Kompass

Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Zum Sternbild siehe Schiffskompass (Sternbild), zum Wanderkartenverlag siehe Kompass Karten GmbH..

Kompass

Der Kompass (Plural Kompanten oder Kompasse; Herkunft: italienisch com-passo = das Um-Schreiten,der Zirkelweg^[1]) ist ein Messgerät zur Bestimmung einer Richtung, z.B. Himmelsrichtungen, Navigations-Kurs, Peilrichtung. Die älteste Ausführung ist der Magnetkompass, welcher anhand des Erdmagnetfelds die Bestimmung der Nordrichtung und daraus aller anderen Himmelsrichtungen erlaubt. Andere Ausführungen sind Kreiselkompass und elektronische Kompasse auf Basis des Hall-Effekts. Der Marschkompass wird in Österreich Bussole^[2] genannt.

Geschichte

Darstellung eines Trockenkompasses, aus einer Abschrift der Epistola de magnete von 1269

Kompassrose von 1607

Schiffskompass in einer Kardanischen Aufhängung

Vor der Einführung des Kompasses orientierten sich die Seefahrer an Himmelskörpern, an Landmarken, an der Tiefe der See mittels Messung mit dem Lot, Dünung und Strömung, Wind, Wassertemperatur, -farbe und -geschmack, Tieren, Wolken und weiteren Merkmalen.

Die Erkenntnis, dass sich Splitter von Magneteisenstein in die Nord-Süd-Richtung drehen, war in Europa seit der griechischen Antike^[3] und in China seit der Zeit der Streitenden Reiche bekannt. Die Chinesen benutzten seit dem 11. Jahrhundert eine schwimmende Kompassnadel, die Südweiser genannt wurde (nasser Kompass). Im Laufe der Zeit entwickelten sich daraus spezielle Kompassformen mit einer Einteilung in 24, 32, 48 Striche oder sogar 64 Himmelsrichtungen (siehe Erdzweige).

In Europa wurde der nasse Kompass erstmals vom englischen Gelehrten Alexander Neckam etwa 1187 als eine magnetisierte schwimmende Nadel erwähnt, die unter Seeleuten in Gebrauch war. Es herrschen verschiedene Ansichten darüber, wo der Ursprung des europäischen Kompasses zu suchen ist. Nach heutiger Auffassung handelt es sich beim europäischen Modell um eine unabhängige Entwicklung, die weder von Chinesen übernommen noch von Arabern vermittelt worden war.^[4]^[5] Bei den Arabern lässt sich der nasse Kompass sogar erst einhundert Jahre nach Alexander Neckams Erwähnung nachweisen.

Die erste schriftliche Erwähnung einer trocken auf einem Stift spielenden Magnetnadel findet sich im Epistola de magnete von 1269, geschrieben von Petrus Peregrinus de Maricourt, womit der noch heute benutzte trockene Kompass erfunden war.^[6] Als vermeintlicher Erfinder gilt ein italienischer Seefahrer aus Amalfi, wo noch heute Flavio Gioia als „Erfinder des Kompasses“ mit einem Denkmal am Hafen geehrt wird. Im späten 13. Jahrhundert kombinierten die Seefahrer des Mittelmeers als erste die Magnetnadel mit der Windrose.^[7]

Um das Jahr 1400 bauten europäische Seefahrer die trockene Kompassnadel und Windrose in ein festes Gehäuse ein, um es fest auf ihren Schiffen zu stationieren.^[8] Der trockene Kompass war sehr viel genauer als die instabil schwimmende Nadel der Chinesen und ermöglichte so eine bessere Navigation. Leonardo da Vinci schlug als erster vor, den Kompasskasten in einer Kardanischen Aufhängung zu platzieren, um so die Genauigkeit weiter zu verbessern. Ab 1534 wurde seine Idee praktisch verwirklicht und setzte sich während des 16. Jahrhunderts in ganz Europa durch, wodurch europäische Segelschiffe über die fortschrittlichste und exakteste Kompasstechnik der Zeit verfügten.^[9] Nach China kam der trockene Kompass etwa um das Jahr 1600 über Japan, das ihn von Spaniern und Portugiesen übernommen hatte.

Der Kompass wurde auch im Untertagebau als Orientierungshilfe eingesetzt. In der norditalienischen Bergbaustadt Massa sind Kompasse zur Bestimmung der Vortriebsrichtung und Vermeidung von 'Durchschlägen' zwischen Grubenbetrieben bereits im 13. und 14. Jh. belegt,^[10] und im Tiroler Bergbau gehörte er in der zweiten Hälfte des 15. Jh. zur Standardausrüstung.^[11] Das Bergbüchlein des deutschen Mineurs Ulrich Rülein von Calw kann als eine erste theoretische Abhandlung über den unterirdischen Einsatz des Kompass gelten.^[11]

Aufbau und Funktionsweise

Der Magnetkompass besteht aus einem drehbaren Zeiger aus magnetischem Material und einem Gehäuse, in dem dieser Zeiger möglichst reibungsarm gelagert ist. Am Gehäuse oder dem Zeiger ist in der Regel eine Winkelskala angebracht. Der Zeiger selbst kann die traditionelle Form einer Nadel (Kompassnadel) haben, in einigen neueren Kompassen ist eine komplette Scheibe zu finden, in Schiffskompassen meist eine Kugel (Kugelkompass).

Der Zeiger richtet sich, wenn er nach allen Richtungen frei beweglich ist, tangential zu den Feldlinien des Magnetfelds der Erde aus. Da die Feldlinien in weiten Bereichen auf der Erde und insbesondere in Mitteleuropa etwa in geographischer Nord-Süd-Richtung verlaufen, kann man aus der Richtung des Zeigers auf die Nordrichtung schließen. Der magnetische Nordpol eines Magneten zeigt dabei in geographisch nördliche Richtung. Da sich ungleichnamige Magnetpole anziehen, befindet sich im geographischen Norden der Erde ein magnetischer Südpol. Siehe dazu auch: das Erdmagnetfeld

Teilung der Kompassrose

Grundsätzlich werden Kompassrosen in gleichgroße Kreissegmente zerteilt. Bei den drei am meisten verwendeten Einheitssystemen sind das bei Grad 360 Teilbereiche, bei Gon 400 Teilbereiche und bei Mil 64 Teilbereiche.

Deklination

Da die Verbindungslinie der magnetischen Pole gegenüber der Erdachse um ca. 11,5° geneigt ist, liegen die magnetischen Pole derzeit etwa 2000 km von den geographischen Polen entfernt; die magnetischen Pole wandern. Des Weiteren werden die magnetischen Feldlinien von den örtlichen geologischen Gegebenheiten (z.B. eisenhaltiges Gestein) beeinflusst, d.h. in ihrer Richtung abgelenkt. Diese beiden Faktoren bewirken, dass die Abweichung der Kompassnadel von der geografischen Nordrichtung an jedem Ort der Erde unterschiedlich ist. Diese Abweichung nennt man Ortsmissweisung oder Deklination. Es ist nicht ganz sicher, wer diese zuerst erkannte. Jedoch gilt als gesichert, dass Georg von Peuerbach der erste war, der über die Missweisung schrieb. Der älteste erhaltene Kompass, bei dem die Missweisung eingezeichnet ist, stammt von Peuerbach. Ein Kreiselkompass hat keine Deklination.

Hauptartikel siehe: Deklination (Geographie)

Neben der Gradeinteilung gibt es z. B. die Windrose (auch Kompassrose) zum Anzeigen der Himmelsrichtung auf dem Kompass

Deviation

Als Deviation bezeichnet man Abweichungen, die durch magnetische Felder in der Nähe des Kompasses hervorgerufen werden können. Solchen Felder werden durch magnetische oder magnetisierbare Gegenstände sowie durch fließenden Gleichstrom (Elektrogeräte) erzeugt. Eine mögliche Gegenmaßnahme besteht darin, einen Mutterkompass an einer besser als die Brücke oder das Cockpit geeigneten Stelle des Schiffes oder Flugzeuges unterzubringen. Ansonsten oder zusätzlich werden zur Kompensation größerer Abweichungen entweder Magnetnadeln an dafür vorgesehenen Stellen in das Kompassgehäuse eingesetzt (z.B. Ludolph-Kompass) oder beweglich gelagerte Magnete im Kompassgehäuse über Stellschrauben entsprechend justiert (z.B. Airpath-Kompass). Verbleibende Anzeigefehler (die unter 5° liegen sollen) werden in eine Deviationstabelle eingetragen, von der dann zu jedem Kompasskurs die dazu gehörende Korrektur abgelesen werden kann. In der Allgemeinen Luftfahrt muss die Deviation nach bestimmten Veränderungen im oder am Flugzeug oder nach gewissen Zeitabläufen überprüft und der Kompass kompensiert werden. Entsprechende Vorgaben finden sich beispielsweise in den Flug- und Betriebshandbüchern.

Hauptartikel siehe: Deviation (Navigation)

Inklination

Als Inklination wird der Winkel zwischen den Tangenten an die magnetischen Kraftlinien und der Tangentialebene an die Erdoberfläche (Horizontale) bezeichnet. In Mitteleuropa beträgt die Inklination ca. 66,5°. Das bedeutet, dass die Horizontalintensität nur 40 %, die Vertikalintensität aber über 90 % der Totalintensität des Magnetfeldes ausmacht. Da zur Bestimmung der Nordrichtung nur die horizontale Komponente der Magnetfeldlinien von Bedeutung ist, muss die Inklination bei der Konstruktion des Kompasses berücksichtigt bzw. individuell kompensiert werden. So wird bei einfachen Wanderkompasse z. B. einfach die Südhälfte der Nadel mit einem sogenannten Reiter beschwert. Ein solcher Kompass kann allerdings nicht auf der Südhalbkugel verwendet werden, da sonst die Nadel schief hängt oder schlimmstenfalls den Boden des Kompassgehäuses berühren würde.

Beim magnetischen Schiffskompass ist die Skala (Kompassrose, Windrose) mit der Gradeinteilung am Zeiger angebracht, der entweder kardanisch aufgehängt ist oder in einer Flüssigkeit schwimmt (Kugelkompass), so dass sie trotz der durch den Seegang verursachten Schiffsbewegungen immer waagerecht liegt. Die Kompassrose dreht sich dabei als Ganzes, die Richtung wird an einer fest mit dem Gehäuse verbundenen Markierung abgelesen. Im Gegensatz dazu ist bei Kompassen, die an Land verwendet werden, die Kompassrose am Gehäuse angebracht und nur die Kompassnadel dreht sich. In Bezug auf das Erdmagnetfeld dreht sich in beiden Fällen das Kompassgehäuse und der Zeiger (Kompassnadel/-rose) bleibt an den magnetischen Feldlinien ausgerichtet.

Hauptartikel siehe: Inklination (Magnetismus)

Der Kompassdrehfehler

In der Luftfahrt neigt der Magnetkompass bei Sink-, Steig- und Kurvenflügen zu Dreh- und Beschleunigungsfehlern. Diese Fehler entstehen, weil der Kompass versucht, sich an den magnetischen Kraftlinien auszurichten. Bei Kurvenflug nach Norden hängt die Anzeige hinterher, bei Kurvenflug in den Süden eilt die Anzeige voraus. Am stärksten sind die Beschleunigungsfehler beim Ost- bzw. Westflug. Beim Nord- bzw. Südflug treten sie nicht auf. Wird das Flugzeug beschleunigt, schwenkt die Kompassnadel nach Norden, beim Abbremsen schwenkt sie nach Süden. Um die Drehfehler auszugleichen, gibt es eine Tabelle, aus der ersichtlich ist, um wie viel Grad früher oder später eingedreht werden muss:

Hautpartikel siehe: Kompassfehler

Kompass einer Segelyacht	Anvisieren eines Objektes mit einem Kompass	Anvisieren des Marschzieles mit Kimme und Korn und ablesen der Marschzahl über den Spiegel	Matthäus Seutter: Tabula Anemographica seu Pyxis Nautica, vulgo Compass, Augsburg 1734/1749
Kompass mit 400 Gon-Teilung und Umrechnungstabelle	Kompass der Schweizer Armee mit 6400°-Teilung (siehe Mil)	Landvermesser-Kompass mit Klinometer	Geologenkompass nach Prof. Clar

Weiterentwicklungen

Als Sensor für die Messung des Erdmagnetfelds wird häufig ein Fluxgate (auch Saturationskern-Magnetometer oder Förster-Sonde genannt) verwendet, mit dem man Betrag und Richtung des Erdmagnetfeldes auf ein 1/100.000 des Absolutwerts genau bestimmen kann.

Siehe auch

Literatur

Albert Schück: Der Kompass. Hamburg 1911 - 1918
OKW: Vorschrift H.Dv. 362, Anleitung zum Gebrauch des Marschkompasses (M.Ko.), 1940
Heinz Balmer: Beiträge zur Geschichte der Erkenntnis des Erdmagnetismus. Aarau 1956
Art R.T. Jonkers: North By Northwest. Seafaring, Science and the Earth`s Magnetic Field (1600 - 1800). Göttingen 2000
Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Metalle und Macht. 1000 bis 1600. Berlin, Frankfurt/Main: Propyläen Ullstein, 1992
(= Propyläen Technikgeschichte, Band 2, hg. von Wolfgang König).
Uta Lindgren: Europäische Technik im Mittelalter 800-1400. Tradition und Innovation. Berlin: Gebr. Mann, 1998.
Christian Rohr: Kompass, Papier und Schießpulver, Salzburg 2003

Quellen

↑ Pluralbildung und Wortherkunfts Diskussion bei leo.org
↑ Bussole in Meyers Konversationslexikon
↑ Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Metalle und Macht. 1000 bis 1600. Berlin, Frankfurt/Main: Propyläen Ullstein, 1992.
↑ Christian Rohr: Kompass, Papier und Schießpulver, Salzburg 2003.
↑ Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Metalle und Macht. 1000 bis 1600. Berlin, Frankfurt/Main: Propyläen Ullstein, 1992.
↑ Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Metalle und Macht. 1000 bis 1600. Berlin, Frankfurt/Main: Propyläen Ullstein, 1992.
↑ Uta Lindgren: Europäische Technik im Mittelalter 800-1400. Tradition und Innovation. Berlin: Gebr. Mann, 1998.
↑ Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Metalle und Macht. 1000 bis 1600. Berlin, Frankfurt/Main: Propyläen Ullstein, 1992.
↑ Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Metalle und Macht. 1000 bis 1600. Berlin, Frankfurt/Main: Propyläen Ullstein, 1992.
↑ Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Propyläen Technikgeschichte. Metalle und Macht 1000-1600, Berlin 1997, S.62-64 ISBN 3-549-05633-8
↑ ^a ^b Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Propyläen Technikgeschichte. Metalle und Macht 1000-1600, Berlin 1997, S.64 ISBN 3-549-05633-8