Kompass

Kompass, Instrument zur Bestimmung der Himmelsrichtung, das vor allem in der Schifffahrt und in der Erdvermessung (Geodäsie) eingesetzt wird. Es dient z. B. auch bei Expeditionen im freien Gelände als Orientierungshilfe.

Man kennt zwei wesentliche Kompasstypen: den Magnetkompass, der in einfacher Form bereits im 13. Jahrhundert existiert haben soll, und den Kreiselkompass, der Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde. Beim Magnetkompass werden die Himmelsrichtungen mittels einer oder mehrerer Magnetnadeln bestimmt, die unter dem Einfluss des erdmagnetischen Feldes im Allgemeinen auf den magnetischen Pol im Norden zeigen. Der im Gegensatz dazu vom Erdmagnetismus nicht beeinflusste Kreiselkompass enthält einen Kreiselkörper, dessen Drehachse im Prinzip gezwungen wird, in der Horizontalebene zu bleiben. Durch diesen Vorgang richtet sich die Achse des Kreisels in Nordrichtung parallel zu der Drehachse der Erde aus und zeigt somit den geographischen (also tatsächlichen) Norden an.

Bei diesem Kompasstyp bewirkt das erdmagnetische Feld, dass sich die auf einer feinen Spitze gelagerte Magnetnadel in die magnetische Nord-Süd-Richtung ausrichtet. Diese weicht von der geographischen (tatsächlichen) Nord-Süd-Richtung um einen bestimmten Betrag ab, den man als Missweisung (Deklination) bezeichnet. Bei kleineren Modellen bewegt sich die Nadel über die Kompassrose (auch Windrose), auf der die Himmelsrichtungen markiert sind. Größere Modelle sind meistens mit mehreren Magnetnadeln ausgerüstet, häufig an der Unterseite der Kompassrose (siehe Navigation).

Beim Schwimm- oder Fluidkompass liegt die Kompassrose in einem Kompasskessel, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeit setzt die Reibung während der Drehung herab und dient dazu, die durch die Bewegung des Schiffes verursachten Schwingungen der Rose zu dämpfen. Aufgrund dieser Vorteile wird der Schwimmkompass weit häufiger eingesetzt als der Trockenkompass. Bei beiden Typen ist an der Innenfläche des Kessels eine schwarze, vertikale Linie eingezeichnet, die Steuerstrich genannt wird. Der Kurs des Schiffes kann durch Ablesen der Gradzahl an der dem Steuerstrich gegenüberliegenden Seite der Rose festgelegt werden. Die Magnetnadel zeigt den magnetischen Norden nur dann korrekt an, wenn das Schiff frei von magnetischen Störungen ist und sich keine Eisen- bzw. Stahlgegenstände in der Nähe befinden. Mit Hilfe eines Systems von Magneten erreicht man die Kompensation dieser störenden Einflüsse.

Zur Bestimmung der genauen Nord-Süd-Richtung auf dem Magnetkompass muss auch die Missweisung ausgeglichen werden. Die Größe dieses Abweichungswinkels zwischen der magnetischen Nord-Süd-Richtung und der geographischen Nord-Süd-Richtung ist je nach geographischer Ostwestrichtung und damit nach Uhrzeit veränderlich. Der Umfang, die Richtung und die jährlichen Veränderungen der Missweisung wurden für die meisten Orte der Erdoberfläche festgelegt und diese Werte in allen Tabellen verzeichnet. Plötzliche, unvorhergesehene Veränderungen der Missweisung treten hauptsächlich in den höheren Breitengraden infolge von erdmagnetischen Stürmen auf (siehe Geophysik).

In der Luftfahrt ist der in der Seefahrt übliche Magnetkompass aufgrund der von plötzlichen Wendemanövern und Beschleunigungen des Flugzeuges verursachten Fehlanzeigen nicht zuverlässig. Um derartigen Fehlern entgegenzuwirken, sind die Sonderausführungen der Luftfahrtkompasse mit magnetischen Richtungseinheiten ausgerüstet, die u. a. durch Pendel und Kreisel gegen die Bewegungen der Fahrzeuge stabilisiert werden. Ein wichtiges Modell der kreiselstabilisierten Magnetkompasse arbeitet nach dem Prinzip der magnetischen Induktion (Erdinduktionskompass). Dieser Kompasstyp enthält das richtungsempfindliche Magnetometer aus einer Induktionsspule mit entsprechenden Windungen. Damit sind die Richtungsänderungen proportional (verhältnisgleich) zu der durch das erdmagnetische Feld induzierten (verursachten) Spannung. Wenn die Spule in eine Lage gebracht wird, in der keine Spannung messbar ist, steht die Spulenachse parallel zu den Feldlinien des Erdmagnetfeldes und zeigt letztendlich die Missweisung an.

Dieses Navigationsgerät kann einen oder mehrere Kreisel enthalten und wird in der Seefahrt auf allen großen Schiffen verwendet. Beim Kreiselkompass macht man sich die Erdrotation zunutze, um die geographische Nordrichtung zu finden. Wie bereits oben angedeutet, enthält dieses Gerät einen (mit etwa 20 000 Umdrehungen pro Minute) rotierenden Kreiselkörper. Die besondere Aufhängung des Kreisels zwingt seine Drehachse in die Horizontalebene, d. h., aufgrund der Kreiselgesetze stellt sich die Drehachse parallel zur Erdrotationsachse. Die Richtung der Erdrotationsachse entspricht im Grunde der geographischen Nordrichtung. Die Horizontalebene ändert ihre Lage aufgrund der Erddrehung. Weil aber die Kreiseldrehachse durch ein Gewicht mit der Ebene verbunden ist, kann sich die Drehachse nur in Richtung der geographischen Nordrichtung einstellen. Deshalb ist der Kreiselkompass nicht vom Erdmagnetismus abhängig. Er ist meist mit Korrekturgeräten für Abweichungen in Ostrichtung, die durch die Erddrehung bedingt werden, sowie für Geschwindigkeits- und Kursabweichungen ausgestattet. Bei den meisten Hochseeschiffen ist der Kreiselkompass durch eine elektrische Verbindung mit einem Autopiloten gekoppelt, einem Selbststeuergerät, welches das Schiff in Übereinstimmung mit den vom Kreiselkompass erhaltenen Signalen auf Kurs hält.