 byl sice vyroben v laboratořích firmy Siemens&Halske, ale podle konstrukčního vzoru společnosti Marconi. Pozn. překl.)
Použití ve vlnoměru
obr.5: Princip otočného kondenzátoru zkonstruovaného Marconiho
společností. 
obr. 6: Konstrukční výkres Koepselova otočného kondenzátoru
zveřejněný roku 1904 [7].
O použití otočných kondenzátorů v uzavřených kmitavých obvodech v dřívějších Braunových přístrojích pro jiskrovou telegrafii nemáme bohužel k dispozici v dostupných pramenech žádné konkrétní podklady. Mnohé ale nasvědčuje tomu, že Koepsel zpočátku používal tyto kondenzátory v přístrojích pro měření frekvence rozhodně dříve, než byly zavedeny jak ve vysílačích tak také v přijímačích. Ale takový “vlnoměr” není vlastně nic jiného než přijímač. V publikaci [8] popisující Koepselem zkonstruovaný vlnoměr s otočným kondenzátorem autor poznamenává: “Popsaný přístroj může také velmi jednoduchým způsobem posloužit k určení vlnové délky rezonančního obvodu.” Dále podává zprávu o praktických zkušenostech: “Takový přístroj, konstruovaný jako přenosný, může poskytnout vynikající služby při ladění, o čemž jsem se přesvědčil v létě roku 1902 během pokusů s rakouským námořnictvem v Pola.”
Praktické využití prokazatelně nalezl Koepselův otočný kondenzátor ve známém Franke-Dönitzově vlnoměru z roku 1903 [9], [1], který byl vyvinut ve společnosti Braun-Siemens. Časová souvislost s Koepselovými pokusy je zřejmá, neboť Johannes Dönnitz ve svém článku [9] uvádí pod čarou poznámku: “Pokusy začaly v září 1902 a skončily v lednu 1903. Podklady pro konstrukci vlnoměru byly hotovy již začátkem října 1902.” Další odstavec a připojená poznámka pod čarou ukazuje na spojení s Koepselem: “Kondenzátor je regulovatelný deskový kondenzátor, který je za účelem zlepšení izolace, zvýšení odolnosti proti vysokému napětí a zvýšení dielektrické konstanty vložen do nádoby naplněné parafínovým olejem”. Poznámka pod čarou: “ První dodávky těchto kondenzátorů, i když v odlišném provedení, pocházejí od Dr. Koepsela.” Obr. 7 ukazuje konstrukční výkres vlnoměru (fotografie se nachází v [1]).
Kompetenční potíže s Arco a Slaby
V roce 1903 založila společnost Braun-Siemens s Radiotechnickou
laboratoří A.E.G. “Společnost pro bezdrátovou telegrafii” (“Gesellschaft
für Drahtlose Telegrafie”) nebo krátce “Telefunken”. Georg Graf Arco a
Adolf Slaby byli vedoucími mozky radiotechnického vývoje u A.E.G. Dr.
Koepsel ve svém interview [4] referuje o tom, jak on tuto fúzi prožil:
“Samozřejmě jsme svého času nebyli jediní, kteří se zabývají bezdrátovou
telegrafií. Také Slaby a Arco, kteří ostatně pracovali společně, již
docílili velice příznivých výsledků.
obr. 7: Franke-Dönitzův vlnoměr zroku 1903, konstrukční výkres
z [9].
Netrvalo to dlouho a Slaby-Arco na straně jedné a Siemens-Braun na straně druhé se spojili a založili světově známou firmu “Telefunken.” V důsledku kompetenčních sporů jsem nechal výzkumy v oboru bezdrátové techniky stranou a věnoval jsem se především přístrojům na měření vzdálenosti…” Přesto ho myšlenka na další vývoj otočných kondenzátorů zcela neopustila.
Interview u příležitosti jeho 75. narozenin (dva roky před jeho smrtí) [4] končí následující poznámkou: “Na závěr bych chtěl ještě poznamenat, že jsem se dosti často zabýval otázkou, zda by snad i jiný tvar kondenzátoru mohl být lepší a především vhodnější. Nemohl jsem ale nic nalézt, s výjimkou uspořádání, při kterém se desky vzájemně nepřekrývaly, nýbrž byly kuželovitě uspořádány a vzájemně se do sebe zasouvaly. Ale toto je podmíněno zcela novými předpoklady a aplikačními možnostmi, které dosud nejsou dány.” Dnes vidíme, že základní představa otce otočného ladicího kondenzátoru byla tak dokonalá, že v uplynulých 100 letech na jeho konstrukci vlastně už nebylo co zlepšovat.
Legendy žijí dlouho
Že Dr. Adolf Koepsel vůbec nebyl “vynálezcem” otočného kondenzátoru věděl on sám velice dobře a bylo to jistě známo i mnoha jeho spolupracovníkům. Tehdejší denní a odborný tisk ale v dobré víře šířil něco jiného. Bylo to dáno tím, že u Siemense byla v tehdejší době soustředěna většina patentů z posledních desetiletí. Nepochybně, kdyby se byl Koepsel pokusil zajistit si svá práva, objevil by se Kordův patent na veřejnosti. Zřejmě ani Dr. Koepsel ani Siemens tehdy neměli zájem na tom, aby se na veřejnosti ukázaly pravé souvislosti. O důvodech tohoto opatrného mlčení můžeme dnes pouze spekulovat.
Na tomto místě bych chtěl srdečně poděkovat Německému muzeu za to, že mi umožnilo přístup k Siemensovu otočnému kondenzátoru, dále archivu Siemens, který mi umožnil nahlédnout do dosud nepublikovaných podkladů a Koepselových osobních dokumentů a konečně Dr. Herbertu Börnerovi za jeho doplňující poznámku k Marconiho otočnému kondenzátoru.
Literatura: