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Inhalt: Modernisierung der leuchtfeuertechnischen Einrichtung des großen Leuchtturms Borkum (WSA Emden)

Text: F. Hermann / Fotos: K. Mantoan, C. Urmetzer, F.Hermann

Für die leuchtfeuertechnische Einrichtung des Großen Leuchtturms auf Borkum wurden technische Änderungen notwendig. Der wesentliche Grund hierfür war, dass die bislang eingesetzte Seezeichenglühlampe 110 V / 1500 W nicht mehr beschafft und das Feuer nur noch mit Restbeständen an Lampen für einen begrenzten Zeitraum weiterbetrieben werden konnte.

Bild 01
Bild 1: Großer Leuchtturm Borkum: Ansicht vor der umfassenden Turm-Renovierung.

Des weiteren war eine Überarbeitung der Steuerung und Fernwirkeinrichtung für das Feuer notwendig geworden.

Das WSA Emden beauftragte die FVT mit der Ausarbeitung von Lampenalternativen und der Lieferung entsprechender Einrichtungen.

Die vorhandene optische Einrichtung ist in der vorliegenden Form einzigartig und besteht aus 3 x 2 Scheinwerferfeldern. Ein Scheinwerferfeld besteht aus einem konzentrischen Diopter und einem exzentrischen Zusatzdiopter.

Bild 02
Bild 2: Skizze der Optik des Großen Leuchtturm Borkum in Aufsicht.


Festlegung des Lampentyps:

Für die Auswahl eines neuen Lampentypes sind zwei wesentliche Kriterien zu nennen:

Damit sind eine sichere Beschaffbarkeit sowie minimaler Wartungsaufwand gewährleistet. Um den Aufwand und die Kosten für die Umrüstung gering zu halten, wurden Änderungen an der Optik ausgeschlossen.

Standardmäßig werden in der WSV bei vergleichbaren Feuern mit Drehlinsen heute so genannte Halogen- Metalldampflampen verwendet.

Im vorliegenden Fall wurden drei verschiedene Lampen lichttechnisch im Lichtlabor der FVT untersucht.

Bild 03
Bild 3: Die alte Seezeichenglühlampe im Ensemble mit den getesteten Alternativlampen.

Während die Lampen a) und c) schon an einigen Leuchtfeuern zur Anwendung kommen, wurde der Typ b) bislang nicht eingesetzt. Durch den großen mattierten Außenkolben des Lampentyps b) wird die Optik sehr gleichmäßig ausgeleuchtet und entspricht damit eher den Verhältnissen, wie sie bei der Entwicklung des großen Linsensystems ursprünglich vorlagen.

Um die Vorzugslampe zu bestimmen, wurden im FVT-Lichtlabor die Lampen mit einer Referenzoptik der Brennweite f=920 mm vermessen. Die Referenzoptik der FVT besitzt jedoch nur den konzentrischen Teil - nicht den exzentrischen Diopter.

Der Beitrag zur Lichtstärke des exzentrischen Diopters konnte aus den Messwerten rechnerisch ermittelt werden.


Gemessene Lichtstärkeverteilungen:

Aus der gemessenen Lichtstärkeverteilung und der bekannten Umlaufgeschwindigkeit des Drehfeuers kann der zeitliche Verlauf des sichtbaren Lichtblitzes und die für die Bestimmung der Tragweite benötigte effektive Lichtstärke bestimmt werden.

Die Ergebnisse der Messungen sind in den nachstehenden Abbildungen dargestellt.

Bilder 4 bis 6 (Verteilungskurven):

Bild 04
Bild 4: Zeitverlauf des Blitzes mit 400 W Lampe

Bild 05
Bild 5: Zeitverlauf des Blitzes mit 2000 W Lampe

Bild 06
Bild 6: Zeitverlauf des Blitzes mit Ellipsoid-Lampe

Aus den Messwerten ergeben sich die nachstehenden Eckdaten:

Lampe effektive Lichtstärke
in cd
Blitzdauer
in s
Berücksichtigte Optik
400 W, klar 577 000 0,07 k
2000 W, klar 924 000 0,09 k
400 W, Ellipsoid, matt 90 108 0,62  
alte Ausrüstung
Glühlampe 110V/1500W
817 000 0,14 k + e

k: konzentrischer Diopter, e: exzentrischer Diopter

Die Ellipsoid-Lampe 400 W erzeugt zwar eine sehr lange Lichterscheinung von 0,62 s, die dabei erreichte Lichtstärke beträgt jedoch nur 1/10 des bislang vorhandenen Wertes. Sie kann daher nicht verwendet werden.

Beim Vergleich der beiden anderen Lampen ist zu berücksichtigen, dass die Labormessungen nur den konzentrischen Diopter erfassen. Flächenmäßig sind konzentrischer und exzentrischer Diopter in etwa gleich, sodass man für beide in erster Näherung eine gleiche Lichtbündelung annehmen kann. Die beiden Lichtstärkeanteile wären dann gleich und die Lichtstärke würde sich verdoppeln.

Wegen der starken Prismenwirkung (Reflexion und Farbzerlegung) muss dem exzentrischen Diopter aber ein geringerer Wirkungsgrad zugestanden werden. Unter der realistischen Annahme, dass der exzentrische Diopter die halbe Lichtstärke des konzentrischen besitzt, ergibt sich eine Abschätzung für die mit der klaren 400W-Lampe erreichten effektiven Lichtstärke:

Ieff = ( 1 + 0,5 ) * 577 000 cd = 865 500 cd.

Damit werden die Werte der bisher verwendeten Glühlampe sicher überschritten. Die Blitzdauer wird halbiert.

Die Verwendung der untersuchten 2000 W-Lampe bringt keine weiteren Vorteile. Trotz 5-facher Leistung ergibt sich nur eine 60% höhere horizontale Lichtstärke. Die Ursache liegt in der breiteren vertikalen Lichtstreuung von über 7° im Vergleich zur 400 W-Lampe (2°). Die Blitzdauer wird ebenfalls nur geringfügig länger. Da der betriebliche Aufwand für die 2000 W-Lampe wesentlich größer ist (400 V-Stromversorgung, höhere Belastung von Leitungen und Kontakten) wurde die klare 400W-Lampe ausgewählt.


Lampenwechselvorrichtung und Vorschaltgeräte:

Für den Betrieb der 400 W-Halogen-Metalldampflampe ist eine Lampenwechselvorrichtung mit integrierten Vorschaltgeräten erforderlich. Die Wechselvorrichtung fährt die verbrauchte Lampe (bei Defekt oder Überschreiten der Nennlebensdauer) aus dem Brennpunkt der Optik und die Reservelampe in den Brennpunkt.

Wegen der hohen Lebensdauer der verwendeten Entladungslampen von 10 000 Stunden (ca. 2 Jahre Betrieb ist möglich) reicht hier eine Zweifachwechselvorrichtung. (Hauptlampe und Reservelampe)

Eine an die besonderen örtlichen Gegebenheiten des Großen Leuchtturms Borkum angepasste Wechselvorrichtung wurde in der FVT konstruiert und in den Versuchswerkstätten gebaut und erprobt.

Der Umbau des Feuers auf die neue Wechselvorrichtung erfolgte am 17.03.2004 durch das WSA Emden in Zusammenarbeit mit der FVT.

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Bild 7: Neue Wechselvorrichtung ohne Verkleidung.


Zusammenfassung:

Durch den Umbau der leuchtfeuertechnischen Einrichtung des großen Leuchtturms Borkum wurde der Aufwand für den Betrieb und die Unterhaltung des Feuers minimiert. Es kommt nun eine handelsübliche Lampe mit hoher Lebensdauer zum Einsatz.

Die Blitzerscheinung des Leuchtfeuers ist gegenüber der Glühlampentechnik kürzer, die Nenntragweite von 24,4 Seemeilen wird dennoch exakt aufrecht erhalten. Die Lichtfarbe hat sich vom warmweißen Glühlampenlicht in neutralweißes (kälteres) Licht verändert.

Durch die engere horizontale Bündelung treten die abgestrahlten Lichtkegel (bei Betrachtung vom Boden aus in Feuernähe) deutlicher hervor.

Bild 8
Bild 8: Blick auf Borkum


Bildnachweis: FVT