Nebelschallanlagen und Nebelsignalstationen

Ein Nebelsignal ist ein akustisches Signal, das bei schlechtem Wetter (Dunst oder Nebel) von einem Schiff oder Leuchtturm zur Warnung und Orientierung ausgegeben wird. Als Hilfsmittel für die Ortsbestimmung haben Schallzeichen nur bedingten Wert, weil Abstand und Peilung der Schallquelle nicht immer ganz zuverlässig ausgemacht werden können. Die atmosphärischen Verhältnisse haben einen großen Einfluss auf die Hörweite. Wenn der Schall gegen den Wind laufen muss, kann es vorkommen, dass er nach oben abgelenkt wird. Dann kann ein Ausguckmann im Topp möglicherweise noch Nebelschallzeichen hören, während an Deck oder auf der Brücke diese nicht mehr zu hören sind. Auch beeinflussen wechselnde Temperaturen und Luftdichte von benachbarten Luftschichten die waagerechte Ausbreitung der Schallwellen und lenken sie unter Umständen beträchtlich nach oben oder unten ab oder bilden ein Echo. Je dichter der Nebel, desto deutlicher hört man den Widerhall. Geräusche in der Luft "driften mit dem Wind“ und bewirken, dass die Reichweite nach Lee zunimmt und nach Luv abnimmt. Die Reichweite von Nebelsignalen ist in der Praxis daher recht begrenzt.
Die frühesten Geräte zur Erzeugung eines Nebelsignals bestanden darin, etwas anzuschlagen, das einen Ton erzeugte, beispielsweise eine Nebelglocke, Gong, Trommel, Mundtrompeter und Sprachrohr. Eine Nebelglocke sieht aus wie eine kleinere Kirchenglocke.
Dann kamen Nebelsignalkanonen und Knallsignalgeräte zum Einsatz. Ursprünglich bestanden die Nebelsignalkanonen aus den Vorderladern alter Kriegsschiffe. Der Knallschuss bestand aus einer kleineren Sprengladung mit Trotyl. Die Sprengschüsse wurden durch Ankurbeln eines elektrischen Induktionsgenerators abgefeuert. Die Handhabung der Nebelsignalkanonen war allerdings nicht ganz ungefährich. 1905 kam der Leuchtturmwärter von Hela dabei ums Leben.
Im Jahre 1819 erfand der französische Ingenieur und Physiker Cagiard de la Tour die mit Pressluft betriebene Sirene. Damit hatte er eine Möglichkeit gefunden, die noch unzureichenden Lichtquellen der Leuchtfeuer im küstennahen Raum akustisch zu ergänzen. Dies hatte eine große Bedeutung, denn nimmt man einem Menschen die Sicht, so ist er ohne andere Mittel recht hilflos. Man braucht nur an die vielen Schiffsunfälle bei dichtem Nebel zu denken.
Ab 1875 begann der Bau von Nebelsignalstationen, und ab 1879 bemühte man sich um die Verbesserung der Hörweite, der Tonhöhe und des Antriebs. Zu diesem Zweck wurden Maschinenhäuser eingerichtet, in denen Dampf oder Pressluft für Nebelhörner erzeugt wurde. Diese Nebelhörner erzeugten einen Schalldruckpegel von bis zu 140 dB (A) und waren in einer Entfernung von über fünf Kilometern noch zu hören. Die Antriebsmaschinen wurden mit Kohle oder Öl befeuert. Neben diesen kostspieligen und aufwendigen Einrichtungen wurden noch bis ins erste Drittel des 20. Jahrhunderts hinein Schiffskanonen, die Warnschüsse abgaben, eingesetzt. Außerdem gab es bis dahin auch noch Nebelglocken, die in Intervallen geschlagen wurden.
Hatte man bisher die Schifffahrt durch abgefeuerte Warnschüsse, durch das Läuten von Glocken auf Gefahren aufmerksam gemacht, so boten sich im nächsten Jahrhundert noch andere Möglichkeiten an, z.B. Nebelsignalstationen mit Nebelhörnern (Typhons), Membransendern, Sirenen- und Wasserschallsignalen. Bevorzugt wurden die mit Pressluft betriebenen Kolbensirenen. Sie waren anderen Geräten der Signalerzeugung überlegen.
Aber trotz guter Ergebnisse suchte man ununterbrochen nach neuen Schallquellen, um die Schifffahrt noch sicherer zu machen. Denn oft bot der für die Navigation wichtigste Orientierungspunkt nicht den geeigneten Baugrund für die Schallquelle, oder die erforderliche Fläche für die Maschinenstation reichte nicht aus. Die Rohrleitungen für die Pressluft können nicht beliebig lang sein. Mängel wie Dämpfung, Verzerrung der Morsezeichen, Energieverluste und Störempfindlichkeit sind ab einer bestimmten Entfernung zwischen Schallsender und Energieerzeuger nicht mehr zu vermeiden.
1899 wurde auf dem Hochufer bei Stubbenkammer auf Rügen eine Nebelsignalstation mit Dampf betriebenem Nebelhorn errichtet. 1911 folgte eine Nebelstation an der Küste vor Wustrow auf Fischland-Darss-Zingst.
Wie bei den Leuchtfeuern hielt die Elektrizität auch bei den Nebelsignalstationen ihren Einzug. Die Verlegung von Kabeln macht keine besonderen Schwierigkeiten. Damit begannen sich in den 1920er Jahren elektrische, wartungsfreie Membranluftschallsender durchzusetzen. Die elektrische Energie bringt dabei eine Membran in Schwingungen, die als Schallschwingungen über einen Trichter nach außen geleitet werden. Um 1937 hatte diese neue Technik den Kolbensirenen endgültig den Rang abgelaufen. Der Grund dafür waren nicht die Vergleiche zwischen den beiden Luftschallsendemöglichkeiten, die zugunsten der Elektromagnetsender ausfielen, sondern vor allem der geringere Energieverbrauch bei gleicher Tragweite des Schalls, die geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten sowie die präzisere Steuerung der Signale.
1963 wurde ein schwedischer Nebeldetektor patentiert und in alle Teile der Welt verkauft. Der automatische Nebelmelder war eine der Voraussetzungen für die Automatisierung der bemannten Leuchttürme. Die frühen Modelle waren mechanisch und nutzten den Effekt einer leichten Verlängerung eines Haares in feuchter Luft, das ein Ventil steuerte. Spätere Modelle basierten darauf, dass die Wassertropfen im Nebel IR-Strahlung reflektieren.
Moderne Nebelmelder senden einen Infrarotstrahl aus, um die Reflexion der Wasserpartikel in der Luft zu messen und bei bestimmten Sichtweiten das akustische Signal zu aktivieren. Als Nebelmelder werden zuverlässige Sichtweitensensoren (Hydrometeore) verwendet, die für den Einsatz an abgelegenen Wetterstationen entwickelt wurden. Diese können durch starken Regen oder Schnee sowie durch Nebel aktiviert werden.

Die letzten akustischen Nebelschallanlagen wurden mit Membran-Nebelschallsendern realisiert. Mittlerweile wurden fast alle Nebelschallanlagen an den Küsten außer Betrieb genommen und durch LED-Nebelfeuer ersetzt. Allerdings werden am Bodensee bis heute noch neben Nebelglocken auch Nebelsirenen eingesetzt.

Membranschallsender der Firma AGA

Ein weit verbreiteter Membranschallsender war der von der Firma AGA ab Ende der 1960er Jahre hergestellte Sender LIE-300. AGA stellte ihn als rundstrahlenden und gerichteten Schallsender aus Gusseisen und aus Leichtmetall her.
Jede Einheit ist mit zwei Membranen versehen, die von einem Statorring getrennt sind. Die Membranen sind mit U-förmigen Polschuhen versehen, die sich in dem von den zwei Magnetspulen erzeugten Feld bewegen können. Diese Spulen werden mit Wechselstrom mit einer Frequenz von 150 Hz gespeist. Da der Wechselstrom zwei Maxima pro Periode durchläuft, schwingen die Membranen mit einer Frequenz von 300 Hz. Dadurch wird auch die Luft in den Resonatoren (Schalltrichtern) in Schwingung versetzt und der Schalltrichter sendet einen 300-periodischen Schall aus.

Montage

Der unterste Schalltrichter eines Senders darf niemals niedriger als 2,5 m über dem Boden (oder dem Dach) montiert werden. Die Fläche unmittelbar unter dem Sender muss gebrochen oder schief sein, um starke Schallreflexe zu vermeiden. Solche Reflexe können allzu große Membranamplituden verursachen.

Stromspeisung

Gewöhnlich wird der 150-periodische Wechselstrom, der für den Betrieb des Schallsenders erforderlich ist, über Frequenztransformatoren von einem 50 Hz-Netz betrieben. Falls die Anlage von einem Motorgenerator gespeist wird, muss der Ungleichförmigkeitsgrad besser als 1:160 sein um Tonschwankungen zu vermeiden.

Nominale Reichweite von Tonsignalsendern

Die Entfernung, bei der ein Ausguck auf der offenen Brückennock bei Nebel eine Wahrscheinlichkeit von 90 % hat, das Signal zu hören, wenn er normalen Geräuschen ausgesetzt ist, die auf 84 % der großen Handelsschiffe vorherrschen. Die Tabelle zeigt den erforderlichen Schalldruckpegel in Dezibel bei unterschiedlichen Frequenzen an, der erforderlich ist, um das Tonsignal in einer bestimmten Entfernung hören zu können.

Hörbare Signale auf schwimmenden Seezeichen
Akustische Signale können zur Ergänzung von beleuchteten und unbeleuchteten Tonnen verwendet werden, um deren Wirksamkeit für den Seefahrer bei eingeschränkter Sicht zu erhöhen. Akustische Signale auf Tonnen werden meist durch die Bewegung des Meeres angetrieben und umfassen Glocken, Gongs und Pfeifen. Tonnen können auch mit elektronischen Hupen ausgestattet sein.
Akustische Signale auf Tonnen werden verwendet, um Seefahrer vor einer bestimmten Gefahr zu warnen, wie etwa der Nähe zu Untiefen, Felsen, oder um den Seefahrer auf eine Änderung der Navigation aufmerksam zu machen, wie etwa die Einfahrt in einen gesperrten Kanal.
Wenn elektronische akustische Signale zur Ergänzung von Tonnen verwendet werden, sollen sie normalerweise eine Reichweite von 0,25 bis 0,5 Seemeilen haben.

Das Bild rechts zeigt den Nachbau einer Ansteuerungstonne mit einer Nebelglocke, deren Glockenschlagwerk durch die Wellenbewegung erzeugt wird.

Landfeste Nebelsignalstationen