Schiff ahoi! 16.06.2024, 10:29 Uhr

Wie die Fresnel-Linse die Seefahrt revolutionierte

Die Fresnel-Linse wurde vor rund 200 Jahren für Leuchttürme entwickelt. Wir schauen uns die Linse, die einst die Seefahrt revolutionierte und die auch für moderne Technologien genutzt wird, einmal etwas genauer an.

Phare de Cordouan

Der Phare de Cordouan steht auf Höhe der Gironde-Mündung vor der französischen Atlantikküste. Er war 1823 der erste Leuchtturm, der mit einer Fresnel-Linse ausgestattet wurde.

Foto: PantherMedia / MelanieLemahieu

Die Fresnel-Linse revolutionierte die Optik durch ihr segmentiertes Design, das Licht über große Entfernungen bündelt. Sie wurde von einem französischen Ingenieur im 19. Jahrhundert entwickelt und galt damals als Innovation für die Seefahrt, konnte das Leuchtfeuer doch damit viel weiter strahlen. Noch  heute bauen viele moderne Technologien auf die Fresnel-Linse auf, das ist Grund genug, sich mit ihr etwas eingehender zu beschäftigen.

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Die Erfindung der Fresnel-Linse

Die Fresnel-Linse ist eine technische Innovation und hat die Optik revolutioniert. Benannt nach ihrem Erfinder Augustin-Jean Fresnel, einem französischen Physiker und Ingenieur des 19. Jahrhunderts, veränderte diese Linse die Beleuchtungstechnologie und Navigation auf See nachhaltig.

Die Entwicklung der Fresnel-Linse beruhte auf einem steten Bedarf nach effizienteren und leistungsstärkeren optischen Systemen. Zu jener Zeit waren herkömmliche Glaslinsen schwer und dick, was ihre Handhabung und Installation verkomplizierte. Zudem absorbierten und reflektierten solche Linsen einen beträchtlichen Teil des Lichts, was ihre Leistung verringerte.

Fresnel erkannte diese Herausforderungen und entwickelte um 1822 eine bahnbrechende Lösung: das Prinzip der Stufenlinsen. Anstatt eine Linse zu verwenden, die das Licht über ihre gesamte Dicke bricht, teilte Fresnel die Linse in eine Reihe dünner, konzentrischer Stufen auf. Jede Stufe trug dazu bei, das Licht zu brechen und zu fokussieren, wodurch die Gesamtdicke der Linse drastisch reduziert wurde. Diese Erfindung ermöglichte es, dass Fresnel-Linsen trotz ihrer Größe und Lichtstärke relativ leicht und handhabbar blieben.

Die Fresnel-Linse hat nicht nur die Leistung optischer Systeme verbessert, sondern auch die Herstellung von Linsen revolutioniert. Durch die Verwendung von dünneren Materialien und einem effizienteren Design konnten Fresnel-Linsen kostengünstiger hergestellt werden als die traditionellen Glaslinsen. Moderne Kunststoffe des 21. Jahrhunderts verbessern noch einmal die Herstellung dieser sehr dünnen und großflächigen Linsen. Dabei erreichen sie dieselbe Lichtbrechung wie ihre dickwandigen Gegenstücke.

Die Funktionsweise der Fresnel-Linse

Die Funktionsweise der Fresnel-Linse beruht auf ihrem segmentierten Aufbau, der es erlaubt, Licht über weite Distanzen zu bündeln und zu leiten. Statt einer massiven, durchgehenden Linse besteht sie aus einer Reihe konzentrischer ringförmiger Elemente, die sich um einen Brennpunkt gruppieren. Jedes Segment der Linse bricht und fokussiert das Licht auf dieselbe Weise wie eine traditionelle Linse, jedoch trägt jedes Element dazu bei, das Licht zu verstärken und in eine bestimmte Richtung zu lenken.

Die Vorteile dieser Bauweise sind enorm: Durch die Reduktion des Materials und des Gewichts im Vergleich zu herkömmlichen Linsen sind Fresnel-Linsen leichter und einfacher zu handhaben. Gleichzeitig verbessern sie die Lichtstärke und Reichweite von optischen Systemen, da das Licht effizienter gebündelt und fokussiert wird. Insbesondere in Leuchttürmen ermöglicht die Fresnel-Linse ein präziseres und weitreichenderes Lichtsignal.

Der erste Leuchtturm, der die Fresnel-Linse nutzte, war der „Phare de Cordouan“ in Frankreich, der als einer der ältesten Leuchttürme Europas gilt. Er steht an der Mündung der Gironde in den Atlantik und wurde 1823 mit einer Fresnel-Linse ausgestattet. Das verbesserte die Sichtbarkeit des Leuchtturms beträchtlich. Kohlebetriebene Leuchttürme waren zu jener Zeit aus etwa 17 bis 20 Kilometern Entfernung zu sehen – die Fresnel-Linse sorgte für ein viel stärkeres Licht, das bis zu 40 Kilometer weit reichte. Die Fresnel-Linse wurde so zu einem unverzichtbaren Bestandteil der maritimen Sicherheit.

Fresnel-Linse

Blick auf eine Fresnel-Linse in einem alten Leuchtturm. Der stufige Aufbau ist sehr gut zu sehen.

Foto: PantherMedia /
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Die Fresnel-Linse und die Revolutionierung der Seefahrt

Die Neuerung, mit der die Fresnel-Linse daherkam, sorgte für eine breit gefächerte Anwendung in verschiedenen Bereichen. Besonders auf See waren die durch die Fresnel-Linse verbesserten Lichtsignale von entscheidender Bedeutung für die Sicherheit bei der Navigation.

Die globale Verbreitung und die Adoption der Fresnel-Linse waren beeindruckend: Ihre Effektivität und Leistungsstärke führten dazu, dass Fresnel-Linsen in Leuchttürmen auf der ganzen Welt installiert wurden. Von Europa bis Nordamerika, von Asien bis Afrika – Leuchttürme wurden systematisch modernisiert. In Deutschland bekam 1848 der Leuchtturm Darßer Ort die erste Fresnel-Linse. Die Modernisierung ermöglichte Schiffen eine präzisere Positionsbestimmung, selbst bei schlechten Sichtverhältnissen.

Bessere Sicht und höhere Reichweite

Dank der besseren Sichtbarkeit und höhere Reichweite der Leuchtfeuer konnten die Schiffscrews gefährliche Küstenlinien und Untiefen frühzeitig erkennen und umfahren. Kollisionen und Strandungen reduzierten sich deutlich. Die weltweite Verbreitung trug zudem dazu bei, die internationale Seefahrt zu standardisieren und zu vereinfachen.

Unter den berühmten Leuchttürmen, die mit Fresnel-Linsen ausgestattet sind, ist der „Phare d’Eckmühl“ in der Bretagne, Frankreich, nur ein Beispiel. Da er erst im Jahr 1897 eingeweiht wurde, musste er nicht umgebaut werden, sondern bekam von vornherein die „moderne“ Ausstattung. Er ist einer von vielen Leuchttürmen in Frankreichs Westen, die die felsenreiche Küste der Bretagne sichern. Ähnlich bedeutend ist der „Portland Head Light“, der älteste Leuchtturm im US-Bundesstaat Maine. Seit mehr als 200 Jahren schützt er Schiffe vor gefährlichen Felsen entlang der Küste von Maine.

Die Weiterentwicklung der Fresnel-Linse und ihre heutige Bedeutung

Die Weiterentwicklung der Fresnel-Linse hat sich im Lauf der Zeit durch die Einführung modernerer optischer Technologien in Leuchttürmen fortgesetzt. Während Fresnel-Linsen weiterhin in einigen traditionellen Leuchttürmen in Betrieb sind, wurden viele andere Anlagen in den vergangenen Jahren und Jahrzehnten mit weiterentwickelten optischen Systemen ausgestattet. Diese nutzen jedoch weiterhin die Grundprinzipien der Fresnel-Linse – mit Verbesserungen und Anpassungen, um den Anforderungen des 21. Jahrhunderts gerecht zu werden.

Heutzutage spielen moderne Navigationshilfen, die auf den Prinzipien der Fresnel-Linse basieren, eine wichtige Rolle in der Schifffahrt. Diese Technologien verwenden oft LED-Lichtquellen in Verbindung mit fortschrittlichen optischen Designs, um eine noch höhere Lichtintensität und Reichweite zu erreichen. Durch die Verwendung von computergesteuerten Systemen lässt sich das Licht dieser Leuchtfeuer präzise steuern und variieren, um den jeweiligen Anforderungen des Standorts (Flussmündung, Felsenküste, Hafeneinfahrt) und den Wetterbedingungen gerecht zu werden.

Darüber hinaus haben sich Navigationshilfen über die rein optischen Aspekte hinaus weiterentwickelt. Sie besitzen zusätzliche Funktionen wie automatische Überwachung und Fernsteuerung. Satellitengestützte Positionierungssysteme und drahtlose Kommunikation ermöglichen es, die Navigation in Echtzeit zu überwachen und zu kontrollieren. Das bedeutet aber nicht, dass Leuchttürme ausgemustert werden. Zwar haben viele von ihnen heute eher eine museale Bestimmung, doch gerade an neuralgischen Küstenpunkten sind sie nach wie vor nötig. Vor allem dann, wenn die modernen funk- und satellitengestützten Navigationssysteme einmal ausfallen.

Ein Beitrag von:

  • Julia Klinkusch

    Julia Klinkusch ist freiberufliche Texterin und Medizinautorin.

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