Bei einem Schiffahrtszeichen für Wasserstraßen mit einem Radarreflektor (14), der aus Reflexionsflächen (21.1, 21.2, 21.3) trichterartig mit Trichteröffnung (22) zusammengesetzte Reflexionstrichter zur Reflexion von über die Trichteröffnung (22) einfallenden Radarwellen aufweist, ist zur Verhinderung einer Verschlechterung der Reflexionseigenschaften und des Zielmaßes des Radarreflektors (14) bei rauhem Wetter mit Sturm, Regen, Gischt oder Schnee und zum mechanischen Schutz des Radarreflektors (14) gegen Wellenschlag und Sturzseen der Radarreflektor (14) von einem Hüllkörper (15) mit einer die Trichteröffnungen (22) überdeckenden Hüllkörperwandung (25) umgeben. Die Hüllkörperwandung (25) ist mindestens im Bereich der Trichteröffnungen (22) für Radarwellen mit üblicherweise zur Navigation verwendeten Radarfrequenzen transparent ausgebildet (Fig. 2).
Beschreibung[de]
Die Erfindung betrifft ein Schifffahrtszeichen für Wasserstraßen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Schifffahrtszeichen werden zur Markierung von Wasserstraßen und/oder
Gefahrenstellen eingesetzt und dienen den die Wasserstraßen befahrenden Schiffen
zur Orientierung und Navigation. In küstennahen Seegebieten werden die Schifffahrtszeichen
als sog. Seezeichen, wie Tonnen oder Bojen, eingesetzt und machen das für den
Schiffsverkehr vorgeschriebene Fahrwasser kenntlich. Durch Farbgebung und Befeuerung
sind die Schifffahrtszeichen bei Wetterbedingungen mit guter Sicht visuell gut zu
erkennen. Für nächtlichen Schiffsverkehr und für ungünstige
Wetterlagen mit ungenügenden Sichtverhältnissen sind Schifffahrtszeichen
zusätzlich mit Radarreflektoren ausgestattet, die eine Orientierung und Navigation
mittels schiffsgestützter Radaranlagen ermöglichen und so zur Sicherheit
im Schiffsverkehr beitragen.
Radarreflektoren arbeiten im allgemeinen mit rechtwinklig zueinander
angeordneten Reflexionsflächen, z.B. nach dem Prinzip der Tripelspiegel, die
einfallende Radarwellen in die Einfallsrichtung zurückreflektieren. Solche
Radarreflektoren sind üblicherweise geschweißte Blechkonstruktionen mit
metallischen Reflexionsflächen, die zum Schutz gegen aggressive Umwelteinflüsse,
wie Regen und Seewasser, mit einem Farbanstrich versehen sind. Dieser Farbanstrich
gehört gleichzeitig zur Kennung des Schifffahrtszeichens.
Ein bekannter Radarreflektor (DE
2 308 701 A1) besteht aus einem geometrischen Gebilde, dessen metallische
Reflexionsflächen wie die drei Diagonalflächen eines auf die Spitze gestellten
Würfels angeordnet und damit jeweils in einem Winkel von 90° zueinander
ausgerichtet sind.
Ein ebenfalls bekannter Radarreflektor (DE
2 308 701 A1) besteht aus acht Tripelspiegeln, deren Reflexionsflächen
von den Kreisflächen einer im Äquator und in zwei zueinander senkrecht
stehenden Meridianen geschnittenen Kugel gebildet sind, wobei die Schnittflächen
mit Reflexionsblechen belegt sind. Die mit ihren Trichteröffnungen nach außen
weisenden acht Tripelspiegeln ergeben einen Radarreflektor mit kugelförmiger
Umrisslinie.
Die Reflexionseigenschaften solcher Radarreflektoren verschlechtern
sich dann, wenn z.B. bei Sturm oder starkem Wind Regen, Schnee oder Salzwasser in
die Trichter des Radarreflektors hineingedrückt wird. Dadurch verändert
sich die reflektierende Geometrie der Reflexionsflächen, und die reflektierten
Radarwellen werden nicht genau wieder in Einfallsrichtung der Radarwellen zurückgeworfen,
so dass die auf dem Radarbild dargestellten Radarechos verschmiert sind und sich
nur wenig vom allgemeinen Störhintergrund abheben. Der sog. Rückstrahlquerschnitt
des Radarreflektors kann auf diese Weise so drastisch sinken, dass die Radarechos
von der sendenden Radaranlage nicht mehr empfangen werden und aus dem Radarbild
gänzlich verschwinden. Dies ist insbesondere deswegen schwerwiegend, weil gerade
bei extrem schlechten Wetterbedingungen die Schifffahrt auf zuverlässige Radarunterstützung
angewiesen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schifffahrtszeichen
der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass Wettereinflüsse die Reflexionseigenschaften
der Radarreflektoren und damit deren Zielmaß nicht oder nur unbedeutend verschlechtern.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Schifffahrtszeichen hat den Vorteil,
dass der Hüllkörper einen wirksamen Schutz der Reflexionsflächen
des Radarreflektors gegen Sturm, Starkwind, Regen, Schneetreiben, Gischt und Salzwasser
bietet. Bei Seegang und Regen übliche Störechos, sog. Clutter, der in
Radaranlagen zu einem extrem schlechten Nutz-/Störverhältnis von Radar-Empfangssignalen
führt, verdecken aufgrund der durch den Hüllkörper jetzt ungestörten
Reflexionseigenschaften des Radarreflektors nicht mehr das Radarecho des Schifffahrtszeichens,
so dass die Markierung der Wasserstraße sich deutlich auf dem Radarbild hervorhebt.
Durch die für Radarwellen transparente Ausbildungen zumindest der die Trichteröffnungen
überdeckenden Bereiche des Hüllkörpers, wobei die Radarwellentransparenz
auf die für die Schiffsnavigation üblicherweise eingesetzten Radarfrequenzen
abgestimmt ist, ist sichergestellt, dass die Radarwellen umgedämpft die Reflexionsflächen
erreichen, die Reflexionsfähigkeit des Radarreflektors erhalten bleibt und
die Radarwellen nicht negativ beeinflusst werden. Selbst bei extrem schlechten Wetterbedingungen
bleiben Radarechos im Radarbild gut sichtbar und heben sich deutlich aus dem allgemeinen
Störhintergrund ab. Da auch bei ungünstigen Wetterlagen das vom Schifffahrtszeichen
gelieferte Radarecho kaum ausfällt und stets erkennbar bleibt, kann ein automatischer
Zieldetektor für die Verfolgung (tracking) des Schifffahrtszeichens eingesetzt
werden, was die Sicherheit der Schiffsnavigation wesentlich erhöht.
Darüber hinaus bietet der Hüllkörper einen Schutz gegen
jede Art von mechanischer Beschädigung des Radarreflektors, wie sie z.B. durch
Wellenschlag, Sturzwellen oder aggressive Umwelteinflüsse, wie Salzwasser etc.,
entstehen, so dass einerseits Wartungsarbeiten zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit
des Schifffahrtszeichens deutlich eingeschränkt werden können und andererseits
sich die Lebensdauer des Schifffahrtszeichens wesentlich verlängert. Der Windwiderstand
des Schifffahrtszeichens, zu dem auch der Radarreflektor einen nicht unwesentlichen
Beitrag leistet, wird durch den den Radarreflektor umgebenden Hüllkörper
deutlich gesenkt, so dass bei Sturm oder starkem Wind eine Krängung des Schifffahrtszeichens
deutlich kleiner ausfällt.
Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Schifffahrtszeichens mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
weist die Hüllkörperwandung mindestens eine feste Tragschicht aus Kunststoff
auf. Der Kunststoff besitzt neben seiner Durchlässigkeit für Radarwellen
eine geringe Sprödigkeit und eine ausreichende Elastizität, um bei extremem
Seewetter nicht beschädigt zu werden. Die Festigkeit der Tragschicht, die im
Hinblick auf Wellenschlag und Sturzseen ausgelegt werden muss, wird durch Einlagerung
elektrisch nicht leitender Faser, vorzugsweise in Form einer Fasermatte, die als
Gewebe, Gewirk, Gelege oder Filz ausgeführt ist, wesentlich erhöht. Als
Kunststoff wird vorzugsweise Epoxydharz mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten
im Bereich von &egr;R = 3,5 verwendet. Die Fasern oder Fasermatten
bestehen aus Glas, wobei zur Aufrechterhaltung der guten Radarwellen-Transparenz
der festen Kunststoff-Tragschicht ein Glas zugesetzt wird, das eine ähnlich
geringe Dielektrizitätskonstante aufweist, wie Quarzglas, D-Glas oder S-Glas.
Diese Gläser haben einen Brechungsindex, der im unteren Bereich der Brechungsindizes
von Gläsern liegt. Der Glasanteil der glasfaserverstärkten Kunststoff-Tragschicht
beträgt etwa 50%.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist die Tragschicht zumindest auf ihrer Außenseite mit einer vorzugsweise seewasserresistenten
Schutzschicht aus einem Kunststoff überzogen, die als sog. Gelcoat ausgeführt
ist. Die Schutzschicht ist extrem dünn, so dass sie eine im Vergleich zur Schichtdicke
der Tragschicht nur sehr kleine Schichtdicke aufweist, die nur ein Bruchteil der
Schichtdicke der Tragschicht beträgt. Besteht die feste Tragschicht aus Epoxydharz
oder glasfaserverstärktem Epoxydharz, so wird für die Schutzschicht ebenfalls
ein Epoxydharz als Gelcoat verwendet, dessen relative Dielektrizitätskonstante
&egr;R gleich dem des Epoxydharzes der Tragschicht ist. Die Schutzschicht
verhindert eine Wasseraufnahme der Tragschicht aus Kunststoff. Vorzugsweise ist
eine gleiche Schutzschicht auch auf der dem Reflektor zugekehrten Innenseite der
Tragschicht aufgebracht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist die äußere Schutzschicht mit einer Signalfarbe eingefärbt, die
der erforderlichen Kennung des Schifffahrtszeichens dient.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
wird die Dicke der Hüllkörperwandung abhängig von den Wellenlängen
der zur Navigation üblicherweise verwendeten Radarfrequenzen, vorzugsweise
für Radarwellen mit 3 GHz und 9 GHz, von der mittleren relativen Dielektrizitätskonstanten
&egr;R des verwendeten Materials der Hüllkörperwandung oder
dem mit dieser in festem Zusammenhang stehenden, mittleren Brechungsindex der Hüllkörperwandung
bemessen. Dies hat den Vorteil, dass die Transparenz der Hüllkörperwandung
für Radarwellen weitgehend optimiert ist und die vom Radarreflektor reflektierten
Radarechos durch den Hüllkörper nicht gedämpft oder verzerrt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
wird die Dicke der Hüllkörperwandung im Bereich einer Trichteröffnung
eines Trichters in Umfangsrichtung variiert, wobei die Dicke von der Mitte der Trichteröffnung
ausgehend zu den beiden in Einbaulage vertikal verlaufenden Rändern der Trichteröffnung
hin zunimmt. Diese Zunahme beträgt beispielsweise ca. 1 mm, kann aber durch
Berechnung in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel der Radarwellen optimiert
werden. Dies hat den Vorteil, dass auch im Randbereich der Trichteröffnungen
einfallende und reflektierte Radarwellen sich konstruktiv überlagern, so dass
das Zielmaß des Radarreflektors im gesamten Winkelbereich der von einem Tripelspiegel
reflektierten Radarwellen nahezu gleich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
sind außen an der Hüllkörperwandung, die ein Hohlzylinder oder vorzugsweise
ein sich nach unten verjüngender Hohlkonus ist, querschnittskleine Stege vorhanden,
die auf der Außenseite der Hüllkörperwandung von dieser abstehen.
Die vorzugsweise unregelmäßig, z.B. gezackt, geformten
Stege verlaufen entlang den der Innenseite der Hüllkörperwandung zugekehrten,
von oben nach unten sich erstreckenden Seitenrändern der Trichteröffnungen
der Tripelspiegel und fluchten mit diesen in Radialrichtung. Diese querschnittskleinen
Stege bilden äußere Abrisskanten von geringer Erhebung gegenüber
der sonst glatten Hüllkörperwandung und verkleinern einerseits den Strömungswiderstand
gegen Wasser, Wellen und Wind und damit die Belastung des Hüllkörpers
und verhindern andererseits die Ausbildung von Karmannwirbeln. Eine auf der Außenfläche
der Hüllkörperwandung sich ausbildende, dünne Wirbelschicht sorgt
für einen gleichmäßigen Ablauf von Regen und Seewasser.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer an einer Wasserstraße
verankerten Boje mit einem von einem Hüllkörper umschlossenen Radarreflektor,
2 eine Seitensicht des Radarreflektors mit im Längsschnitt
dargestellten Hüllkörper,
3 einen Schnitt des Hüllkörpers längs
der Linie III-III in 2,
4 eine perspektivische Seitenansicht des Radarreflektors
in 2,
5 eine stark vergrößerte Darstellung des
Ausschnitts V in 3,
6 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts
VI in 3.
In 1 ist ein Schifffahrtszeichen, im
Einsatz auf See oder in küstennahen Seegebieten auch Seezeichen genannt, perspektivisch
dargestellt, das zur Markierung eines Fahrwassers 10 in einem Seegebiet
eingesetzt ist. Das Seezeichen ist eine Tonne oder Boje 11, die einen Schwimmkörper
12 und einen auf der Oberseite des Schwimmkörpers 12 emporragenden
Bojenschaft 13 aufweist. Der Schwimmkörper 12 ist am Meeresgrund
verankert und infolge seines Auftriebs aufgeschwommen, so dass der Bojenschaft
13 weit über die Wasseroberfläche emporragt. Auf die freie Stirnseite
des Bojenschafts 13 ist ein Radarreflektor 14 (2
und 4) aufgesetzt, der von einem Hüllkörper
15 umgeben ist. Oberhalb des Radarreflektors 14 sind auf dem Bojenschaft
13 eine Tonnen- oder Bojennumerierung 16 sowie eine Befeuerung
17 angebracht. Die Befeuerung 17 besteht aus einer Signallampe
18, die von Solarzellen 19 gespeist wird.
Radarreflektor 14 und Hüllkörper 15 sind
separate Bauteile (2 bis 4)
und am Bojenschaft 13 getrennt befestigt. Der Hüllkörper
15 wird dabei über hier nicht dargestellte Flansche oberhalb und unterhalb
des Radarreflektors 14 so befestigt, dass der Radarreflektor
14 wassergeschützt von dem Hüllkörper 15 umschlossen
ist. Radarreflektor 14 und Hüllkörper 15 können
aber auch als bauliche Einheit ausgeführt sein, die auf den Bojenschaft
13 unterhalb der Bojennumerierung 16 und Befeuerung
17 montiert wird.
Der Radarreflektor 14 ist in 4
in perspektivischer Ansicht und in 2 in Seitenansicht
dargestellt. Er besitzt eine Mehrzahl von Reflektortrichtern mit radial nach außen
weisender Trichteröffnung 22, die um Umfangswinkel zueinander versetzt
um die mit der Achse des Bojenschafts 13 fluchtende Hochachse des Radarreflektors
14 herum angeordnet sind. Jeder Reflektortrichter ist konstruktiv so ausgebildet,
dass über die Trichteröffnung 22 einfallende Radarwellen wieder
in Einfallsrichtung reflektiert werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Reflektortrichter
sog. Tripelspiegel 20. Jeder Tripelspiegel 20 wird von drei senkrecht
zueinander angeordneten Reflexionsflächen 21.1, 21.2 und
21.3 gebildet. Die in Einbaulage etwa vertikal sich erstreckenden beiden
Öffnungsränder 22.1, 22.2 und der in Einbaulage etwa
horizontal verlaufende Öffnungsrand 22.3der Trichteröffnung
22 werden dabei von den nicht aneinanderstoßenden Kanten der drei
Reflexionsflächen 21.1, 21.2 und 21.3 gebildet.
In Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Tripelspiegel 20 sind um 180°
gegeneinander gedreht angeordnet. Die Tripelspiegel 20 sind als Blechteile
ausgeführt und in einer Trägerkonstruktion aus Blech gehalten. Die Trägerkonstruktion
weist an ihren beiden Stirnenden jeweils eine kreisrunde Blechplatte 23
bzw. 24 auf.
Der den Radarreflektor 14 umgebende Hüllkörper
15 weist eine Hüllkörperwandung 25 auf, die alle Trichteröffnungen
22 der Tripelspiegel 20 abdeckt und wenig über die obere
und untere Blechplatte 23, 24 übersteht. Die Hüllkörperwandung
25 ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel als. Hohlkonus mit
einem duchmessergrößeren Grundkreis und einem duchmesserkleineren Deckkreis
ausgeführt, wobei in Einbaulage des Hüllkörpers 15 der Deckkreis
unterhalb des Grundkreises liegt. Alternativ kann die Hüllkörperwandung
25 auch als gerader Hohlzylinder ausgeführt werden. Durch die vorzugsweise
konische Form der Hüllkörperwandung fließen Regen
und Schnee wesentlich schneller und effizienter vom Hüllkörper
15 ab als bei einer hohlzylindrischen Hüllkörperwandung. Wie
in der Schnittdarstellung der 3 und in der perspektivischen
Ansicht in 1 zu sehen ist, stehen von der Außenseite
der Hüllkörperwandung 25 querschnittskleine Stege 26
ab. Die Stege 26 verlaufen entlang den der Innenseite der Hüllkörperwandung
25 zugekehrten, von oben nach unten sich erstreckenden Seitenrändern
22.1 und 22.2 der Trichteröffnungen 22 und fluchten
mit diesen in Radialrichtung. Da die Seitenränder 22.1 und
22.2 unter einem spitzen Winkel zueinander verlaufen, und die Trichteröffnungen
22 von benachbarten Tripelspiegeln 20 um 180° gegeneinander
gedreht sind, besitzen die Stege 26 den auf der Außenfläche der
Hüllkörperwandung 25 in 1 zu sehenden,
schrägen Verlauf. Die Stege 26 sind vorzugsweise unregelmäßig
geformt, z.B. als kleine Zähne oder Zacken ausgebildet, und bilden Abrisskanten,
die einerseits die Belastung des Hüllkörpers 15 durch Windströmungskräfte
drastisch verkleinern und andererseits die Bildung von Karmannwirbeln auf der Oberfläche
des Hüllkörpers 15 verhindern. Durch die Anordnung der Stege
26 im Verlauf der Seitenränder 22.1 und 22.2 der
Trichteröffnungen 22 wird die Transparenz der Hüllkörperwandung
25 für Radarwellen nicht beeinträchtigt.
In 6 ist ein an der Hüllkörperwandung
25 angeformter Steg 26 im Schnitt vergrößert dargestellt.
Der Steg 26 mit der Breite s und Höhe h ist stirnseitig eben und geht
über einen Rundungsradius in die Hüllkörperwandung 25 über.
Eine Strömung 30 von Wasser oder Wind wird im Bereich des vorderen
Rundungsradius beschleunigt, reißt an der Kante 31 ab und wird auf
der von der Strömung 30 abgekehrten Seite des Stegs 26 im
hinteren Rundungsradius bereits langsamer. Dadurch entsteht in dem von der Strömung
30 abgekehrten Bereich des hinteren Rundungsradius des Stegs
26 ein höherer Druck, und die Strömung reißt von der Oberfläche
der Hüllkörperwandung 25 gezielt ab. Damit wird einerseits die
Belastung des Hüllkörpers 15 verringert und fließt andererseits
Wasser gleichmäßig und schnell von der Hüllkörperwandung
25 ab.
In 5 ist ein stark vergrößerter
Ausschnitt der Hüllkörperwandung 25 im Schnitt dargestellt. Die
Hüllkörperwandung 25 weist eine feste Tragschicht 27
und zwei seewasserresistente Schutzschichten 28, 29 auf. Die Schutzschichten
28, 29 sind als Gelcoat ausgeführt und weisen eine Schichtdicke
w auf, die nur einen Bruchteil der Schichtdicke d der Tragschicht 27 beträgt.
Die Tragschicht 27 bestimmt im wesentlichen die Festigkeit und Stabilität
des Hüllkörpers 15, während die Schutzschichten
28, 29 eine Wasseraufnahme der Tragschicht 27 verhindern.
Als Kunststoff für die Tragschicht 27 wird ein Epoxydharz mit einer
relativen Dielektrizitätskonstanten von ungefähr &egr;R =
3,5 verwendet. Zur Erhöhung der Festigkeit der Tragschicht 27 sind
in das Epoxydharz elektrisch nicht leitende Fasern, vorzugsweise in Form einer Fasermatte,
die als Gewebe, Gewirke oder Gelege ausgeführt ist, eingelegt. Dabei wird vorzugsweise
als Fasermaterial Glas verwendet, dessen relative Dielektrizitätskonstante
&egr;R im unteren Bereich liegt und sich an der relativen Dielektrizitätskonstanten
&egr;R des Kunststoffs bzw. Epoxydharz der Tragschicht 27
orientiert. Solche Gläser sind Quarzglas, D-Glas oder S-Glas, deren Brechungsindex
im unteren Bereich der Brechungsindizes aller Glassorten liegt. Anstelle von Epoxydharz
für die Tragschicht 27 können auch andere Kunststoffe verwendet
werden, wie Polyesterharz, Thermoplasten, Polyethylene oder Polybuthene. Wesentlich
für die Auswahl des Kunststoffs ist die relative Dielektrizitätskonstante
&egr;R, die die Wirkung des Materials auf den Verlauf der einfallenden
Radarwellen bestimmt. Bei Verwendung von zweikomponentigen Epoxydharzen für
die Tragschicht 27 wird als Material für die Schutzschichten
28, 29 vorteilhaft ebenfalls Epoxydharz verwendet. Mindestens
die äußere Schutzschicht 28 ist eingefärbt, und zwar vorzugsweise
mit einer leuchtenden Signalfarbe, um das Schifffahrtszeichen auf größerer
Entfernung visuell besser erkennbar zu machen.
Die Dicke D der Hüllkörperwandung 25 wird so bemessen,
dass die Transparenz für den zur Navigation üblicherweise verwendeten
Radarfrequenzbereich am größten ist. Üblicherweise werden Radarfrequenzen
von 3 GHz und 9 GHz verwendet. Die Dicke der Hüllkörperwandung
25 ist dabei abhängig von der mittleren relativen Dielektrizitätskonstante
&egr;R
bzw. dem mittleren Brechungsindex
n
der Hüllkörperwandung 25, wobei der Zusammenhang
besteht.
Zur Erläuterung der Bemessung der Dicke D der Hüllkörperwandung
25 ist in 5 der Strahlverlauf einer Radarwelle,
die unter dem Einfallswinkel &agr; auf die Hüllkörperwandung
25 trifft, dargestellt. Die Grenzen für den Einfallswinkel &agr;
für eine Reflexion der Radarwellen an allen drei Reflexionsflächen
21.1, 21.2, 21.3 des Tripelspiegel 20 sind durch
die Trichteröffnung 22 vorgegeben. Die Radarwelle durchläuft
aufgrund des Brechungsgesetzes die Hüllkörperwandung 25 unter
einem Winkel &ggr; und verlässt die Hüllkörperwandung
25 mit einem Austrittswinkel, der gleich dem Einfallswinkel &agr; ist.
Die Wegstrecke, die die Radarwelle dabei innerhalb der Hüllkörperwandung
25 zurücklegt ist in 5 mit B/2 bezeichnet.
Die aus der Hüllkörperwandung 25 austretende Radarwelle gelangt
zu dem Radarreflektor und wird dort reflektiert. Die Radarwelle wird aber auch an der
unteren Schichtgrenze zwischen Hüllkörperwandung 25 und Luft
reflektiert, um 180° phasenverschoben und erreicht nach der Wegstrecke B/2
die obere Schichtgrenze zwischen Hüllkörperwandung 25 und Luft.
Gleichzeitig legt die Radarwelle in Luft den Weg A zurück. Dieser Sachverhalt
ist durch die Gleichung:
B·n – A = k·&lgr;luft(2)
beschrieben, wobei k gleich „1" oder ein ganzzahliges Vielfaches von „1",
also 2 oder 3 oder N,
n
der mittlere Brechungsindex der Hüllkörperwandung 25 und &lgr;luft
die maximale Wellenlänge der Radarwelle in Luft ist.
Nach dem Brechungsgesetz von Snellius:
bestimmt sich der Beugungs- oder Brechungswinkel &ggr;:
Aus 5 ergeben sich die Zusammenhänge:
Wird Gl.(5) nach C, Gl.(6) nach B, Gl.(7) nach A aufgelöst und
C, B und A in Gl.(2) eingesetzt, so ergibt sich:
Nach entsprechender Umgestaltung ergibt sich:
Die mittlere relative Dielektrizitätskonstante
&egr;R
wird bestimmt aus:
wobei nTS der Brechungsindex und &egr;R(TS) die relative
Dielektrizitätskonstante der Tragschicht 27 mit der Dicke d und nSS
der Brechungsindex und &egr;R(SS) die relative Dielektrizitätskonstante
der Schutzschicht 28 bzw. 29 mit der Dicke w ist.
Setzt man Gl.(11) in Gl.(10) ein, so erhält man den mittleren
Brechungsindex
n
der Hüllkörperwandung 10 gemäß
und mit Gl.(1)
Die maximale Wellenlänge &lgr;luft liegt bei den
hier betrachteten Radarfrequenzen 3 GHz und 9 GHz bei &lgr;luft ≈
10 cm für 3 GHz und &lgr;luft ≈ 3 cm für 9 GHz. Da
die Wellenlängen &lgr;luft für beide Radarfrequenz 3 GHz
ungefähr ein ganzzahliges Vielfaches der maximalen Wellenlänge &lgr;luft
für die Radarfrequenz 9 GHz ist, ist die Dicke der Hüllkörperwandung
25 für beide Radarfrequenzen optimal angepasst. Bei einer Tragschicht
27 aus mit D-Glasfasern verstärktem Epoxydharz und Schutzschichten
28, 29 aus reinem Epoxydharz beträgt der danach berechnete
mittlere Brechungsindex
n
der Hüllkörperwandung 25n = 1,95.
Mit diesem mittleren Brechungsindex
n = 1,95
ergibt sich aus Gl.(9) für alle Einfallswinkel &agr; der Radarwellen, die
von dem Radarreflektor 14 reflektiert werden eine Dicke der Hüllkörperwandung
25 zwischen 25 mm und 26 mm oder einem ganzzahligen Vielfachen davon, bei
welcher die Hüllkörperwandung 25 ihre maximale Transparenz aufweist.
Für unter einem kleinen Einfallswinkel &agr;, z.B. 0°, einfallende Radarwellen
ergibt sich dabei gemäß Gl.(9) die minimale Dicke Dmin der
Hüllkörperwandung 25 zu
Dmin = k·&lgr;luft/2n,
die mit zunehmenden Einfallswinkel &agr; der Radarwellen anwächst. Daher
nimmt für maximale Transparenz der Hüllkörperwandung 25
die Dicke D der Hüllkörperwandung 25 im Bereich jeder Trichteröffnung
22 eines Tripelspiegels 20 in Umfangsrichtung, ausgehend von Dmin
in der Mitte der Trichteröffnung, zu beiden Seitenrändern 22.1
und 22.2 der Trichteröffnung 22 hin symmetrisch zu, wobei
die Zunahme auf jeder Seite für k = 1 etwa 1 mm beträgt.
Alternativ kann die Bemessung der Dicke D der Hüllkörperwandung
25 durch Messung der Radarwellen-Transparenz von Platten mit einem gleichen
mittleren Brechungsindex
n
wie die spätere Hüllkörperwandung ermittelt werden.
Die Plattendicke D wird gleich dem Quotienten aus der halben maximalen Wellenlänge
in Luft &lgr;luft (oder dem ganzzahligen Vielfachen davon) und dem
mittleren Brechungsindex
n
(oder der Wurzel aus der mittleren relativen Dielektrizitätskonstanten
&egr;R
) der Platte bemessen. Die Plattendicke wird nunmehr bei verschiedenen Platten in
Stufen variiert, wobei die Dickendifferenz zwischen den zu prüfenden Platten
in Schritten von 0,5 mm variiert wird. Die Dicke derjenigen Platte, die die maximale
Transparenz für Radarwellen zeigt, wird zur Bemessung der Dicke D der Hüllkörperwandung
25 herangezogen.
Das vorstehend beschriebene Schifffahrtszeichen kann auch zur Markierung
von Wasserstraßen in Binnengewässern, wie Flüssen oder schiffbaren
Seen, eingesetzt werden, wo es gleiche Vorteile bietet.
Anstelle der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Tripelspiegel
kann der Radarreflektor auch zu anderen Trichterformen zusammengesetzte Reflexionsflächen
mit anderen Flächengestaltungen aufweisen. So können z.B. zwei rechteckförmige
Reflexionsflächen mit ihren Längskanten senkrecht aneinandergesetzt sein
und auf den oberen und unteren Querkanten jeweils eine weitere Reflexionsfläche
aufliegen, die die Form eines rechtwinkligen Dreiecks oder eines rechtwinkligen
Kreissektors besitzt. Auch solche Radarreflektoren sind bekannt. Allen solchen Trichterformen
ist gemeinsam, dass einfallende Radarwellen in die Einfallsrichtung zurückreflektiert
werden.
Anspruch[de]
Schifffahrtszeichen für Wasserstraßen mit einem Radarreflektor
(14) mit Reflexionsflächen (21.1, 21.2,
21.3), die zu einem oder mehreren Trichtern mit Trichteröffnung (22)
zur Reflexion von über die Trichteröffnungen (22) einfallenden
Radarwellen zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarreflektor
(14) von einem Hüllkörper (15) mit einer die Trichteröffnungen
(22) überdeckenden Hüllkörperwandung (25) umgeben
ist und dass die Hüllkörperwandung (25) mindestens im Bereich
der Trichteröffnungen (22) für Radarwellen mit üblicherweise
zur Navigation verwendeten Radarfrequenzen transparent ausgebildet ist.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
aus den Reflexionsflächen (21.1, 21.2, 21.3) zusammengesetzten
Trichter mit nach außen weisender Trichteröffnung (22) um Umfangswinkel
zueinander versetzt um die Achse des Radarreflektors (14) herum angeordnet
sind und dass die Hüllkörperwandung (25) vollständig radarwellentransparent
ist.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Hüllkörperwandung (25) ein Hohlzylinder ist.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Hüllkörperwandung (25) ein Hohlkonus mit einem duchmessergrößeren
Grundkreis und einem durchmesserkleineren Deckkreis, der in Einbaulage des Hüllkörpers
(15) unterhalb des Grundkreises liegt, ist.Schifffahrtszeichen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass von der Außenseite der Hüllkörperwandung (25) querschnittskleine,
vorzugsweise unregelmäßig geformte Stege (26) abstehen, die entlang
den der Innenseite der Hüllkörperwandung (25) zugekehrten, von
oben nach unten sich erstreckenden Seitenrändern (22.1,
22.2) der Trichteröffnungen (22) mit diesen radial fluchtend
verlaufen.Schifffahrtszeichen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Hüllkörperwandung (25) mindestens eine feste Tragschicht
(27) aus Kunststoff aufweist.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in
der Tragschicht (27) elektrisch nicht leitende Fasern, vorzugsweise in
Form einer als Gewebe, Gewirk oder Gelege ausgeführten oder filzartigen Fasermatte,
eingelagert sind.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Tragschicht (27) aus Epoxydharz und die Fasern oder Fasermatte aus Glas
bestehen.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für
die Fasern oder Fasermatten ein Glasmaterial mit einem Brechungsindex, der im unteren
Bereich der Brechungsindizes von Gläsern liegt, gewählt ist.Schifffahrtszeichnen nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
dass der Anteil Epoxydharz und Glas in der Tragschicht (27) jeweils etwa
50% beträgt.Schifffahrtszeichen nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Tragschicht (27) mindestens auf ihrer Außenseite
mit einer Schutzschicht (28, 29) aus Kunststoff überzogen
ist und dass die Schichtdicke (w) der Schutzschicht (28, 29) einen
Bruchteil der Schichtdicke (d) der Tragschicht (27) beträgt.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzschicht (28, 29) als Gelcoat ausgeführt ist.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschicht (28) mit einer Signalfarbe eingefärbt ist.Schifffahrtszeichen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dicke (D) der Hüllkörperwandung (25)
abhängig von der mittleren relativen Dielektrizitätskonstanten
&egr;R
oder dem mittleren Brechungsindex
n
der Hüllkörperwandung (25) für zur Navigation üblicherweise
verwendete Radarfrequenzen bemessen ist.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dicke (D) der Hüllkörperwandung (25) gleich dem Quotienten aus
der halben maximalen Wellenlänge in Luft &lgr;luft oder dem ganzzahligen
Vielfachen davon einer ausgewählten Radarfrequenz und dem mittleren Brechungsindex
n
oder der Wurzel aus der mittleren relativen Dielektrizitätskonstanten
&egr;R
der Hüllkörperwandung (25) bemessen ist.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bemessung der Dicke (D) der Hüllkörperwandung (25) durch Messen
der Radarwellen-Transparenz von Platten mit gleichem mittleren Brechungsindex und
gestaffelten Plattendicken optimiert ist, wobei die Dickendifferenz zwischen den
zu prüfenden Platten ca. 0,5 mm beträgt, und dass als Dicke (D) der Hüllkörperwandung
(25) die Dicke der geprüften Platte mit maximaler Radarwellen-Transparenz
gewählt ist.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die Dicke (D) der Hüllkörperwandung (25) im Bereich einer
Trichteröffnung (22) eines Tripelspiegels (20) in Umfangsrichtung
variiert und von der Mitte der Trichteröffnung (22) zu den in Einbaulage
vertikal verlaufenden Seitenrändern (22.1, 22.2) der Trichteröffnung
(22) hin zunimmt.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zunahme der Dicke D der Hüllkörperwandung (25) von der Mitte
zu jeweils einem Seitenrand (22.1 bzw. 22.2) der Trichteröffnung
(22) ca. 1 mm beträgt.Schifffahrtszeichen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dicke (D) der Hüllkörperwandung (25) abhängig von den Einfallswinkel
(&agr;) der Radarwellen in die Trichteröffnung (22) variiert und
gemäß
berechnet ist, wobei k = 1 oder ein ganzzahliges Vielfaches von „1", &lgr;luft
die maximale Wellenlänge der Radarwellen in Luft und
n
der mittlere Brechungsindex der Hüllkörperwandung (25) ist.Schifffahrtszeichen nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schichtdicke d der Tragschicht (27) gemäß
bemessen ist, wobei k = 1 oder ein ganzzahliges Vielfaches von „1", &lgr;luft
die maximale Wellenlänge der Radarwelle in Luft, (w) die Schichtdicke einer
Schutzschicht (28, 29), nTS der Brechungsindex der
Tragschicht (27) und nSS der Brechungsindex jeder der Schutzschichten
(28, 29) ist.