Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes


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Inhalt: Gekreuzte Zylinderlinsen

Text und Abbildungen: Frank Hermann

Eine zweite Anwendung von Zylinderlinsen ergibt sich bei Sektorenleitfeuern, die nach dem Projektionsprinzip arbeiten.

Der Abstand zwischen der Projektionslinse und den Farbscheiben eines Projektors ist bei den Anwendungen im Schifffahrtszeichenwesen gleich der Brennweite der Projektionslinse.

Bei einem vorhandenen Sektorenleitfeuer lässt sich durch Verschieben der Farbscheiben die Größe der Sektoren in gewissen Grenzen verändern. Diese Möglichkeit wird beim "Einfahren von Feuern" (Justieren der Sektoren zum Fahrwasser hin unter Beobachtung von See aus) verwendet.

Um bei der Planung von Sektorenleitfeuern mehr Spielraum für die Wahl der Sektorgrößen zu haben, ist jedoch die Brennweite des Projektionsobjektives der Aufgabe entsprechend anzupassen.

Bild 1 zeigt die Wirkung, wenn die Brennweite der Projektionslinse geändert wird: Bei gleichem Bildfenster verändert sich die dargestellte Sektorgröße umgekehrt proportional zur Brennweite. Wird die Brennweite z.B. halbiert, so wird der Sektor doppelt so groß.
 
Bild 1
Bild 1: Wirkung unterschiedlicher Brennweiten
 
Die Lichtstärke des Projektors ist ebenfalls von der Brennweite abhängig - und zwar vom Quadrat der Brennweite. Wenn die Brennweite groß und damit die Sektoren klein gemacht werden können, ist diese Abhängigkeit natürlich von Vorteil: Verdoppelt man die Brennweite z.B. von 0,5 auf 1 Meter, vervierfacht sich die abgestrahlte Lichtstärke.

Soll das Sektorenleitfeuer im Horizont einen großen Sektor aufspannen, werden die erreichten Lichtstärken sehr klein: Bei Halbierung der Brennweite verdoppelt sich zwar der aufgespannte Winkel, das Feuer hat aber dann nur noch ein Viertel der ursprünglichen Lichtstärke.

Betrachtet man die geometrischen Verhältnisse, so erkennt man, dass durch die kleine Brennweite nicht nur der horizontale Winkel sondern auch der vertikale Abstrahlwinkel größer werden. Dies hat zur Folge, dass viel Licht unnütz aufs Wasser oder in den Himmel abgestrahlt wird (Bild 2: Die blass dargestellte Projektion ist nautisch nicht wirksam.).
 
Bild 2
Bild 2: Darstellung der von der Schifffahrt nutzbaren Sektoren 
 
Um den horizontalen und vertikalen Abstrahlwinkel bei gleichem Bildfenster unabhängig voneinander wählen zu können, ist es notwendig für die horizontale und vertikale Ebenen unterschiedliche Brennweiten zu realisieren. Dies lässt sich durch gekreuzte Zylinderlinsen erreichen.

Damit der vertikale Winkel klein wird, setzt man eine vertikal bündelnde Zylinderlinse mit großer Brennweite ein (Bild 3). Für die horizontale Ausdehnung der Sektoren wird dann eine horizontal bündelnde Linse mit kleiner Brennweite verwendet. Die Bündelung der vertikalen und der horizontalen Strahlen durch die beiden hintereinander gestellten Zylinderlinsen kann dabei in erster Näherung getrennt berechnet werden.
 
Bild 3
Bild 3: Unterschiedliche Brennweiten für horizontalen und vertikalen Schnitt
 
Durch geschickte Wahl der Brennweiten wird das vom Projektor abgestrahlte Licht optimal an die Fahrwasserverhältnisse angepasst (Bild 4). Bei Veränderung der Brennweite für die horizontale Bündelung ändert sich die Lichtstärke jetzt nicht mehr in Abhängigkeit vom Quadrat der Brennweite sondern nur noch proportional zu ihr, sodass sich höhere Lichtstärken ergeben.
 
Bild 4
Bild 4: Anpassung der horizontalen Abstrahlung ohne Veränderung des vertikalen Sektors
 
Das dargestellte Prinzip der gekreuzten Zylinderlinsen für Sektorenleitfeuer ist keine Entwicklung aus dem Schifffahrtszeichenwesen, sondern von dem so genannten Breitwand-Filmverfahren für die Kinoprojektion übernommen worden.

Auf dem Markt erhältlich sind nicht nur Sektorenleitfeuer, bei denen die Projektionslinse durch gekreuzte Zylinderlinsen dargestellt wird, sondern auch Feuer, bei denen das Beleuchtungssystem (Linsen zwischen Lampe und Bildfenster) durch eine solche Anordnung erfolgt.