Die Fresnel-Linse (Gürtellinse) wurde um 1822 von dem französischen Physiker
Augustin Jean Fresnel anfänglich für Leuchttürme entwickelt. Dadurch wurde eine
höhere Lichtausbeute möglich. Die Strahlenablenkung erfolgt
senkrecht zur Rotationsachse in der Regel in die Horizontale und das Licht strahlt in
alle Richtungen gleich hell. Bei größeren Linsen wird auch noch das nach oben
und unten strahlende Licht durch Spiegel in die Horizontale umgelenkt. Die
Lichtausbeute einer Fresnellinse ist um bis zu viermal höher als bei einer
plankonvexen Linse bzw. einem Parabolspiegel. Außerdem ermöglichte die Fresnellinse eine große
Einsparung an Glasmaterial. Die dadurch gewonnene Gewichtsreduzierung macht
sich vor allem bei großen Linsen mit Durchmessern von bis zu 1,5 m bemerkbar.
Das Bild links zeigt das Profil einer plan-konvexen Linse (links) und einer
Fresnelschen Stufenlinse (rechts). Die erste Gürtellinse
in Deutschland führte man 1848 beim
Leuchtturm Darßer Ort ein. Später wurden die Fresnelschen Gürtellinsen durch
katadioptrische Linsenkörper in den Feldern ober- und unterhalb der Diopter
(Prismenringe) verbessert. Katadioptische Prismen haben einen dreieckigen
Querschnitt und wirken an zwei Seiten lichtbrechend, an der dritten Seite wird
dagegen im Inneren des Prismas das Licht reflektiert. Durch die Brechung der Strahlen parallel zur Achse
wurde eine weitere Ausnutzung der Lichtquelle erreicht. Die großen
Gürtellinsen mit einer Brennweite von 920 mm haben einen Durchmesser von rund
zwei Metern und ein Gewicht von über vier Tonnen. Sie wurden aus über 1000
handgeschliffenen Linsen und Prismen zusammengesetzt und teilweise mit
transparentem Kanadabalsam, einem klebrigen Baumharz der kanadischen Balsam-Tanne,
gekittet bzw. werden mit Metallrahmen zusammengehalten. Das getrocknete
Kanadabalsam hat fast den gleichen optischen Brechungsindexes wie Kronglas.
Kleinere Gürtellinsen werden seit den 1960er Jahren gepresst oder im
Schleuderverfahren bei
rotierender Form hergestellt. Größere Gürtellinsen werden aus einzelnen,
konzentrisch
geschliffenen Kreisringen in einen Messingeinfassung zusammengesetzt. Mit
zunehmender Verbesserung der elektrischen Lampen konnten in den letzten
Jahrzehnten immer kleinere Linsen eingesetzt werden.
Die Gürtellinse 6. Ordnung (rechts im Bild) stammt aus dem Bestand des Seehydrographischen
Dienstes der DDR. Vermutlich war sie zuletzt auf einem dortigen Tonnenhof
eingelagert und wurde ausgemustert. Die Gürtellinse wurde nach der Jahrtausendwende vom
Museum für Wattenfischerei in Wremen dem Heimatmuseum Borkum abgekauft und steht
seitdem im Wremer Museum. Die Linse ist 43 cm hoch und hat zweimal fünf
ringförmige Stufen. Die Gürtellinse ist nach Aussage des Heimatvereins
Borkum keinem Leuchtturm mehr zuzuordnen, da es etliche baugleiche dieser Linsen
gab/gibt.
Die Einteilung der Ordnungsziffern I bis VI mit den Brennweiten von 920 bis 150
Millimeter wurde 1826 in Frankreich festgelegt und auch von anderen Ländern
übernommen. Später kamen zu diesem Ordnungsprinzip noch Zwischengrößen
zwischen dritter und vierter Ordnung sowie Größen über der erster und unter der sechsten
Ordnung hinzu, sodass wir heute 14 Ordnungsklassen unterscheiden. Die
hyperradialen Fresnellinsen wurden in rund 30 Leuchttürmen eingebaut. Durch die
Entwicklung neuer Hochintensitätslampen wurde diese Linsengröße überflüssig.
Die letzte Linse dieser Art wurde 1928 im Leuchtturm auf den Copeland-Inseln verbaut.
Unterteilung von Gürtellinsen in Ordnungen
Ordnung |
Brennweite (mm) |
Durchmesser (mm) |
Höhe (mm) |
Masse (kg) |
Anwendung |
Hyper-radial |
1330 |
2660 |
3760 |
|
Große Seefeuer |
Meso-radial |
1125 |
2250 |
3200 |
|
2 brasilianische Leuchttürme |
1 (I) |
920 |
1840 |
2590 |
5800 |
Große Küstenseefeuer |
2 (II) |
700 |
1400 |
2069 |
1600 |
Küsten- und Seefeuer |
3 (III) |
500 |
1000 |
1576 |
900 |
Meeresküsten, Flusseinfahrten, Buchten, Kanäle |
3 (III) mittel |
400 |
800 |
|
|
3 (III) klein |
375 |
750 |
1090 |
|
4 (IV) groß |
300 |
600 |
|
|
Untiefen, Riffe, Hafenfeuer |
4 (IV) |
250 |
500 |
722 |
200-300 |
5 (V) groß |
200 |
400 |
|
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Wellenbrecher, Fluss- und Kanalfeuer |
5 (V) |
187,5 |
375 |
541 |
120-200 |
6 (VI) |
150 |
300 |
433 |
100 |
Molen- und Wellenbrecher |
7 (VII) |
100 |
200 |
165 |
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Molen- und Hafenfeuer |
8 (VIII) |
70–75 |
140–150 |
82,6 |
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Große Gürtellinsen mit großer Brennweite ergeben bei gleicher Lichtquelle ein
helleres und weiter reichendes Licht als kleine Linsen mit kurzer Brennweite.
Die Skizze zeigt den Aufbau einer Gürtellinse mit konzentrischen Ringen. Die
Ringe haben eine Art Stufe in dem sich die Materialstärke verringert. Das Licht,
dass durch diese Stufen tritt, wird gebrochen und umgelenkt.
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