Erfindungen für die Schifffahrt

Dr. med. h.c. Alexander Behm (1880-1952)

„Für den Menschen wären Raum und Zeit leere Begriffe, hätten sie nicht durch das Messen Wesen und Gestalt bekommen.“ Arnold Zenkert, Sonnenuhrspezialist

Die vielfältigen Möglichkeiten der Messtechnik im Wasser erschloss Alexander Behm durch seinen unbändigen Erfindergeist und schrieb damit Weltgeschichte in unserer Stadt. Vor 110 Jahren, am 24. September 1912, reichte Alexander Behm sein Echolotkonzept zum Patent ein. Von der Idee her war das Echolot geboren.
Behm war Schüler der berühmten Nord Schleswiger Domschule in Hadersleben, der heutigen Katedral-Skole, die bereits 98 Jahre vor der Kieler Universität gegründet wurde und eine der ältesten Schulen in Nordeuropa ist. Sein kluger Lehrer an dieser Schule, Professor Konrad Dunker, erkannte die auffallende und sehr spezielle Begabung des jungen Alexander für technische Zusammenhänge und sein ideenreiches, praktisch-konstruktives Geschick. Das beispielhafte pädagogische Interesse seines Lehrers Dunker und dessen Förderung des jungen Alexander waren von entscheidender Bedeutung für den erfolgreichen Lebensweg von Behm.
Während mehrerer Jahre als Assistent an einem physikalischen Institut in Karlsruhe entwickelte Behm einen Schallstärkenmesser (Sonometer), der Basis für die Entwicklung des Echolots war. Ende 1904 übernahm Behm die Leitung eines von ihm gegründeten, für einen Industrieverband arbeitenden technischen Forschungslabors in Mödling in Niederösterreich. Hier führte er neben wärmetechnischen Untersuchungen solche zur Raumakustik und Schallisolation durch.
Nach der Patentanmeldung des Sonometers im Jahr 1912 erfolgte der Wohnortwechsel nach Kiel, wo er in der Firma von Hermann Anschütz-Kaempfe an seiner Erfindung weiterarbeiten konnte. Den Durchbruch brachten jedoch seine Echolotentwicklungen in den Folgejahren auf der Basis der Echozeit und sein Kurzzeitmesser, mit dem kleinste Zeiteinheiten in technisch einfacher und bordtauglicher Weise messbar wurden. Patente hierfür erhielt er 1916 und 1920. Zur wirtschaftlichen Verwertung dieser Erfindung gründete er 1920 in Kiel die Behm-Echolot-Gesellschaft.
Ähnlich wie der fast zeitgleich von Anschütz und Einstein in Kiel erfundene Kreiselkompass revolutionierte auch das hier entwickelte Echolot die Seefahrt bis heute, denn es hat unverändert eine eminente Bedeutung für jedes Wasserfahrzeug, verhindert es doch Grundberührung und Strandung. Das in Kiel vollendete „Behmlot“, wie es damals allgemein in der Schifffahrt genannt wurde, war das erste zuverlässig funktionierende Echolot weltweit. Es ersetzte die bis dahin sehr ungenaue und nur bei gestoppter Schiffsfahrt mögliche Tiefenmessung mittels eines Bleigewichts an einer markierten Leine. Den sprunghaften Fortschritt durch das Behmlot kann man sich heute kaum vorstellen: Bereits 1915 war eine regelmäßige und sehr genaue Tiefenmessung mit dem Behmlot bis zu einer Schiffsgeschwindigkeit von zehn Knoten möglich.
Behm entwickelte auch Luft-Lote, die in Zeppelinen bei Nacht oder Nebel eingesetzt werden konnten und für die Flugsicherheit von größtem Interesse waren. So konnte nicht nur die Höhe über dem Meeresspiegel, sondern auch der viel wichtigere Abstand zum Boden exakt gemessen werden. Das Luftschiff GRAF ZEPPELIN, das 1929 die Welt umrundete, hatte ein solches Behmlot für Höhenmessungen eingebaut.
Aus dieser Erfindung gingen zahlreiche Weiterentwicklungen hervor. So wurde Behms Tiefsee-Echolot benutzt, um Telefon-Seekabel in großen Meerestiefen zu verlegen. Und bis heute basieren  die Grundlagen für die Wracksuche und Kartographie auf Behm´s Prinzip.
Es ist schon sehr erstaunlich und ziemlich ungewöhnlich, dass diese beiden für die Schifffahrt so eminent wichtigen Navigationssysteme, Echolot und Kreiselkompass, fast zeitgleich in Kiel erfunden wurden und damit gleich zwei einzigartige Kapitel der Seefahrtsgeschichte in unserer Stadt geschrieben wurden.
In der Folge seiner Erfindung des Echolots gelangen Dr. Behm herausragende Erfindungen in der Medizintechnik, speziell der Sonographie. Dies würdigt die „Deutsche Gesellschaft für Ultraschall-Medizin“ wie folgt:
„Das erste funktionsfähige Echolot in der Schifffahrt wurde nach seinem Erfinder auch als BEHMLOT bezeichnet. Alle nachfolgenden Erfindungen, auch die späteren medizinischen Anwendungen dieser Grundlagen, gehen auf die überzeugende Entwicklung von Behm zurück.“
Bereits 1952 gelangen dann die ersten zweidimensionalen Ultraschall-Schnittbilder menschlicher Organe. Behm verstarb im gleichen Jahr und erlebte diese Entwicklung, die auf seiner Grundlagenforschung beruhte, nicht mehr mit.
Behms Erfinderpersönlichkeit wurde auch mit der Verleihung der Ehrendoktorwürde der Medizinischen Fakultät der Universität Kiel anlässlich der Eröffnung der neu erbauten Medizinischen Universitätsklinik am 25.11.1928 gewürdigt. Kurz zuvor, am 22. September 1928, wurde ihm sogar die große Ehre zuteil, vor der ehrwürdigen „Deutschen Gesellschaft der Naturforscher und Ärzte“ über sein erfundenes Echolot einen Vortrag zu halten.
Auf Initiative des Vereins „Maritime Denkmale e.V.“ wird seit 2022 dem genialen Erfinder Dr. Alexander Behm mit einer Bronzeskulptur des Künstlers Manfred Sihle-Wissel an der Kiellinie 79 gedacht.

Dr. Redelf Martin Habben - 1. Vorsitzenden des Vereins MARITIME DENKMALE e.V. 
Text Überarbeitung: G. Immens
 

Nach umfangreichen Vorbereitungen begann am 16. April 1925 die „Deutsche Atlantische Expedition“ an Bord des Vermessungsschiffs „Meteor“. Die Expedition dauerte über 2 Jahre, wobei das Schiff vor allem im Südatlantik eingesetzt wurde, um die Wassertiefe dieses bislang weitgehend unbekannten Seegebietes systematisch zu vermessen und zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde die „Meteor“ mit dem Freilot, dem Signallot und den Ultraschall Tiefseeloten von Atlas und Behm ausgestattet. Neben der neuen Schalltechnik nahm man zur Sicherheit zwei Lotmaschinen mit an Bord. Diese motorisierten Winden ermöglichten in rund viereinhalb Stunden eine Wassertiefe von 4.500 Metern zu vermessen: das Senkblei benötigte 33 Minuten bis zum Grund und musste dann 4 Stunden lang von der 12 PS starken Dampfwinde mühsam wieder heraufgezogen werden.
Die „Meteor“ fuhr 13 Mal auf verschiedenen Routen zwischen Afrika und Südamerika hin und her und nahm dabei 67.000 Tiefenmessungen vor. Das war ein neuer Rekord: bis zu diesem Zeitpunkt waren aus allen Weltmeeren zusammen nur 29.000 Lotungen bekannt. Die meisten der Messungen an Bord der „Meteor“ wurden mit den Ultraschall-Echoloten vorgenommen, die sich im Vergleich zu den anderen Lotverfahren nicht nur als sehr genau, sondern vor allem als sehr zeitsparend erwiesen: Schallimpulse legen im Wasser um die 1.500 Meter pro Sekunde zurück, sodass eine Lotung in 4.500 Meter Wassertiefe für den Hin- und Rückweg nur rund 6 Sekunden erfordere. Und dabei muss das Schiff nicht einmal stoppen. Damit gelang Behms Technik der Durchbruch und schon wenige Jahre später führten alle größeren Schiffe Echolote an Bord.
Die neue Methode der Seevermessung revolutionierte nicht nur die Genauigkeit der Seekarten, sondern auch unser Verständnis der Erde. Basierend auf den Daten der „Meteor“ publizierten Theodor Stocks und Georg Wüst 1934 die erste moderne Tiefenkarte des Atlantiks. Sie zeigt die bis dahin detaillierteste Darstellung des Mittelatlantischen Rückens, der Teil des weltumspannenden untermeerischen Gebirgszuges zwischen den Kontinenten ist. Jahrzehnte später entdeckte man, dass diese ozeanischen Rücken der Geburtsort der Erdplatten sind, deren Bewegungen sich regelmäßig durch Erdbeben bemerkbar machen. Georg Wüst wurde nach dem 2. Weltkrieg Direktor des Kieler Instituts für Meereskunde“.

Der Kreisel ist eines der ältesten bekannten Kinderspielzeuge. Der Kreisel wird in Rotation gebracht und hält die Achsrichtung eine ganze Weile präzise bei, kann aber auf einer glatten Unterlage „umherwandern“. Deshalb spricht man hier von einem „freien Kreisel“. Hängt man den Kreisel aber horizontal oder sogar kardanisch (frei beweglich in alle Richtungen) auf, so kann sich dieser nicht mehr frei bewegen und man nennt es dann einen „gefangenen Kreisel“.
Ein solcher kardanisch aufgehängter Kreisel behält bei Rotation seine Richtung im Raum bei, auch wenn das Tragegestell gedreht wird. Dieses Prinzip machte sich Anschütz bei seiner Erfindung zunutze, weil sich ein solcher Kreisel parallel zur Rotationsachse der Erde orientiert (dies nennt man „meridiansuchend“) und so die Nord-Südrichtung anzeigt. Entscheidend ist dabei der Drehimpuls durch die Erdrotation, wodurch der „gefangene“ Kreisel nicht ausweichen kann und sich immer wieder in die stabile Richtung bringt. Der große Vorteil zum Magnetkompass ist damit klar, denn die Rotationsachse der Erde geht durch die wahren Pole. Ein Magnetkompass hingegen zeigt immer zum magnetischen Pol, der noch dazu beständig „wandert“.
Die Kreiselkräfte der Erde sind natürlich sehr gering, aber die Wirkung der Kraft ist von der Drehgeschwindigkeit des Kreisels abhängig. Deshalb rotieren die Kreisel in einem modernen Kompass von Magneten angetrieben mit sehr hoher Geschwindigkeit.
Einen kleinen Fehler beinhaltet aber auch noch heute der Kreiselkompass: den sogenannten „Fahrtfehler“. Wird der Kreisel in Nord-Süd-Richtung bewegt, dann ergibt sich eine Resultierende aus der Geschwindigkeit der Bewegung des Kreisels und der gleichzeitigen Geschwindigkeit der Erdoberfläche (Hier bei uns ca. 1.000 km/h). Damit wird aber klar, dass der Unterschied bei langsam fahrenden Schiffen nur sehr gering ist. Ein 20 Knoten fahrendes Schiff hätte auf exaktem Nord- oder Südkurs nur einen Fehler von ca. 1° (also fast zu vernachlässigen) zu beachten.  Bei höherer Geschwindigkeit wächst dieser Fehler jedoch erheblich an und könnte bei längeren Strecken zum Verfehlen eines „angepeilten“ Ziels führen.
Bei Flugzeugen kommen auch Kreiselkompasse zum Einsatz, dort werden Sie etwas anders betrieben, nicht „gefangen“ sondern als „freie“ Kreisel, kardanisch aufgehängt. Sie fungieren ähnlich wie auf Schiffen als Ergänzung zum Magnet-Kompass und der GPS-Navigation.
Nachdem das Prinzip des Kreiselkompass nunmehr 100 Jahre nahezu unverändert geblieben ist, hat die Kieler Firma Anschütz begonnen mit einem revolutionär neuen Systemen und dem Verfahren zur „hemisphärischen Resonanzmessung“ die nächste Technologie des Kreiselkompass auf den Markt zu bringen.

Der magnetische Kompass diente seit der griechischen Antike bis vor 120 Jahren allen Seefahrern und Entdeckern zur Navigation. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war die Zeit jedoch reif für etwas ganz Neues. Zwei geniale Persönlichkeiten betraten die Bühne in Kiel und schrieben mit dem Kieler Kreiselkompass Weltgeschichte. Wie kam es dazu?
Die zentrale Figur war erstaunlicherweise ein Kunsthistoriker, der aus dem Saarland stammende Hermann Anschütz. Der zweite war einer der berühmtesten Physiker der Welt, Albert Einstein, der vor über 100 Jahren hier in Kiel eine Rede hielt, die für unsere Stadt ein markantes historisches Ereignis war.
Anschütz ließ sich im Jahre 1901 durch die Begegnung mit dem Wiener Polarforscher Julius von Payer für die damaligen hochaktuellen legendären Polarexpeditionen begeistern und hatte die Idee, den Nordpol mit einem Unterseeboot zu erreichen. Anschütz wusste jedoch, dass ein Magnetkompass in der Stahlröhre eines U-Bootes nicht funktionieren würde und dass die Anwendung der Kreiselgesetze das Problem lösen könnte.
Die ersten Erkenntnisse zu einem Gyroskop, übersetzt Kreiselinstrument, hatten der Tübinger Physiker von Bohnenberger im Jahr 1810 und der französischen Physiker Foucault 1851. Deren Grundlagen wiesen dem begabten technischen Erfinder Anschütz mit seiner konstruktiven Phantasie den Weg. Mit Enthusiasmus und großer Beharrlichkeit, auch mit Hilfe des von seinem Adoptivvater Kaempfe geerbten Vermögens, gelang Anschütz-Kaempfe, wie er sich nun nannte, nach 3-jähriger experimenteller Arbeit 1904 die Konstruktion des ersten funktionsfähigen Kreiselkompasses.
Einige Jahre später, das muss an dieser Stelle noch ergänzend erwähnt werden, erfand Anschütz ein weiteres bahnbrechendes Instrument, den für das Fliegen bei schlechter Sicht unentbehrlichen sog. „Künstlichen Horizont“. Man muss es als ein Wunder der Wissenschafts- und Technikgeschichte bezeichnen, dass es dem weder mathematisch noch physikalisch geschulten Kunsthistoriker Anschütz gelang, einen so komplexen, voll funktionsfähigen Kreiselkompass zu entwickeln.
Anschütz demonstrierte seinen 1905 patentierten Kreiselkompass der Kaiserlichen Marine in Kiel, denn für die Marine und auch für die Handelsschifffahrt war seine Erfindung von großer Bedeutung. Deshalb verlegte Anschütz seinen Wohnsitz von München in die Hafen- und Werftstadt Kiel in die Dammstrasse, dem heutigen Lorentzendamm. Dort erinnert eine eher unscheinbare und recht verwitterte Gedenktafel an Dr. Hermann Anschütz-Kaempfe.
Doch Anschütz musste seine patentierte Erfindung gegen einen Nachahmer, den Amerikaner Sperry, vor Gericht verteidigen. Er begegnete dabei 1915 erstmals Albert Einstein, dem vom Gericht bestellten unabhängigen Gutachter. Einsteins Expertise als Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Physikalische Chemie in Berlin und Mitglied der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften überzeugte das Gericht und Anschütz gewann den Prozess gegen Sperry. Aus dieser Bekanntschaft entwickelte sich mit der Zeit eine intensive Zusammenarbeit und Freundschaft.
Der von Anschütz nach Kiel eingeladene Einstein gab bei der Weiterentwicklung der Technik des Kreiselkompasses während seiner zahlreichen Besuche und auch in den dokumentierten Briefwechseln immer wieder zielführende Ratschläge, die es Anschütz ermöglichten, die noch bestehenden technischen Probleme des hochkomplexen Richtungshalters zu lösen.
Bei seinen Besuchen in Kiel von 1915 bis 1926 wohnte Einstein zunächst im Hause Anschütz in der Bismarckallee, später in einer Wohnung in der Neumühlener Kompassfabrik, die Einstein humorvoll seine „Diogenes-Tonne“ nannte, mit direktem Blick auf die Schwentine und auf den Anlegesteg, an dem der Jollenkreuzer von Anschütz lag. Gemeinsam mit Anschütz oder auch allein segelte Einstein gern auf der Kieler Förde.
Einstein schätzte das beschauliche Kiel. Hier hatte er kaum antisemitische Anfeindungen und Belästigungen zu befürchten, die er in Berlin häufiger erleben musste. Einstein eilte bereits seit 1905 der Ruf eines Ausnahmephysikers voraus, denn in diesem einen Jahr veränderte er mit seiner modernen Physik die Naturwissenschaften seiner Zeit. Als man die Bedeutungen seiner Entdeckungen erfasst hatte, wurde das Jahr 1905 auch später sein Wunderjahr, das „Annus Mirabilis“, genannt.
Er veröffentlichte in diesem Jahr gleich mehrere Entdeckungen. Darunter die „Elektrodynamik bewegter Körper“, die sogenannte spezielle Relativitätstheorie, an der auch seine hochbegabte in Physik und Mathematik ausgebildete 1. Ehefrau Mileva Maric beteiligt war. Außerdem die quantentheoretische Erklärung des Photoelektrischen Effekts, für den er 1921 den Nobelpreis für Physik erhielt. Heute ist dieser Effekt Grundlage für Lichtschranken und nicht zuletzt für den Laser mit seinen unendlich vielen medizinischen und technischen Anwendungen.
Nachdem Ende 1919 seine Allgemeine Relativitätstheorie, die Lichtablenkung durch Gravitationskräfte, durch britische Physiker bestätigt worden war, mussten die bis dahin gültige Theorien von Newton korrigiert werden und Einstein wurde über Nacht weltberühmt. Einladungen und Ehrungen aus aller Welt folgten, unter anderem wurde er als bislang einziger Wissenschaftler mit einer Konfetti-Parade auf dem New Yorker Broadway geehrt.
Umso unverständlicher erscheint aus heutiger Sicht die Weigerung der Kieler Universität, dem inzwischen so berühmten Einstein nur ein Jahr danach, am 15. September 1920, einen Hörsaal zur Verfügung zu stellen. Er musste ins Gewerkschaftshaus in der Legienstrasse ausweichen, wo eine kleine Gedenktafel an dieses historische Ereignis erinnert, jedoch nicht die schöpferische Zusammenarbeit mit Anschütz erwähnt wird.
Am 29. Juli 1929 erhielt Einstein zusammen mit seinem Förderer, dem in Kiel geborenen Nobelpreisträger Max Planck, seinem „Verehrten Meister“ wie Einstein ihn nannte, die höchste Auszeichnung der Dt. Physikalischen Gesellschaft: die Max-Planck-Medaille.
Es war der 10. Jahrestag der Unterzeichnung des Versailler Friedensvertrages und Einstein musste auf dem Weg zu seinem Physikalischen Institut an grölenden nationalsozialistischen Studenten vorbeigehen. Einstein hat diesen Tag nie vergessen, denn ihm wurde klar, dass er Berlin verlassen und aus Deutschland emigrieren musste. Nach Vorträgen in den USA im Dezember 1932 blieb Einstein mit seiner Familie dort, um nicht wieder zurückzukehren. Bis zu seinem Lebensende 1955 lebte er in Princeton und wirkte am dortigen „Institute for Advanced Studies“.
Hermann Anschütz-Kaempfe hatte sich schon Mitte der 20er Jahre aus dem Unternehmen in Kiel nach München zurückgezogen. Er war nur noch Berater der Firma Anschütz und widmete sich mit seinem Vermögen im Rahmen einer Stiftung ganz der Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses der Münchner Universität. Er erlebte die Emigration seines Freundes Einstein nicht mehr, denn er verstarb bereits 1931 mit 59 Jahren.
Der Kieler Kreiselkompass und auch der Künstliche Horizont sind bis heute von unverändert eminenter, weltweiter Bedeutung und unersetzlich für die See- und Luftfahrt. Jedes Schiff hat diesen Kompass an Bord und kein Flugzeug kann ohne die beiden in Kiel entwickelten Anschütz-Instrumente fliegen.
Der Philanthrop und geniale Erfinder Hermann Anschütz-Kaempfe und der brillante und philosophisch begabte Physiker Albert Einstein sind weltberühmte Persönlichkeiten. Sie schrieben ein herausragendes technisches, aber auch politisches Kapitel der Kieler Stadtgeschichte. Es wurde begleitet von Antisemitismus und Rassismus jener Zeit, die auch heute in bedrückender Weise wieder zu beobachten sind.
Wegen ihrer in vielerlei Hinsicht überragenden Leistungen und ihrer freundschaftlichen Zusammenarbeit werden Beide seit 2021 mit einem Denkmal an der Kiellinie und auch auf dem Ostufer am Standort der früheren Anschütz-Werke gewürdigt.
Quelle: Dr. R. Habben, Überarbeitung G. Immens

Es sind gewaltige Kräfte erforderlich, um ein Schiff mithilfe des großen Ruderblattes auf Kurs zu halten. Einerseits soll ein Schiff möglichst wendig sein, also einfach gesagt einen kleinen Drehkreis haben; andererseits soll das Schiff mit möglichst geringen Ruderlagen trotzdem sehr präzise gesteuert werden. Dies hat gerade in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen.
Jede Bewegung des Ruderblattes führt zu zwei verschiedenen Kräften. Die „Ruderquerkraft“ ist die Komponente, welche das Drehmoment bewirkt, während die „Ruderlängskraft“ eine rein bremsende Wirkung ist. Und jede Bremskraft macht das Schiff langsamer oder anders gesprochen: Kostet wertvolle Energie!
Ziel muss es also sein, die Anfangs-Querkraft zum Steuern auszunutzen, bei der die bremsende Wirkung nur gering ist. Auf der Grafik ist auch gut erkennbar, warum die maximale Ruderlage eines Schiffes bei weniger als 40° liegt; eine größere Ruderlage würde das Schiff nur noch bremsen, aber kein größeres Drehmoment erzeugen.
Das geniale an der Weiterentwicklung des Selbststeuers der Firma Anschütz war die Definition nur weniger Parameter, mit denen sich der Autopilot einstellen lässt um bei den verschiedensten Bedingungen den Kurs präzise und gleichzeitig ökonomisch einzuhalten. Gleichzeitig muss der Autopilot aber auch eine eingegebene Änderung des Kurses schnell und ebenfalls ohne zu viele Ruderlagen durchführen können. Dies gilt unverändert noch heute. Die Bedeutung der Parameter erläutern wir hier:
Die erste Größe, die eingegeben wird, ist das „Gieren“ (engl. „Yawing“). Das Gieren eines Schiffes ist insbesondere bedingt durch Seegang, d.h. das Schiff wird von den Wellen vom Kurs abgelenkt, dreht aber im folgenden Wellental ohnehin auf den alten Kurs zurück. Hier würde bei sehr schlechtem Wetter das Ruder permanent hin und her arbeiten, obwohl das Schiff von alleine zurück zum Kurs dreht. Also muss die Anlage „tolerant“ gegenüber solchen Schwankungen eingestellt werden. Im Nord-Ostsee-Kanal würde man aber z.B. immer verlangen, dass ein Schiff den Kurs absolut präzise einhält und deshalb einen kleinen Wert eingeben.
Der zweite Wert „Rudder“ gibt an, wie stark das Ruder gelegt wird. Will man auf See eine sanfte Kurve zum nächsten Kurs fahren, ist hier ein niedriger Wert ausreichend und das Ruder muss nicht so stark gelegt werden. Auf engen Revieren hingegen muss eine Kursänderung möglichst schnell vollzogen werden.
Der dritte Wert ist das „Gegenruder“ (engl. „Counterrudder“, CR). Mit diesem Wert gibt man an, wie stark und frühzeitig der eingeleitete Dreh durch Gegenruder aufgefangen wird. 
Man geht davon aus, dass falsche Einstellungen des Autopiloten für bis zu 10% höheren Brennstoffverbrauch verantwortlich sind. Die neuen Selbststeueranlagen der Firma Anschütz bieten zusätzlich einen „Lerneffekt“ des Systems; solche „adaptiven Autopilots“ passen sich automatisch den Bedingungen und dem Ladezustand des Schiffes an.