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Inhalt: Gürtellinsen

Text und Abbildungen: Frank Hermann

Gürtellinsen sind die zweite große Anwendung des Fresnelprinzips für leuchtfeuertechnische Anlagen. Ihre Form wird durch Drehen des Fresnelprofils zu einer Achse senkrecht durch den Lampenmittelpunkt erzeugt (Bild 1). Die Strahlablenkung erfolgt dadurch nur in die Horizontale.

Bild 1
Bild 1: Aufbau einer Fresnel-Gürtellinse

Umfasst die Linse die Lampe vollständig (Drehung um 360°), so wird gebündeltes Licht in die gesamte Ebene abgestrahlt. In diesem Fall spricht man auch von Rundumleuchten (Bild 2).

Bild 2
Bild 2: Lichtaustritt bei einer Gürtellinse

Eine solche Abstrahlcharakteristik ist z.B. auch für Seelaternen auf Tonnen (Bojen) interessant. Sie dienten in ihrer ursprünglichen Form nur zur Markierung von speziellen Positionen. Das Licht der Gürtellinsen ist aus allen Richtungen gleich hell sichtbar.

Bei festen Feuern kann man auf den Linsenteil, der zum Landesinnern zeigt, verzichten. Das Fresnelprofil muss daher nicht immer vollständig ausgebildet sein, sodass die in Bild 1 dargestellte Teiloptik durchaus Verwendung finden kann.

Bei Laternen für Leuchttonnen sind die Linsen in der Regel sehr klein (Durchmesser 10 bis 30 cm). Die total reflektierenden Prismen behindern dann durch ihre Bauform den freien Zugang zur Lichtquelle, z.B. für einen Lampenwechsel. Aus diesem Grund verwendet man bei Linsen für Seelaternen in der Regel nur die brechenden Fresnelringe (Bild 3).

Bild 3
Bild 3: Typische Linse für Seelaternen

Bei der Gestaltung von Leuchtfeuern mit Gürtellinsen bestand der Wunsch, der Schifffahrt neben der Feuerposition auch die Richtung, in dem das Schiff zum Feuer steht, mitzuteilen. Das horizontal abgestrahlte Licht wird dazu in verschiedene Sektoren unterteilt. Eine von außen sichtbare Unterscheidung dieser Sektoren kann dabei auf zwei Arten erfolgen. Zum einen durch unterschiedliche Taktungen oder durch Farben.

Zur Unterscheidung von Sektoren durch Taktung kann man die so genannten Otterblenden verwenden. Dies sind drehbare Blenden, die vor die Linse gesetzt werden. Durch Drehung um jeweils 90° wird der Lichtweg freigeschaltet bzw. geschlossen (Bild 4).

Bild 4
Bild 4: Gürtellinse mit Otterblenden

Da jede Otterblende einzeln steuerbar ist, kann man beliebige Sektoren bilden, für die jeweils eine charakteristische Taktung gewählt wird. Der Schiffsführer ermittelt aus der Taktung des für ihn sichtbaren Lichtes den Sektor, in dem sich das Schiff befindet (Sektor und zugehörige Taktung sind in den Seekarten eingetragen).

Die Verwendung von Otterblenden versucht man heute zu vermeiden. Die Blenden sind wegen der Höhe der Optiken sehr groß und müssen äußerst schnell in die beiden Endstellungen bewegt werden: Es entstehen hohe Beschleunigungskräfte bzw. Drehmomente. Obwohl für die Mechanik und die Ansteuerung der Otterblenden ausgeklügelte Konzepte entwickelt und realisiert worden sind, ergeben sich doch auch bei optimierten Systemen nach heutigem Verständnis zu kurze Wartungsintervalle.

Aus diesem Grunde verwendet die WSV nun fast ausschließlich die Markierung durch Farbsektoren. Durch die Anordnung von Farbfiltern vor der Linse entstehen recht scharf begrenzte Sektoren mit unterschiedlicher Farbe (Bild 5, Weiß zur Verdeutlichung als Gelb dargestellt). Auch diese Farben sind in den Seekarten eingezeichnet. 

Bild 5
Bild 5: Gürtellinse mit Farbsektoren

Die Sektoren werden dabei umso schärfer je weiter die Farbfilter von der Gürtellinse entfernt sind. Bei großen Leuchtfeuern auf Türmen bringt man die Filterscheiben daher unmittelbar hinter der Außenverglasung des Laternenhauses an. Besteht das Feuer aus einer kompakten Laterne in einem wetterfesten Gehäuse so werden die Filterscheiben häufig außen an der Brüstung bzw. am Geländer eingebaut.

Auch bei Verwendung von Farbsektoren ist man bemüht eine getaktete Lichterscheinung einzusetzen. Wegen der Vielzahl der Lichter in einigen Küstenbereichen wäre es häufig nicht immer einfach Leuchtfeuer von sonstigen Lichtern zu unterscheiden.

Im einfachsten Fall erzeugt man die Kennung durch ständiges Ein- und Ausschalten von Glühlampen. Dies verursacht jedoch insbesondere bei großen Lampenleistungen einige technische Probleme.

Um die Optiken vollständig auszuleuchten, müssen die Lampenwendel sehr groß sein. In den Anfängen der Umstellung von brennbare auf elektrische Lichtquellen hat die lichttechnische Industrie tatsächlich spezielle Glühlampen für Leuchtfeuer hergestellt. Nach heutigen Kalkulationen ist die Herstellung dieser Lampen nicht mehr wirtschaftlich, sodass die Fertigung nach und nach eingestellt wurde.

Als Alternative kann man Halogenglühlampen verwenden. Diese haben den Vorteil, dass sie bei gleicher Leistung mehr Licht abgeben und mindestens doppelt so lange betrieben werden können wie "normale" Glühlampen.

Für große Optiken haben die meisten Halogenglühlampen aber entscheidende Nachteile. Zum einen sind die Wendel in der Regel sehr klein, sodass die Linsen nicht mehr richtig ausgeleuchtet werden. Bei hohen Leistungen glühen die Lampen nach dem Einschalten sehr langsam an und aus, die Kennung wird dadurch undeutlich. Der extrem hohe Einschaltstrom stellt ein Problem für die Energieversorgung und die Kontakte zwischen Fassung und Lampensockel dar.

Aus diesen Gründen hat man viele Feuer mit einem völlig anderen Lampentyp ausgerüstet: den Halogenmetalldampflampen. Dabei handelt es sich um Entladungslampen, bei denen das Licht durch eine Bogenentladung und das Aufleuchten gasförmiger Stoffe erzeugt wird. Solche Lampen werden in hohen Stückzahlen zur Beleuchtung von großen Gebäuden (innen und außen) und zur Straßenbeleuchtung verwendet. Es handelt sich daher um Standardlampen aus der Beleuchtungstechnik. Die elektrischen Betriebsmittel sind wie bei Leuchtstofflampen noch recht einfach.

Halogenmetalldampflampen haben auch den Vorteil, dass sie bei gleicher Leistung gegenüber Glühlampen ca. die vierfache Lichtmenge abgeben. In der Regel besitzen sie einen recht großen Leuchtkörper, sodass die Linsen gut ausgeleuchtet werden. Auch ist ihre Lebensdauer nochmals um Faktoren höher als bei Halogenglühlampen.

Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch, dass diese Lampen zur Erzeugung einer Taktung nicht ständig ein- und ausgeschaltet werden können. Halogenmetalldampflampen müssen nach einem längeren Einschaltvorgang, der mehrere Minuten dauern kann, ständig fest brennen.

Da sie aber für den Einsatz in großen Leuchtfeuern sehr attraktiv sind, muss man bei Gürtellinsen die Taktung auf mechanischem Weg erzeugen. Weil Otternblenden sowohl konstruktiv als auch in der Wartung viel zu aufwändig sind, verwendet man mittlerweile nur noch so genannte Umlaufblenden. Hierbei laufen eine oder mehrere lichtundurchlässige Platten (Blende) um die Gürtellinse herum (Bild 6). Das Licht verschwindet für eine bestimmte Richtung kurzzeitig. Es entsteht eine Kennung, mit der das Feuer von See aus eindeutig identifiziert werden kann. Die gleichmäßige Bewegung der Blenden ist mechanisch sehr einfach zu realisieren und die Antriebe haben lange Wartungsintervalle.

Bild 6
Bild 6: Gürtellinse mit Umlaufblenden

Halogenmetalldampflampen haben sich auch in großen Drehlinsensystemen bewährt. Gürtellinsen mit Umlaufblenden besitzen den Vorteil, dass die Hellzeit der Lichterscheinung größer gewählt werden kann als die Dunkelzeit. Die Probleme der kurzen Blitze eines Drehfeuers existieren hier nicht.

Die Lichterscheinung bei einem Feuer mit Gürtellinse, Farbsektoren und Umlaufblende ist in Bild 7 dargestellt. Das abgestrahlte Licht wird fächerförmig über den Horizont verteilt. Während bei einem Drehlinsenfeuer ein Lichtkegel umläuft, wandert hier der Schatten der Umlaufblende um das Feuer herum.

Bild 7
Bild 7: Lichterscheinung eines Feuers mit Umlaufblende


Bildnachweis: FVT