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Einfache Synchronisation der Zeitmessung durch Uhrenvergleich

Synchronisation (auch Synchronisierung, von griechisch συν syn „zusammen“, χρόνος chrónos „Zeit“) bezeichnet das zeitliche Abgleichen von Vorgängen, Uhren und Zeitgebern. Synchronisation sorgt dafür, dass Vorgänge gleichzeitig (synchron) oder in einer bestimmten Reihenfolge temporal geordnet ablaufen.

In verschiedenen Wissensgebieten wird der Begriff Synchronisation oft in engeren Bedeutungen verwendet. Das inhaltliche Abgleichen wird als Replikation bezeichnet.

Grundprinzip und Geschichtliches |

Die einfachste Methode der Synchronisation ist der direkte Vergleich zweier Uhren, indem man sie gleichzeitig abliest. Sind die Uhren bzw. Zeitgeber räumlich getrennt, wird ein Vergleichssignal benötigt. Während man dafür früher Schall- oder Lichtsignale benützte – auf weite Distanzen z. B. Heliotrope (Sonnenspiegel) oder Pulverblitz-Signale) – überwiegen heute Funksignale oder elektronische Methoden. Im Folgenden werden die wichtigsten Methoden der Elektronik und der Physik behandelt.

Digitale Wiedergabegeräte |

Synchronisieren bedeutet in diesem Zusammenhang, die einzelnen Elemente auf dem Wiedergabegerät an eine Datenquelle anzupassen (z. B. MP3-Spieler, Musikplayer auf dem Rechner). Das heißt, der Taktgeber des Geräts ist nach dem Synchronisieren identisch zur Datenquelle.

Häufig erfolgt die Synchronisation digitaler Medien durch Terminprogramme, die beispielsweise auf einem Computer an der Arbeitsstätte Kalender verwalten. Um nun auf modernen Mobiltelefonen deren Kalender mit dem „stationären“ Terminkalender abzugleichen, gibt es zahlreiche Synchronisationsprogramme, die mittels Kabel, Bluetooth oder WLAN die beiden Kalender miteinander abgleichen. Es gibt hier mehrere Möglichkeiten der Synchronisation. Bei der einseitigen werden alle Termine von einem Gerät zum anderen gesendet; bei der beidseitigen werden von beiden Geräten alle Daten sich gegenseitig zugesendet. Dadurch kann es aber zu doppelten Einträgen kommen, welche die Synchronisationssoftware abfangen muss.

Immer mehr verbreiten sich Web-Dienste, die (meist „kostenlos“, d. h. indirekt durch Werbung finanziert) für gängige Geräte globale Synchronisation anbieten.

Film |

Beim Film bedeutet Synchronisation das „gleichzeitige“ Ablaufen von Bild und Ton, während das Nachvertonen von Filmen meist als Synchronisieren bezeichnet wird. In Deutschland werden nicht-deutschsprachige Filme seit den 1930er-Jahren synchronisiert, ebenso in Österreich und der Schweiz. Natürlich synchronisiert man in die jeweilige Landessprache auch in anderen großen Staaten Europas und Amerikas, ebenso zu fast 100 % in Indien, China und Japan. In asiatischen Ländern werden meist auch englische Synchronisationen für den internationalen Markt gemacht (siehe Synchronsprecher, Tonmeister). Auch die Stimme von Sängern/ Sängerinnen auf ein Playback oder das Überspielen von weiteren Instrumentenstimmen wird mit Synchronisation bezeichnet; siehe auch Overdubbing.^[1][2]

Fernsehen |

Beim Fernsehen muss das Wiedergabegerät synchron zum Sender laufen, damit die gesendeten Informationen an der richtigen Stelle auf dem Bildschirm angezeigt werden. Wegen des Rasters aus Zeilen, die nacheinander geschrieben werden, unterscheidet man Horizontal- und Vertikal-Synchronisation. Elektrisch können diese Signale entweder separat neben dem (amplitudenmodulierten) Helligkeitssignal geführt oder mit diesem in geeigneter Weise so zum Composite Video- oder FBAS-Signal kombiniert werden, dass es anschließend auch wieder leicht separiert werden kann.

Eine besondere Aufgabe müssen die Synchronsignale beim Zeilensprungverfahren erfüllen, nämlich das abwechselnde Umschalten der Anzeige von gerad- und ungeradzahligen Zeilen je nach Halbbild. Dazu muss der Horizontalimpuls innerhalb der Bildaustastlücke um eine halbe Zeile früher erfolgen (am einfachsten durch Frequenzverdopplung), sodass die erste Zeile des zweiten Halbbildes ganz oben in der Mitte des Schirms beginnt, wo die im vorhergehenden Halbbild geschriebene erste Zeile schon eine halbe Zeile tiefer gesunken ist. Dasselbe gilt auch bei analogen Computermonitoren, wenn sie bei höheren Auflösungen das gleiche Verfahren anwenden (sog. Interlace; heute nicht mehr üblich, da alle neuen Monitore Horizontalfrequenzen bis 85 kHz und darüber verarbeiten können).

Bei Monitoren gibt es noch eine weitere Variante der Synchronsignalführung: Bei manchen Geräten mit separaten Eingängen (meist BNC-Stecker) für die 3 (RGB-)Farbkomponenten bzw. 2 Farbdifferenz- + 1 Helligkeitssignal (Component Video) wird das Synchronsignal in ähnlicher Weise wie oben in das Grün (bzw. Helligkeits (Y))-Signal gemischt: Sync on Green. Meistens kann das Sync-Signal wahlweise auch separat angeschlossen werden, wobei das Horizontal- und Vertikalsignal je nach Gerät entweder kombiniert (1 Anschluss) oder in zwei separate Anschlüsse getrennt wird. Beim heute üblichen VGA-Anschluss werden die Sync-Signale über verschiedene Pins desselben Steckers übertragen.

Wenn die Synchronsignale nicht korrekt (störungsfrei) übertragen oder nicht richtig ausgewertet werden, kommt es zu charakteristischen Bildstörungen. Da der Bildwechsel am langsamsten verläuft (typisch 50–100 Hz), kann man Fehler hier noch am ehesten mit dem bloßen Auge verfolgen: Das Bild „läuft (senkrecht) durch“, ist aber noch halbwegs zu erkennen. Manchmal rastet die Synchronisation auch an einer falschen Stelle der Vertikalen ein, z. B. bei signifikanten Bildinhalten mit entsprechendem Spannungshub, so dass das Bild versetzt angezeigt wird, mit einem dicken, schwarzen Balken in der Mitte. Wenn dagegen die Horizontalsynchronisation ausfällt, „laufen die Zeilen (horizontal) durch“, vollführen einen „Bauchtanz“ oder sind unregelmäßig verschoben und es ist kaum noch ein Bildinhalt zu erkennen; im günstigsten Fall ist das Bild nach links oder rechts geneigt.

Elektronik |

In der Digitaltechnik bedeutet Synchronisation, dass zwei Geräte (z. B. Sender und Empfänger) synchronisiert sind, wenn beide mit einer Taktfrequenz arbeiten, die innerhalb definierter Toleranzen gleich ist. Die Signale synchronisierter Geräte haben eine feste Phasenbeziehung zueinander. Das Verfahren, für das meistens der deutsche Fachbegriff Gleichlaufverfahren benutzt wird, wird auch als Synchronisierung oder in Anlehnung an den englischen Fachbegriff als Synchronisation bezeichnet.

Synchronisation einer Synchronmaschine |

Synchronoskop, bestehend aus Drehfeldmessgerät (oben), Doppelspannungsmessgerät (Mitte) und Doppel-Zungenfrequenzmessgerät (unten)

Um eine Synchronmaschine ans Netz zu schalten, sind bestimmte Synchronisationsbedingungen (auch Parallelschaltbedingungen) einzuhalten. Zwischen den Klemmen des Netzes und denen der Maschine darf keine Spannungsdifferenz bestehen. Das wird erreicht, wenn folgende Bedingungen eingehalten werden:

• gleiche Frequenz – Kontrolle z. B. über Drehzahlmessung oder Doppelfrequenzmesser; Eingriff über Drehzahländerung der Maschine


• gleiche Phasenfolge – Kontrolle z. B. über Drehfeldmessung; Eingriff über Tausch zweier Phasen
  


• gleiche Phasenlage – Kontrolle z. B. über Zweistrahloszillograph; Eingriff durch kurzzeitige Drehzahländerung der Maschine


• 
  Spannungsgleichheit – Kontrolle z. B. über zwei Voltmeter; Eingriff über Änderung des Erregerstroms der Maschine

Sollten diese Bedingungen nicht eingehalten werden, kommt es je nach Höhe der Differenz zu mehr oder weniger großen Momenten, da die Maschine versucht, sich in den synchronen Lauf zu ziehen. Diese Momente wirken auf Maschine und Maschinenfundament und können zu Schäden oder sogar zur Zerstörung führen.

In modernen Anlagen wird nicht mehr von Hand synchronisiert. Diese Aufgabe wird z. B. in Kraftwerken von Leittechnik übernommen und bedarf, außer der Auslösung, keines menschlichen Eingriffs.^[3]

Informatik |

In der Informatik bezeichnet Synchronisation:

• die Prozesssynchronisation, Verfahren, die den gemeinsamen Zugriff von Prozessen auf geteilte Ressourcen regeln. Die Prozesssynchronisation stellt sicher, dass Ressourcen effizient zugeteilt werden und Daten in konsistentem Zustand bleiben. Vergleiche auch Parallelisierung und Sequentialisierung.


• das Angleichen von Echtzeituhren in getrennten Systemen.


• die kausale Sortierung von Ereignissen mittels Zeitstempeln. Diese Sortierung stellt sicher, dass die logische Abfolge von Ereignissen gewahrt bleibt. Siehe auch Logische Uhr.


• das Abgleichen von Daten in einem verteilten System, siehe Replikation. Man unterscheidet unidirektionale Synchronisation, bei der die Daten eines Teilsystems bevorzugt behandelt werden, von bidirektionaler Synchronisation, bei der die Daten aller Teilsysteme gleichwertig sind. Programme zur Synchronisation von Dateien sind z. B. rsync und Unison. Im Bereich der mobilen Datentechnik versteht man darunter die Synchronisation des Standes von Adressbüchern und Terminen auf verschiedenen mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets untereinander und mit Desktop-PCs.


• Das Schreiben des Cache-Speichers auf einen Datenträger oder Wechseldatenträger vor dessen Trennung vom Computer.^[4]
  


• Beim differentiellen Synchronisieren werden nur Änderungen (neue, entfernte, veränderte) zwischen den Quellen aktualisiert. Differentielles Synchronisieren gilt als sparsam und wird vor allem bei großen Datenmengen empfohlen (Vgl. Änderung: 1 MB zu Tabelle: 100 MB). Voraussetzung: die Quellen müssen partiell synchron oder synchron sein.

Dynamisches System |

Eine Wechselwirkung von zwei oder mehr dynamischen Systemen kann durch Kopplung ihrer Differentialgleichungen erzeugt werden. Wenn diese Kopplung stark genug ist, lassen sich zwei chaotische Systeme synchronisieren.

Fahrzeugtechnik |

Getriebesychronisation |

In der Getriebetechnik versteht man unter dem Begriff Synchronisierung das Angleichen der Drehzahlen von Schaltmuffe und Gangrad. Ein Gangwechsel kann nur stattfinden, wenn das in Eingriff zu bringende Losrad des zu schaltenden Ganges und die Welle, auf der dieses Losrad sitzt, die gleiche Drehzahl haben, damit ein Formschluss erreicht werden kann (in der Regel mit ineinander greifenden Klauen). Meist geschieht diese Angleichung heute durch Reibung zwischen einem konischen Synchronring, der über einen Synchronkörper mit der Welle gekoppelt ist, und einem Konus auf dem Gangrad, solange sich Welle und Gangrad unterschiedlich schnell drehen. Das entstehende Reibmoment verdreht den Synchronring um ca. die halbe Teilung der Schaltverzahnung so lange, bis Welle und Gangrad die gleiche Drehzahl aufweisen.

Ist die Synchronisierung (per Reibschluss bzw. Bremsen oder Beschleunigen der ab Kupplungsscheibe im ausgekuppelten Zustand lose mitlaufenden Eingangswelle auf die Drehzahl des Gangrades) abgeschlossen, kann leicht und geräuschlos geschaltet werden. Wird nicht synchronisiert, „knallen“ die Massenträgheitsmomente des zu langsam oder zu schnell laufenden Losewellenteils in die Klauen, was zu stark erhöhtem Verschleiß der Klauen oder einem Schaden führen kann. Synchronringe sind Verschleißteile; in aller Regel verschleißt der Synchronring des zweiten Gangs zuerst, da er am häufigsten verwendet wird. Sehr alte Fahrzeuge, die keine Synchronringe haben (unsynchronisiertes Getriebe) oder in einem Teil der Gänge keine Synchronisierung (teilsynchronisiertes Getriebe), erfordern das sorgsame Fahren mit Zwischenkuppeln beim Hoch- und Zwischengas beim Herunterschalten, bei dem im Leerlauf des Getriebes kurz wieder eingekuppelt wird, um die Geschwindigkeit an der leer mitlaufende Welle ungefähr an die des Verbindungspartners anzupassen, dessen Drehzahl durch die Fahrgeschwindigkeit und die gewählte Gangübersetzung festgelegt ist.^[5]

Vergasersynchronisation |

Werden Motoren von mehreren Vergasern parallel mit Benzin-Luft-Gemisch versorgt, so müssen die Vergaser zueinander synchronisiert werden. Betätigt werden die Vergaser über Bowdenzüge oder ein Gestänge. Ungleiches Spiel in den Zügen oder im Gestänge führen aber dazu, dass die Drosselklappen im Leerlauf ungleich weit geöffnet sind oder beim Gasgeben nicht gleich weit öffnen. Das wiederum führt zu einer unterschiedlichen Füllung in den Zylindern. In der Folge ergeben sind unterschiedliche Arbeitsdrücke in den Zylindern, der Motor erreicht nicht die Maximalleistung, hat schlechte Abgaswerte und eventuell unerwünschte Vibrationen.

Für eine Vergasersynchronisation werden mehrere Unterdruckmessgeräte verwendet, mindestens zwei zum Vergleichen, im Idealfall jedoch so viele Unterdruckmessuhren wie Vergasersysteme vorhanden sind: bei Motorrädern bis zu sechs, z. B. Honda CB 1000, bei Sportwagenmotoren teils noch mehr (alte Rennmotoren von Ferrari etc.). An den Vergasern selbst oder an den Ansaugrohrbrücken befinden sich pro Zylinder oder pro Vergasersystem einzelne meist mit Schrauben verschlossene Anschlussbohrungen, an die die Unterdruckmessgeräte mittels Schraubanschlüssen und Schläuchen angeschlossen werden. Zunächst werden alle Leerlauf-Saugverhältnisse angeglichen (gleiche Unterdruckverhältnisse durch Verstellen der einzelnen Drossel-Anschläge), danach wird das gleichmäßige Abheben aller Drosselelemente beim Gasgeben eingestellt oder kontrolliert. Bei korrekter Einstellung werden alle Zylinder gleichmäßig mit Kraftstoff-Luftgemisch versorgt, sowohl im Leerlauf als auch in allen Lastzuständen.

In extremen Fällen (mehrere Registervergaser) sollen nicht nur die „kleinen“ Systeme synchron zueinander arbeiten (die Vergaser-Teilsysteme für Leerlauf und kleine Last), sondern auch die nachgeschaltet öffnenden „großen Rohre“ für hohe Lasten (z. B. bei Mercedes 230-6/8, 250/8, BMW 2500, BMW 2800 und ähnlichen Fahrzeugen).

Voraussetzung für eine gute Vergaser-Synchronisation ist ein mechanisch auf allen Zylindern gleich gut laufender Motor: Kompressionswerte der einzelnen Zylinder innerhalb der Toleranzgrenzen, Ventile gut eingestellt, Zündungseinstellung in Ordnung, Zündkerzen in Ordnung, und auch die Vergaser allesamt mit gleichen Düsenelementen ausgerüstet (im Fall von defekten, zu restaurierenden Fahrzeugen ein nicht seltener Fehler, dass ungleich bedüste Vergaser eingebaut sind.) Nach einigen 100 km kann das Zündkerzenbild (Färbung des Isolators) Aufschluss geben über Ungleichheiten oder einen „schlechten“ Zylinder (zu hellgrau: Zylinder läuft zu mager bzw. bekommt zu wenig Benzin; dunkle Farbe Richtung schwarz: Zylinder läuft „zu fett“, mit zu viel Kraftstoff).

Geübte Fahrer von BMW-Zweizylinder-Motorrädern schaffen es teils, die zwei Vergaser ohne Unterdruckmessgeräte nur unter Beobachtung mechanischer Schwingungen sauber zu synchronisieren: per Minimierung der Spiegel-Vibrationen am Lenker.

Die Vorgehensweise bei Fahrzeugmotoren unterscheidet sich von der Vorgehensweise bei Flugzeugmotoren. Bei Fahrzeugmotoren schließt die Rückholfeder den Vergaser, bei Flugzeugmotoren öffnet die Rückholfeder den Vergaser. Dem Piloten steht somit auch bei gerissenem Bowdenzug Leistung zur Verfügung.

Typische Unterdruckwerte im Ansaugsystem von Ottomotoren, die in PKWs, Motorrädern oder Flugzeugen Verwendung finden, liegen zwischen 0,15 bar und 0,4 bar. Je höher die Literleistung eines Motors, umso geringer ist der Unterdruck im Ansaugsystem.

Die maximale Unterdruckabweichung der Vergaser untereinander sollte nicht mehr als 1/100 bar betragen.
Somit werden sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Manometer gestellt. Kapselfeder-Manometer mit Nullpunkt-Verstellung erfüllen diese Forderung.

Fotografie |

Siehe auch |

 Wiktionary: synchronisieren – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Weblinks |

• Danny Kringiel: Berühmte Synchronstimmen – Guck mal, wer da spricht! In: einestages vom 26. November 2013


• 
  Arten der Synchronisation (abgerufen am 29. September 2017)


• 
  Verteilte Systeme 5. Synchronisation (abgerufen am 29. September 2017)


• 
  Synchronisation von netzgekoppelten Windenergieanlagen in einem Windpark (abgerufen am 29. September 2017)


• 
  Synchronisation von Nachricht und Werbung (abgerufen am 29. September 2017)

Einzelnachweise |

1. 
   ↑ Lisa Müller: Die Synchronisation von Filmen. Diplomica Verlag GmbH, Hamburg 2014, ISBN 978-3-95850-748-7.
   


2. 
   ↑ Lorenz Althen: Synchronisation in Film und Gesellschaft. 1. Auflage, Grin Verlag, Norderstedt 2006, ISBN 978-3-640-49600-6.
   


3. 
   ↑ Hartmut Mrugowsky: Drehstrommaschinen im Inselbetrieb. Modellbildung - Parametrierung - Simulation, 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2015, ISBN 978-3-658-08989-4.
   


4. 
   ↑ Erhard Rahm: Mehrrechner-Datenbanksysteme. Grundlagen der verteilten und parallelen Datenverarbeitung, Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1987, ISBN 978-3-540-50348-4, S. 40–50.
   


5. 
   ↑ Daniel Kuncz: Schaltzeitverkürzung im schweren Nutzfahrzeug mittels Synchronisation durch eine induzierte Antriebsstrangschwingung. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-18130-7.