15.09.2003
Donnerstag, 18.September 2003, 20 Uhr
Im Mittelpunkt dieser 129. Ausgabe des „Bremer Tagebuchs“ stehen Sonare für die weltweite Schifffahrt - Gestern, heute und morgen ! Eingeladen wurde Prof. Dipl.-Ing. Manfred Siegel von der ATLAS ELEKTRONIK GmbH in Bremen. Manfred Siegel ist Diplomingenieur für Nachrichtentechnik und forscht seit über 30 Jahren im Bereich der Hydro-Akustik.
So wie Radargeräte zur Überwachung des Land-, Luft- und Seeverkehrs, also oberhalb der Wasseroberfläche eingesetzt werden, dienen Sonargeräte zur Überwachung des Raumes unterhalb der Wasseroberfläche. Von großer Bedeutung sind Radare und Sonare u.a. für die Sicherheit in der Seeschifffahrt. Ohne diese Geräte können Fährschiffe zum Beispiel in den engen Schärenrevieren zwischen Helsinki und Stockholm nicht sicher bei jedem Wetter navigieren.
Wenn man das eigene Schiff stoppt und das Ende eines langen Rohres ins Wasser taucht, kann man am oberen Rohrende andere Schiffe über große Distanzen hören, schrieb Leonardo da Vinci um 1490 in sein Notizbuch. Damit wird zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit belegt, dass sich Schall auch unter der Wasseroberfläche ausbreitet.
In den folgenden Jahrhunderten wird der Schall erforscht. Zum Beispiel wird schon im Jahre 1740 festgestellt, dass die Schallgeschwindigkeit mit der Lufttemperatur ansteigt. Aber die ersten ernsthaften Untersuchungen zur Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten beginnen erst im November des Jahres 1826. Der Schweizer Physiker Daniel Colladon und der französische Mathematiker Charles Sturm messen auf dem Genfer See eine Schallgeschwindigkeit im Wasser von 1435 m/s bei einer Wassertemperatur von 8,1 °Celsius. Gemessen an den heute geltenden Standardwerten überrascht dieses Ergebnis durch seine Genauigkeit.
Um 1880 entdecken die Brüder Curie die piezoelektrische Wirkung spezieller Kristalle, d.h. durch Anlegen einer Wechselspannung an Piezokeramiken ist es möglich, mechanische Verformungen eines Kristalls, d.h. Schall der gleichen Frequenz, zu erzeugen. Die Bedeutung dieser Entdeckung liegt darin, dass sie eine wichtige Voraussetzung für die Umwandlung von elektrischer in akustischer Energie und umgekehrt darstellt.
Um 1900 wusste man, was mit Schall technisch machbar war, und die Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen gehörte bereits zum Stand der Technik. Immerhin gab es um 1910 ein einfaches Navigation-Ranging-System, das durch die gleichzeitige Beschallung des Luftraums über dem Meeresspiegel und des Wasservolumens unter dem Meeresspiegel erfolgreich arbeitete. Dabei wurde über dem Meeresspiegel ein dampfbetriebenes Nebelhorn und unter dem Meeresspiegel eine elektrisch bzw. pneumatisch betriebene Wasserglocke eingesetzt.
Aus der Differenz der Laufzeit der Luft- und Wasserschallsignale konnten die Schiffe bei entsprechender Empfangsausstattung die Entfernung zur sendenden Küstenstation oder zum sendenden Feuerschiff hinreichend genau berechnen.
Vorangetrieben wurde die Entwicklung durch den Untergang der Titanic im Jahre 1912 und durch den 1. Weltkrieg. Die Titanic wäre sicherlich nicht mit einem Eisberg kollidiert, wenn sie Sonare oder Radare an Bord gehabt hätte. Aber die ersten Vorschläge für die Luft- und Wasserschallortung von Eisbergen gab es erst nach dem Unglück und die ersten Schallmessverfahren unter der Wasseroberfläche, die heute Sonarverfahren genannt werden, wurden im 1. Weltkrieg versuchsweise eingesetzt. Die Reichweiten der damaligen aktiven Systeme betrugen ca. 1500 Meter, also knapp eine Seemeile.
Um 1920 gab es an schwierigen Passagen in der Ost- und Nordsee etwa 25 bis 30 Unterwasserschall-Stationen, deren Signale schon eine Reichweite von ca. fünf Seemeilen erreichten. Weltweit waren seinerzeit ca. 3500 Seeschiffe mit entsprechenden Empfangsanlagen ausgestattet. Die hohe Betriebssicherheit, die Wirtschaftlichkeit und die Akzeptanz bei den Seeleuten sorgten dafür, dass der letzte Unterwasserschallsender erst 1959 auf dem Feuerschiff Elbe 1 abgeschaltet wurde.
Bekanntlich erzeugt jedes Schiff durch seine Motoren, Getriebe, Lüfter, Pumpen, Hilfsmaschinen, Wasserbewegungen in der Bug- und Heckwelle usw. Geräusche, die ins Wasser abgestrahlt werden. Diese Signale haben je nach Entstehungsort an Bord bei verschiedenen Frequenzen unterschiedliche Pegel, d.h. sie können sehr hoch und sehr niedrig sein. Beim Empfänger der Signalwellen - zum Beispiel bei einem U-Boot - können die Richtungen der einfallenden Signalwellenfronten, d.h. die Richtung, in der sich die Schallquelle befindet, auch über große Entfernungen geschätzt werden.
Auf diesem Prinzip, das bereits 1915 erkannt wurde, basieren die ersten passiven Sonarsysteme. Es handelt sich dabei um sog. Stethoskop-Systeme, deren Wirkung und Anwendung mit den heutigen Stethoskopen der Ärzte vergleichbar sind. Auf einem luftgefüllten rohrförmigen Balken, der gedreht werden konnte, waren mehrere Gummibälle angebracht, deren Luftvolumen durch den im Wasser herrschenden Druck im Schallfeld komprimiert und expandiert wurde.
Diese Luftdruckschwankungen setzten sich im Rohrsystem fort und konnten von dem Sonarbediener über die beiden "Ohrstöpsel" abgehört werden. Auf diese Weise wurde das Schallfeld abgetastet. Heute geschieht das Ausrichten auf die Einfallsrichtung der zu empfangenden Schallwellenfronten elektronisch. Eingesetzt werden passive Sonare fast ausschließlich auf Marineschiffen.
Die ersten aktiven Sonare sind Geräte, die ihre Schallwellen senkrecht nach unten abstrahlten und die Echos lotrecht vom Boden erhielten. Um 1923 hat Alexander Behm eines der ersten Echolote konstruiert und erfolgreich vertrieben. Etwa zeitgleich kam das Atlas-Lot aus Bremen auf den Markt: Das Atlas-Lot war weltweit das erste elektronische Echolot. Heutige Echolote auf Forschungsschiffen sind häufig mit hydrographischen und elektronischen Komponenten zu Großsystemen verbunden. Sie können im Mehrkanal- und Mehrfrequenzbetrieb eingesetzt werden.
Das Bremer Unternehmen ATLAS ELEKTRONIK hat bis heute bedeutenden Anteil an der Entwicklung der Sonare. Seit der Firmengründung vor 101 Jahren wird bei ATLAS ELEKTRONIK auf dem Gebiet der Wasserschalltechnik geforscht, entwickelt und produziert, so dass die weltweite Marktposition, der Erfolg und der technische Fortschritt in der Sonartechnik zum Teil auf eigenen Patenten beruht.
In Zusammenarbeit mit der ATLAS ELEKTRONIK GmbH, seit August 2003 eine 100prozentige Tochtergesellschaft von BAE SYSTEMS, und der Wittheit zu Bremen veranstaltet das "Bremer Tagebuch" erstmals öffentlich einen Film- und Vortragsabend über Sonare für die weltweite Schifffahrt. Eingeladen wurde Prof. Dipl.-Ing. Manfred Siegel, der so freundlich war, ein Booklet über seine PowerPoint-Präsentation für interessierte Besucher der Veranstaltung zu verfassen. Selbstverständlich ist Manfred Siegel gern bereit, Fragen zu beantworten.
Sonare für die weltweite Schifffahrt - Gestern, heute, morgen!
Eine PowerPoint-Präsentation von Manfred Siegel
Alle Interessierten sind herzlich eingeladen. Das Programm dauert ca. 60 Minuten.
Der Eintritt ist frei. Platzreservierungen sind unter Telefon 361-3503 erforderlich.
Weitere Informationen über Sonare erteilt Manfred Siegel unter Tel. 0421-4572690 oder siegel.m@atlas.de.
Weitere Informationen über das Winterprogramm des "Bremer Tagebuchs" sind zu finden unter www.wittheit.de.