Kompassnadel

Kompass

Der Kompass (Plural Kompasse, siehe dazu den entsprechenden Abschnitt; 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, der anhand des Erdmagnetfelds die Bestimmung der magnetischen Nordrichtung und daraus aller anderen Himmelsrichtungen erlaubt. Andere Ausführungen sind elektronische Kompasse auf Basis von Hall-Sensoren oder Fluxgate-Magnetometern; mit letzteren kann man Betrag und Richtung des Erdmagnetfeldes auf ein 1/100.000 des Absolutwerts genau bestimmen.

Ganz ohne Ausnutzung des Erdmagnetfeldes arbeiten Kreiselkompasse, die aufgrund ihrer Wirkungsweise die Richtung auf die geografische Nord-Süd-Richtung bezogen und nicht relativ zur Lage der Magnetpole der Erde ermitteln.

Ein Kompass mit Peilvorrichtung wird auch Bussole genannt. Meist wird dieser Begriff in der Vermessungstechnik für Präzisions-Peilkompasse verwandt, manchmal wird aber auch der einfache Marschkompass so genannt.^[2]

Geschichte

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

Kompassrose von 1607

Schiffskompass in einer Kardanischen Aufhängung

Vor der Erfindung des Kompasses orientierten sich die Seefahrer an Sternen, an Landmarken, an der Tiefe des Meeres 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 (nasser Kompass), die Südweiser genannt wurde. Tatsächlich zeigt der chinesische Kompass nicht nach Norden, sondern nach Süden. 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 den Chinesen übernommen noch von den Arabern vermittelt worden war.^[4][3] Bei den Arabern lässt sich der nasse Kompass sogar erst einhundert Jahre nach Alexander Neckams Erwähnung nachweisen.^[5]

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.^[3] 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.^[6]

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.^[3] 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.^[3] 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,^[7] und im Tiroler Bergbau gehörte er in der zweiten Hälfte des 15. Jh. zur Standardausrüstung.^[8] Das Bergbüchlein des deutschen Mineurs Ulrich Rülein von Calw kann als eine erste theoretische Abhandlung über den unterirdischen Einsatz des Kompasses gelten.^[8]

Aufbau und Funktionsweise von Magnetkompassen

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.

Nord- oder Südpol?

Immer wieder führt die Frage zu Verwirrung, ob im Norden der Erde nun der magnetische Nord- oder der magnetische Südpol liege. Ein Blick in die Geschichte hilft, den Sachverhalt zu verstehen.

Als man die Sache mit der Magnetit-Nadel entdeckte, nannte man das Ende der Nadel, das nach Norden zeigte, naheliegenderweise den Nordpol der Nadel. Erst sehr viel später erkannte man den Grund des Effekts und dass sich bei Magneten immer gegensätzliche Pole anziehen. Da war aber die Bezeichnung der Polarität bereits definiert. Daher hat die Erde, physikalisch gesehen, im Norden einen magnetischen Südpol.

Der korrekte Sprachgebrauch hängt nun vom Zusammenhang ab:

• Für den Physiker hat die Erde im Norden einen magnetischen Südpol.

• Für alle anderen liegt im Norden selbstverständlich der Nordpol, und da gilt es zu unterscheiden zwischen dem geografischen und dem magnetischen.

Je nach Zusammenhang können also beide Bezeichnungen richtig sein.

Zur Umgehung dieses sprachlichen Problems werden in jüngerer Zeit auch die Termini „arktischer Magnetpol“ und „antarktischer Magnetpol“ verwendet.

Teilung der Kompassrose

Grundsätzlich werden Kompassrosen in gleichgroße Kreissegmente zerteilt. Bei den am meisten verwendeten Einheitssystemen sind das bei Grad 360 Teilbereiche, bei Gon 400 Teilbereiche und bei Mil 6400 Teilbereiche, wobei nur die Hunderter eingezeichnet werden (Marschzahl). Der nautische Strich teilt den Kreis in 32 Segmente. Er wird heute in der Navigation nicht mehr benutzt, bestimmt aber weiterhin die Lichterführung und die Vorfahrtsregeln.

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 verändern ihre Lage im Verlauf der Zeit, weil der Erdmagnetismus auf veränderlichen Strömungen im metallischen Erdkern beruht. Zusätzlich wird der Verlauf der magnetischen Feldlinien von den örtlichen geologischen Gegebenheiten (z. B. eisenhaltiges Gestein) beeinflusst. 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. Solche 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). Dieses Verfahren nennt man kompensieren. Dazu wird das Fahrzeug (Schiff) langsam um die durch den Kompass führende Hochachse gedreht, die optische Peilung einer in ihrer geografischen Ausrichtung bekannten Linie (z. B. Richtfeuer) beobachtet und mit der Kompassanzeige verglichen. Die Werte werden notiert, und mittels obiger Vorrichtungen so klein wie möglich gehalten. Restfehler werden in der Deviationstabelle festgehalten. Die Kompensation wird nach Werftaufenthalten (Schweißarbeiten) wiederholt oder bei voller Stahlladung gemacht. Verbleibende Anzeigefehler (die unter 5° liegen sollen) werden in eine Deviationstabelle eingetragen, von der dann zu jedem Kompasskurs die dazugehörige 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°. Mit anderen Worten, die Vertikalkomponente des Magnetfelds ist rund doppelt so groß wie die Horizontalkomponente.

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 Wanderkompassen 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 zeigt der Magnetkompass bei Beschleunigungen falsche Werte an. Diesen Effekt nennt man „Beschleunigungsfehler“ (bei geradliniger Beschleunigung) bzw. „Drehfehler“ (beim Kurvenflug). Beim unbeschleunigten Steig- oder Sinkflug tritt hingegen, trotz oft gelesener anderer Aussagen, kein Anzeigefehler auf.

Dieser Anzeigefehler entsteht dadurch, dass beim allgemein üblichen „Schnapskompass“ der Schwerpunkt tiefer liegt als der Aufhängepunkt. Bei Beschleunigungen kippt daher der Kompass, wodurch die vertikale Komponente des Magnetfelds den Nordpol des Kompassmagneten nach unten ziehen kann, wodurch die Anzeige verfälscht wird. Eine Kurve ist daher auf nördlichen Kursen früher, auf südlichen später auszuleiten als der Kompass anzeigt. (Das gilt auf der Nordhalbkugel, im Süden ist der Effekt entgegengesetzt.)

Es gibt beschleunigungs- und drehfehlerfreie Kompasse. Die bekannteste Bauart ist wohl jene, die allgemein unter dem Namen „Bohli-Kompass“ bekannt ist. Der Bohli-Kompass wird so genannt, weil er von der Schweizer Firma Bohli-Magnete entwickelt wurde, die ihn auch als einzige Firma herstellt und verkauft. Etwas weniger bekannt, aber in der Funktionalität gleichwertig ist der von der deutschen Firma Schanz Feinwerktechnik, Schopfheim, entwickelte „Schanz-Kompass“ (Typen SK 75 und SK 80). Bohli- und Schanz-Kompass sind speziell für Segelflugzeuge entwickelt worden, und dort insbesondere für den Einsatz im Wolkenflug. Diese Kompasse haben aber auch Nachteile, so müssen sie jeweils von Hand der Querlage des Flugzeugs angepasst werden. Da der Wolkenflug heute im Wettbewerb allgemein verboten ist, sind sie heute auch in Segelflugzeugen nur noch selten anzutreffen. Außerhalb der Segelflugszene sind diese Kompasse kaum bekannt.

Im Motorflug werden Kurven allgemein nach dem (drehfehlerfreien) Kurskreisel geflogen, so dass der Kompassdrehfehler hier kaum von praktischer Bedeutung ist.

Hauptartikel siehe: Kompassfehler

Pluralform

Der Plural von Kompass lautet Kompasse (Quelle: Duden und andere). Diese Form leuchtet auch etymologisch unmittelbar ein: Das ursprüngliche italienische Wort Compasso hat den Plural Compassi, was eingedeutscht zu Kompass, Kompasse wird.

Gelegentlich trifft man auf die Pluralform Kompanten. Diese Pluralbildung ist falsch und lässt sich in keinem Wörterbuch nachweisen. Vermutlich ist sie als Analogie zu Atlas-Atlanten entstanden. Diese Analogie ist jedoch nicht anwendbar, da Atlas ein griechischer Eigenname ist und somit völlig andere Deklinationsformen hat.

Vereinzelt wird auch das Wort Kompand als Synonym zu Kompass angetroffen (woraus sich dann die Pluralform Kompanden ergäbe). Auch diese Form kann weder in einem Wörterbuch noch in einem technischen Lexikon nachgewiesen werden, die einzigen „Beleg“-Stellen sind Texte im Internet.

Behelfsmäßiger Kompass

Für einen behelfsmäßigen Kompass wird zunächst die Nordrichtung bzw. Südrichtung am Horizont gesucht und von dort ausgehend der entsprechende Winkel mittels Daumenpeilung abgeschätzt. So befindet sich z. B.

• 50° zwei gespreizte Hände zu je 20° und eine Faust mit 10° östlich, d. h. „rechts“, der Nordrichtung,
• 300° dreimal eine gespreizte Hand westlich der Nordrichtung.

Bilder

Bussole der Schweizer Armee mit 6400°-Teilung (siehe Mil)	Kompass einer Segelyacht	Kompass der US-Army mit 2 Skalen (Mil und Grad)	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 Prisma (Skalen)	Kompass mit Prisma (Peilung 220° durch die Optik)
Handgelenkkompass des sowjetischen Heeres mit zwei Skalen: 60 und 360° (unter den Zahlen 15°, 30° und 45° der äußeren Skala jeweils die russischen Buchstaben "3" (sapad = West), "Ю"(jug = Süd) und "B" (wostok = Ost)	Kompass mit 400 Gon-Teilung und Umrechnungstabelle	Landvermesser-Kompass mit Neigungsmesser	Geologenkompass nach Prof. Clar

Siehe auch

• Geologenkompass
• Sonnenkompass
• Bussolentachymeter
• künstlicher Horizont
• Terrestrische Navigation
• Flugnavigation

Literatur

• Wolfgang Linke: Orientierung mit Karte, Kompass, GPS. Bielefeld 2008
• 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. Gebr. Mann, Berlin 1998.
• Christian Rohr: Kompass, Papier und Schießpulver, Salzburg 2003

Belege

1. ↑ Pluralbildung und Wortherkunfts Diskussion bei leo.org
2. ↑ Bussole in Meyers Konversationslexikon
3. ↑ ^{a b c d e} Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Metalle und Macht. 1000 bis 1600. Berlin, Frankfurt/Main: Propyläen Ullstein, 1992.
4. ↑ Christian Rohr: Kompass, Papier und Schießpulver, Salzburg 2003.
5. ↑ Kreutz, Barbara M.: Mediterranean Contributions to the Medieval Mariner’s Compass, Technology and Culture, 14, 1973.
6. ↑ Uta Lindgren: Europäische Technik im Mittelalter 800–1400. Tradition und Innovation. Berlin: Gebr. Mann, 1998.
7. ↑ Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Propyläen Technikgeschichte. Metalle und Macht 1000–1600, Berlin 1997, S. 62–64, ISBN 3-549-05633-8
8. ↑ ^{a b} Karl-Heinz Ludwig, Volker Schmidtchen: Propyläen Technikgeschichte. Metalle und Macht 1000–1600, Berlin 1997, S. 64, ISBN 3-549-05633-8

Weblinks

• Reich bestückte virtuelle Museen:
• Kite Farm’s virtual compass museum
  
• Internet Kompass-Museum (dreisprachig DE / FR / EN)

• „Wie verhält sich mein Kompass in Australien?“
• Die Uhr als Kompass – eine Fehlerbetrachtung