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Rechnerlexikon

Die große Enzyklopädie des mechanischen Rechnens

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Gezeitenrechner, erster deutscher


Sommaire

1 Der erste deutsche Gezeitenrechner

Der Meeresspiegel an der Nordseeküste fällt und steig im Rhythmus von Ebbe und Flut. Zweimal täglich schwankt der Wasserstand zwischen Hoch- und Niedrigwasser, und mit ihm ändern sich Richtung und Geschwindigkeit des Stromes. Nicht nur Küstenschiffer müssen bei Fahrten übers Watt sich den veränderlichen Gezeiten anpassen, selbst beladene Supertanker können die Ölpier in Wilhelmshaven nur auf dem Scheitel einer Flutwelle erreichen.

Die täglichen Eintrittszeiten von Hoch- und Niedrigwasser sowie die Wasserstände für ein ganzes Jahr im Voraus berechnen zu können, bedeutete eine Verbesserung der navigatorischen Zuverlässigkeit. Die sogenannten Tidekalender, denen die Gezeitenangaben entnommen werden können, sind den Seefahrern ebenso wie den im Küstenschutz tätigen Personen zu einem unentbehrlichen Hilfsmittel geworden.

Grundlage der Vorausberechnung von Gezeiten sind vor Ort gemessene Tidekurven, die über längere Zeiten den Verlauf der Wasserstände wiedergeben. In den Häfen, an der Küste und auf den Inseln stehen Pegel zur automatischen Registrierung der Flutwellen oder Tiden.

 
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Abb. 1: Tidenkurve



Abbildung 1 zeigt beispielhaft eine solche Tidekurve. Jeder Pegelort, d.h. jeder Hafen hat seinen eigenen charakteristischen Gezeitenverlauf. Das zeigt sich besonders deutlich an dem Tidenhub, dem Unterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser. Auf der Insel Borkum zum Beispiel beträgt der mittlere Tidenhub 2,3 m, in Wilhelmshaven dagegen 3,8 m. Wie die Eintrittszeiten von Ebbe und Flut, so variieren auch die Wasserstände mit dem Stand des Mondes und der Sonne. Abhängig von ihrer Konstellation spricht der Seefahrer von Spring-, Normal- und Nipptide.

Die Aufgabe der Gezeitenvorhersage besteht nun darin, für eine festgelegte Anzahl Häfen und Küstenorte den täglichen Verlauf der individuellen Tidekurve zu bestimmen. Der Berechnung liegt die Vorstellung zu Grunde, dass die Tidewelle aus einer Vielzahl von Einzel- oder Partialwellen besteht, die auf astronomische Einflüsse zurückgehen. Aus der harmonischen Analyse der mit einem Hafenpegel ermittelten Tidekurven ergibt sich je nach Aufwand eine unterschiedliche Anzahl Partialwellen, die dann für diesen Hafen als Basiswerte der Gezeitenberechnung dienen. Die in der Rechnung durchgeführte Synthese fügt die Partialwellen in ihrer richtigen, vom momentanen Ort des Mondes und der Sonne bestimmten Lage wieder zusammen zu der für den vorgegebenen Tag zu erwartenden Tidekurve.

Diese aufwendige und mühsame Methode verlangte in einer Zeit fortschreitender Technik geradezu nach Mechanisierung der Rechenarbeit. Das 1874 in Wilhelmshaven gegründete Marineobservatorium befaßte sich als erstes wissenschaftliche Institut in Deutschland mit der Erstellung von Tidekalendern sowie der Vereinfachung der damit verbundenen Rechenarbeit. Das Reichsmarineamt als vorgesetzte Dienststelle des Marineobservatoriums gab dann 1914 den Auftrag zum Bau des ersten deutschen Gezeitenrechners. Die Bauausführung erfolgte 1915/16 durch die Werkstätten für wissenschaftliche Instrumente Otto Toepfer und Sohn in Potsdam. Anschließend wurde der Rechner (Abb. 2) im Marineobservatorium aufgestellt. Im Herbst 1919 gelangte er mit dem Gezeitendienst zur Deutschen Seewarte nach Hamburg.

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Abb. 2: Erster deutscher Gezeitenrechner (Bild: Eigentum DSM)


Das Prinzip des mechanischen Gezeitenrechners soll im Folgenden anhand der Abbildung 3 erläutert werden. Eine in dem Punkt F befestigte Schnur wird um die Rollen A, B und A’, B’ zu einem Stift geführt. Zunächst bleiben die beiden Rollen A’ und B’ unbeachtet. Die Rolle B ist befestigt und die Rolle A kann in einem in der Abbildung nicht dargestellten Schlitz vertikal auf- und niedergleiten. Wenn A sich in vertikaler Richtung um eine gewisse Strecke verschiebt, so muß der Stift sich um die doppelte Strecke bewegen, und zwar wenn A am höchsten steht, der Stift am tiefsten steht und umgekehrt.

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Abb. 3: Prinzip des Gezeitenrechners (Ysker)


Der Stift berührt eine synchron drehende und mit Papier bedeckte Trommel. Eine vertikale Bewegung der Rolle A wird auf der Trommel als einfache Wellenlinie abgebildet. Die Rolle A ist mit einem umgekehrten T-förmigen Rahmen verbunden, und ein an der Kurbel C befestigter Stift greift in den Spalt im horizontalen Arm des T-Stückes. Wenn die Kurbel C eine Umdrehung macht, führt die Rolle A eine vertikale Bewegung aus mit einer Amplitude, die von der Länge des Kurbelarmes abhängt. Andererseits ist die Länge des Kurbelarmes proportional der Amplitude einer Partialwelle. Die Drehung des Kurbelarmes erfolgt mit einer Winkelgeschwindigkeit, die ebenfalls proportional der Winkelgeschwindigkeit dieser Partialwelle ist.

Analog der Wirkungsweise des Rollensystems A, B lässt sich mit dem Rollenpaar A‘, B‘ eine weitere harmonische Welle darstellen. Wie Rolle A vollführt auch die Rolle A‘ bei befestigter Rolle B‘ eine vertikale Bewegung, jedoch mit der Amplitude der weiteren Partialwelle.

Durch das Zusammenwirken beider Rollenpaare A, B und A’, B’ wird auf der Trommel eine Kurve abgebildet, die der Synthese zweier Partialwellen entspricht. Auf diese Weise lassen sich die aus der harmonischen Analyse gewonnenen Partialwellen mechanisch wieder zu einer für einen vorgegebenen Tag gesuchten Tidekurve zusammensetzen, aus der dann die gesuchten Eintrittszeiten und Höhen des Hoch- und Niedrigwassers abgelesen werden können.

Der erste deutsche Gezeitenrechner gestattete, 20 Partialtiden zu einer Tidekurve zu summieren. Innerhalb von acht Stunden zeichnete die Maschine die Gezeitenkurven eines Hafens für ein Jahr.

Dieses mechanische Rechengerät, das in seiner Art sicherlich eine Rarität darstellt, steht heute im Deutschen Schiffahrtsmuseum in Bremerhaven.

Dr. Jan St. Ysker

2 Nachsatz

Pfingsten 2002, auf der Insel Norderney: Wir hatten unser 40-jähriges Abitur-Treffen in Norden und machten einen Ausflug auf die Insel. Herrlicher Strand, leichter Wind und kein Regen. Wir unterhielten uns über die Zeit „zwischendurch“, die Hobbies und Vorlieben. So erzählte mir Jan so ganz nebenbei, dass er ostfriesische Heimatkunde betreibt und u.A. - was mich aufhorchen ließ - auch eine Beschreibung des ersten deutschen Gezeitenrechners verfasst hat. Er war sofort bereit, mir den Text zu schicken und legte auch noch 2 Zeichnungen bei.

Das Bild 2 stammt mit Genehmigung aus  http://www.dsm.de, wo Interessierte noch weitere Informationen abrufen können.

F. Diestelkamp

3 Literatur

4 Copyright

Alle Rechte beim Verfasser Dr. Jan St. Ysker.
Artikel mit Erlaubnis des Autors (Text, Bilder 1 und 3) und des DSM (Bild 2) eingestellt von: F. Diestelkamp 11:12, 10. Aug 2004 (CEST)

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