Wendezeiger

Wendezeiger in der klassischen Form (turn indicator)

Wendezeiger, wie er heute in Motorflugzeugen üblich ist (turn coordinator)

Ein Wendezeiger ist ein elektrisch angetriebenes Kreiselinstrument. Es dient zur Anzeige von Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Flugzeugs um die Hochachse. Der Wendezeiger war anfänglich das zentrale Instrument bei Ausrüstungen für den Instrumentenflug.

Es gibt zwei Arten von Wendezeigern: Den ursprünglichen turn indicator und den später entwickelten turn coordinator. Auf deutsch werden beide Instrumente als "Wendezeiger" bezeichnet, was zu Missverständnissen führen kann. Die Bezeichnung "Kurvenkoordinator" konnte sich im deutschen Sprachraum aber nicht durchsetzen.

Gewöhnlich ist noch ein zweites Instrument, die Kugellibelle, in den Wendezeiger eingebaut. Hierdurch wird die Qualität der Kurvenkoordination angezeigt. Diese Kombination führte zur Bezeichnung turn and bank indicator, oft mit "T&B" abgekürzt. Diese Bezeichnung ist zwar verbreitet, aber eigentlich falsch, wenn schon müsste es turn and slip indicator heißen.

Anders als der Künstliche Horizont zeigt der Wendezeiger nicht die Lage im Raum, sondern die Drehgeschwindigkeit des Flugzeugs um die Hoch- bzw. die Hoch- und Längsachse. Die Lage im Raum muss aus dem Zusammenspiel dieser Anzeige mit den Anzeigen von weiteren Fluginstrumenten erschlossen werden, was recht abstrakt ist. Dennoch ist der Wendezeiger aus Sicherheitsgründen ein unverzichtbares Blindfluginstrument, da er, anders als der Künstliche Horizont, weder taumeln noch abwandern kann, sondern immer richtig zeigt.

Wendezeiger werden auch auf Schiffen eingesetzt.

Wendezeiger

Aufbau

Der Wendezeiger basiert auf einem halbkardanisch aufgehängten Kreisel, der nur zwei Freiheitsgrade besitzt. (Einer dieser Freiheitsgrade ist die Rotation um die Kreiselachse. Dieser ist aber bei einem Kreisel definitionsgemäß immer vorhanden. Daher wird er z.B. im angelsächsischen Raum nicht mitgezählt. Im angelsächsischen Sprachgebrauch hat ein Wendezeiger also nur einen Freiheitsgrad.)

Die Kreiselachse ist parallel zur Flugzeugquerachse gelagert. Die beiden Geräte unterscheiden sich dadurch, dass beim Turn Indicator der bewegliche Rahmen, worin der Kreisel aufgehängt ist, so montiert ist, dass die Drehachse des Rahmens parallel zur Längsachse des Flugzeugs ist, wogegen beim Turn Coordinator die Drehachse des Rahmens 30° zur Flugzeuglängsachse gekippt ist. Das bewirkt, dass der Turn Indicator nur Drehungen um die Hochachse des Flugzeugs (Gieren) anzeigt, während der Turn Coordinator Drehungen sowohl um die Hoch- als auch um die Längsachse (Rollen) anzeigt.

Wendezeiger im koordinierten Kurvenflug

Funktionsweise

Wenn das Luftfahrzeug eine Kurve fliegt und sich das Flugzeug also um die Hochachse dreht, kippt die Drehachse des Kreisels auf Grund der Präzession. Diese Kippbewegung, die von der Kurvengeschwindigkeit abhängig ist, wird durch einen Zeiger angezeigt.

Je nach Kreiselpräzessionsrate neigt sich dabei das Flugzeugsymbol des Wendekoordinators nach links oder rechts. Je schneller die Winkelgeschwindigkeit ist, desto größer sind auch die Kreiselpräzession und die Querneigung des Flugzeugsymbols.

Bei einem Ausfall des künstlichen Horizonts kann mit dem Wendezeiger zumindest eine der beiden Achsen ersetzt werden. In Kombination mit dem Höhenmesser, dem Fahrtmesser, evtl. der Drehzahlanzeige und dem Variometer können noch immer wichtige Informationen über die Fluglage abgeleitet werden.

Verwendung

In Motorflugzeugen trifft man den Wendezeiger heute meist in der Form des Kurvenkoordinators an. Da im Motorflug gewöhnlich lange Strecken Geradeausflug nur durch kurze Kurven zur Kurskorrektur unterbrochen werden, dient hier der Wendezeiger vor allem zur Aufrechterhaltung des Geradeausflugs. Diesen Zweck erfüllt der Kurvenkoordinator am besten, da jede Kurve zuerst durch ein Rollen eingeleitet wird. Der Kurvenkoordinator reagiert auf eine beginnende Kurve viel empfindlicher als der klassische Wendezeiger.

Für Helikopter und Segelflugzeuge hingegen ist der Kurvenkoordinator mit seiner "Mischanzeige" von zwei verschiedenen Drehachsen aus verschiedenen Gründen ungeeignet. Hier findet man ausschließlich den klassischen Wendezeiger.

Kugellibelle

Wendezeiger im Schiebeflug

Wendezeiger im Schmierflug

Kombiinstrument Wendezeiger/Variometer, Sowjetunion ca. 1960, Hilfsenergie 36V/400Hz Drehstrom

Aufbau

Die Libelle, auch "Inklinometer", ist ein mit Flüssigkeit gefülltes, gekrümmtes Glasröhrchen, in dem sich eine Stahlkugel hin und her bewegen kann. Die Kugel in der Libelle zeigt die Richtung des Scheinlotes, d.h. die vektorielle Summe aus Zentrifugalkraft und Schwerkraft, an.

Funktionsweise

Durch die Libelle ist eine Beurteilung möglich, wie sauber eine Kurve geflogen wird, d.h. wie gut der Kurvenflug "koordiniert" ist. Die Kugel in der Libelle bleibt zwischen den beiden senkrechten Hilfslinien stehen, wenn sich die im Kurvenflug auftretenden Kräfte gerade ausgleichen und das Luftfahrzeug somit eine koordinierte Kurve fliegt. Wenn die Kugel sich außerhalb der beiden Markierungen befindet, macht das Flugzeug entweder eine Schiebekurve (engl. skid) (Querneigung zu gering) oder eine Schmierkurve (engl. slip) (Querneigung zu groß).

Wenn die Flächenspitze des Flugzeugsymbols rechts oder links die Markierung berührt, fliegt man mit einer Drehgeschwindigkeit von 3°/s bzw. 360° in 2 min. Dies nennt man eine Standardkurve (engl. standard rate of turn). Das Flugzeug fliegt also in zwei Minuten einen Vollkreis. Die Kugellibelle sollte dabei immer genau in der Mitte stehen, da das Flugzeug sonst schiebt (nach außen) oder schmiert (nach innen).

Zusammenspiel beider Teilinstrumente

Es ist sinnvoll, dass diese beiden Instrumente zusammengefasst worden sind. Beide zusammen sagen etwas über das Kurvenverhalten aus. Wie aus den nebenstehenden Grafiken ersichtlich ist, kann bei gleicher Kurvengeschwindigkeit um die Längsachse (Flugzeugsymbol nach rechts geneigt) entweder eine koordinierte Kurve oder aber ein Slip (Libellenball in diesem Beispiel rechts) oder Skid (Libellenball in diesem Beispiel links) geflogen werden. Dieses führt dann bei Nichtbeachtung evtl. zu einem Spiralsturz (engl.spiral).

Um solch unkoordinierte Kurven zu vermeiden, muss der Pilot im Kurvenflug bei Abweichung des Balls von der Mitte "in den Ball" treten, d.h. in das Seitenruder treten, das der Lage des Balls entspricht.

Mögliche Gefahren

Der Kurvenkoordinator hat, wie oben beschrieben, einen um 30° schräg montierten Kreisel. Das bedeutet, dass das Gerät sowohl das Rollen als auch das Gieren anzeigt. Wenn das Flugzeug rollt, addiert die Anzeige des Kurvenkoordinators die Rollrate mit einem bestimmten Faktor zur Gierrate. Erst wenn das Flugzeug das Rollen beendet hat, zeigt das Gerät wieder ausschließlich die Gierrate an.
Piloten, die mit diesem Prinzip nicht vertraut sind, könnten Schwierigkeiten haben mit der Benutzung des Kurvenkoordinators, indem sie beispielsweise bei Rollbewegungen eine Anzeige sehen, diese aber als eine Turnanzeige interpretieren.

Ältere, rein mechanische barometrische Variometer funktionieren ohne Hilfsenergie, die Wendezeigerfunktion erforderte jedoch elektrische Antriebsleistung für den Kreiselmotor (zum Beispiel 36V/400Hz Drehstrom). Fällt die Energieversorgung aus, dreht sich der Kreisel dennoch noch einige Minuten weiter, bis keine Anzeige der Winkelgeschwindigkeit mehr möglich ist.
Die Kugellibelle funktioniert ohne Hilfsenergie.

Literatur

• Götsch, Ernst: Luftfahrzeugtechnik, Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8
• Rod Machados's Privat Pilot Handbook. Chapter 2, "Aerodynamics – The wing is the thing". 2001
• Rod Machados's Instrument Pilot's Survival Manual. 1998, ISBN 0-9631229-0-8
• Peter Dogan: Instrument Flight Training Manual. 1999, ISBN 0-916413-26-8
• Jeppesen Sanderson: Privat Pilot Manual. 2001, ISBN 0-88487-238-6