Entwicklung und Konstruktion der Unterseeboots-Sehrohre. Von Dr. F. Weidert, Direktor der optischen Anstalt C. P. Goerz A.-G., Berlin-Friedenau. (Auszug aus einem auf der 15. Hauptversammlung der Schiffbautechnischen Gesellschaft zu Berlin gehaltenen Vortrag.)Jahrbuch der Schiffbautechn. Gesellschaft 15, S. 174 bis 227, 1914. WEIDERT: Entwicklung und Konstruktion der Unterseeboots-Sehrohre. Obwohl die ersten Anfänge des Unterseebootswesens bis in das Jahr 1620 zurückreichen, wo ein Deutscher, namens C. van Drebel zum ersten Male während mehrerer Stunden ein Boot durch Rudermannschaften unter Wasser fortbewegt haben soll, ging die Weiterentwicklung doch außerordentlich langsam vor sich, offenbar zum großen Teil eine Folge der mangelhaften Ausbildung der Sehinstrumente der früheren Boote. Noch 1902 wurde die Ansicht ausgesprochen, „daß das mit Blindheit geschlagene Unterseeboot ewig blind bleiben und deshalb auch die große Aufgabe niemals zur vollen Zufriedenheit lösen wird“. Die ersten Sehinstrumente, die nach einer Erfindung von Marié Davy (1854) nur aus einer kurzen Röhre von 1 m Länge und 30 cm ⌀ mit unter 45° geneigten Planspiegeln an beiden Enden bestanden, waren im Hinblick auf die Aufgaben des Unterseebootes vollkommen unzureichend. Wollte man mit solch einfachen Instrumenten eine einigermaßen genügende Länge erreichen, so würde das Gesichtsfeld unbrauchbar klein werden. Vom modernen Sehrohr, oder, wie es fälschlich auch heißt, dem Periskop muß man verlangen, daß es vom untergetauchten Boot aus dem Kommandanten oder Steuermann eine Beobachtung des ganzen Horizontes ermöglicht, im Idealfalle genau so, als ob er selbst über Wasser stände und frei um sich blickte. Das Boot ist dabei um so sicherer, und wird um so weniger leicht gesehen, je tiefer es während der Beobachtung unter der Oberfläche fahren kann, und je dünner der über dem Wasser sichtbare Teil des Sehrohrs ist. Textabbildung Bd. 329, S. 417 Abb. 1. Für den Optiker ergibt sich also hieraus die Aufgabe, ein Fernrohr zu konstruieren, das eine sehr große Länge, und möglichst geringen Durchmesser hat (Abb. 1). Dabei soll es das gesehene Bild ungefähr in natürlicher Größe zeigen und den Ueberblick über einen möglichst großen Teil des Horizontes auf einmal gestatten. Durch diese Bedingungen sind aber auch bereits die großen optischen Schwierigkeiten charakterisiert. Denn lange Fernrohre zu bauen, ist an sich nicht schwer und war bereits lange bekannt. Ich brauche bloß an die astronomischen Riesenfernrohre zu erinnern, mit Längen bis zu 20 m und mehr. Aber bei diesen bekommt man gerade eine sehr starke Vergrößerung (etwa 150 bis 1000 mal), das Gesichtsfeld ist sehr klein, und der Durchmesser sehr groß. Ebenso ist es leicht, Fernrohre geringerer Vergrößerung zu bauen, wenn sie nur klein sein dürfen. A. Gewöhnliche Sehrohre. Das einfache Sehrohr besteht mit Rücksicht auf den großen Fahrtwiderstand und die magnetischen Einflüsse auf den Kompaß aus einem äußeren 5 bis 7 m langen starken Nickelstahlrohr und einem inneren dünnwandigen Messingrohr, in das die optischen Elemente eingebaut sind (vergl. Abb. 2 und 3). Die beiden Linsen O1 und C1 entwerfen in der ersten Bildebene B1 ein Bild des Geländes; dieses wird durch die sogenannten Umkehrlinsen U1 und U2 nach dem untern Ende des Rohres in die Bildebene B2 projiziert und hier durch das Winkelokular O2 C2 betrachtet. Textabbildung Bd. 329, S. 418 Abb. 2. Schema und Strahlengang des gewöhnlichen einfachen Sehrohres. Die Vergrößerung ist im allgemeinen außerordentlich gering; sie muß, um den Eindruck natürlichen Sehens zu haben, etwa 1½-fach sein. Bei Vergrößerung 1 hätte man nämlich den Eindruck einer Verkleinerung des Bildes. Textabbildung Bd. 329, S. 418 Abb. 3. Einfaches Sehrohr. Soll das Sehrohr eine noch größere Länge bei gleichem Durchmesser, oder bei gleicher Länge einen noch geringeren Durchmesser bekommen, so kann man durch Zwischenschalten weiterer Linsen das in B2 entworfene Bild noch einmal weiter unten abbilden. Jedoch ist hierfür durch die unvermeidlichen Reflexions- und Absorptionsverluste eine gewisse Grenze gesetzt. Außerdem darf man ja den Durchmesser der Sehrohre mit Rücksicht auf die Festigkeit nicht unter eine gewisse Grenze gehen lassen. Man gibt deshalb den Sehrohren neuerdings am oberen Ende, soweit sie über das Wasser herausragen, einen geringeren Durchmesser (sogen, „abgesetzte Sehrohre“, vgl. Abb. 1). So einfach dies auf den ersten Blick scheint, so muß der Optiker bei der Berechnung doch schon mit allem Raffinement den zur Verfügung stehenden Raum ausnutzen, um die verlangten Leistungen einhalten zu können. Um auch den ganzen Horizont überblicken zu können, wird das Sehrohr in einer in der Decke des Kommandoturmes sitzenden Stopfbuchse drehbar montiert. Gleichzeitig kann diese auch dazu dienen, bei Nichtgebrauch bzw. bei Fahrt in größerer Tiefe das Rohr in das Innere des Bootes einzuziehen. Wegen des großen Gewichtes der Sehrohre sind natürlich für dieses Ein- und Ausfahren besondere elektrische oder hydraulische Aufzugsvorrichtungen erforderlich. Neuerdings wurde die Drehung des Rohres dadurch erleichtert, daß man das Außenrohr in der Stopfbuchse ohne Drehung nur auf- und abbewegt und das die Optik tragende Innenrohr in dem feststehenden Außenrohr sich drehen läßt. Dieses letztere wird dann, um nach allen Seiten blicken zu können, am oberen Ende durch eine kugelförmige Glashaube abgeschlossen. Da die Sehrohre gleichzeitig zur Messung von Horizontalwinkeln, u.a. auch als Zielfernrohre für die auszustoßenden Torpedos benutzt werden müssen, tragen sie am unteren Ende im Gesichtsfeld eine Winkelteilung, oder man bringt im Gesichtsfeld eine Teilung um die Okularblende herum an, auf der ein umlaufender Zeiger die jeweilige Blickrichtung angibt. B. Mattscheiben-Sehrohre. Bei dem anstrengenden Dienst im Unterseeboot muß man bestrebt sein, das Sehen so bequem wie möglich zu gestalten. Man hat deswegen neben der Okularbeobachtung auch die Mattscheibenbeobachtung eingeführt, d.h. das in der unteren Bildebene B2 entworfene Bild wird ähnlich wie in einer photographischen Kamera auf einer senkrechten Mattscheibe erzeugt, so daß der Beobachter das Bild etwa wie eine farbige Photographie mit beiden Augen vor sich sieht. Wegen des Korns der Mattscheibe kann man naturgemäß sehr feine Details nicht wahrnehmen, ebenso versagt die Mattscheibe bei dunklem Wetter. Dieser Uebelstand läßt sich dadurch beseitigen, daß man am unteren Ende des Sehrohres eine Vorrichtung anbringt, durch die Mattscheibe und Okular gegeneinander auswechselbar sind. C. Sehrohre mit wechselbarer Vergrößerung. Für besondere Fälle kann es vorteilhaft sein, über die Normalvergrößerung 1,5 hinauszugehen. Entweder setzt man dann die Okulare in einen sogen. „Okularrevolver“ oder man wechselt vom Okularende aus mit Hilfe eines im Innern laufenden Drahtzuges oder Gestänges das obere System O1 C1 gegen ein anderes um, das sein Bild zwar ebenfalls in der Ebene B1 entwirft, das aber dabei eine längere Brennweite besitzt, also auch stärkere Vergrößerungen gibt. Man geht hierbei bis zu sechsfacher Vergrößerung; stärkere Vergrößerungen lassen sich wegen der Bootsschwankungen nicht mehr rationell verwenden. D. Panoramasehrohre (Rundblicksehrohre). Bei den beschränkten Platzverhältnissen im Kommandoturm war es wünschenswert, den ganzen Horizont absuchen zu können, ohne seinen Platz vor dem Instrument oder seine Stellung irgendwie verändern zu müssen. Textabbildung Bd. 329, S. 419 Abb. 4. Panoramasehrohr mit Glashaube. Nun existierte bereits seit 1902 ein derartiges Instrument, nämlich das in allen Staaten als Geschützzielfernrohr eingeführte Goerzsche Panorama- oder Rundblickfernrohr.s. D. p. J. 1913 Seite 235. Das Prinzip desselben läßt sich ohne weiteres auch auf die Unterseeboots-Sehrohre übertragen. Wollte man ein Rundblickfernrohr so bauen, daß man einfach den oberen Reflektorkopf um eine senkrechte Achse dreht, so würde man wohl bei dem Sehen nach vorne aufrechte Bilder haben, beim Drehen würde jedoch das Bild allmählich sich zur Seite neigen und bei der Visur nach rückwärts gerade auf dem Kopf stehen. Von diesem Uebelstand ist die Konstruktion des Panoramafernrohrs frei. Bei ihm wird ein besonderes Prisma D (Abb. 4), das sogen. Aufrichteprisma, gleichzeitig mit der Drehung des Reflektorkopfes unter Vermittlung der Kegelräder K1, K2, K3 zwangläufig so bewegt, daß das „Stürzen“ des Bildes in jedem Moment wieder kompensiert wird. Dreht man also die Kurbel eines solchen Instrumentes, so hat man, während man immer in der Fahrtrichtung in das Okular blickt, den Eindruck, als wenn der ganze Horizont wie ein Panorama am Beschauer vorbeiziehe. Auch in diesem Fall muß ein im Bildfeld umlaufender Zeiger die jeweilige Blickrichtung angeben. Als die Panoramasehrohre aufkamen, versuchte man, den Beobachter von jeder mechanischen Tätigkeit vollkommen zu entlasten, indem man die ganze Vorrichtung durch einen Elektromotor derart ständig antrieb, daß der Horizont innerhalb 10 Sekunden einmal durch das Gesichtsfeld zog. Heutzutage ist man jedoch wieder davon abgekommen, einmal weil es im allgemeinen während der Fahrt nicht notwendig ist, den ganzen Horizont ständig unter Kontrolle zu halten, außerdem, weil die Konstruktionen immer mehr verbessert wurden, so daß das Bewegen eines Panoramasehrohres spielend leicht vor sich geht. E. Omniskope. Seit Beginn der Verwendung von Sehrohren auf Unterseebooten hatte man schon das Ziel im Auge gehabt, dem Beobachter auch ohne Drehen irgend welcher Teile das gesamte Bild des Horizontes gleichzeitig darzubieten. Zu dem Zweck brachte man z.B. eine größere Anzahl einzelner Sehrohre im Kommandoturm derart an, daß alle ihre Objektive radial nach außen zeigten, während der Kopf des Beobachters mitten zwischen den auf ihn zielenden Okularen steht. Abgesehen von den hohen Kosten ist eine solche Konstruktion schon wegen des außerordentlichen Raumbedarfes für heutige Begriffe vollkommen unmöglich. Auch die Vereinigung aller dieser Einzelsehrohre zu einem einzigen Instrument, sowie das Zusammenführen ihrer Bilder in einem gemeinsamen Okular haben diese Klasse nicht lebensfähig machen können. F. Ringbildsehrohre. Besser wird die Aufgabe schon durch die Ringbildsehrohre gelöst, die am oberen Ende als erstes abbildendes System einen sogenannten Ringspiegel oder besser eine Ringspiegellinse tragen, (älteste Konstruktion: Mangins „périscope“ 1878). Einen solchen Ringspiegel einfachster Form könnte man sich z.B. dadurch entstanden denken, daß man ein unter 45° geneigtes Stück Kreisbogen exzentrisch um eine senkrechte Achse rotieren läßt. Blickt man dann von unten nach dem Ringspiegel, so sieht man darin den ganzen Horizont auf einmal abgebildet. Um ein Verderben der Spiegelfläche zu verhindern, benutzt man jedoch keine oberflächenreflektierenden Spiegel, sondern ringförmige Linsen, bei denen die reflektierende Ringspiegelfläche versilbert und durch Verkupferung und Lacküberzug geschützt wird. Man kann diese Ringspiegellinsen in der Weise zur Konstruktion von Ringbildsehrohren verwenden, daß man das durch sie erzeugte virtuelle Bild ähnlich wie in den bisher beschriebenen Sehrohren durch ein zusammengesetztes Umkehrsystem in die Okularebene projiziert. So bestechend es auch zunächst scheinen mag, daß man mit einem Blick die vollen 360° des Horizontes übersehen kann, so haben solche Ringbilder doch auch ihre bedeutenden Nachteile; in erster Linie den, daß das Bild gegenüber dem natürlichen Sehen unter allen Umständen verkleinert erscheinen muß, ferner, daß die verschiedenen Teile des Bildes verschiedene Lage haben, so daß die nach rückwärts liegenden Teile des Horizontes auf dem Kopf stehen, und schließlich, daß jedes Ringbild wegen der Projektion des ganzen Horizontes in eine Ebene starke Verzerrungen aufweist. Textabbildung Bd. 329, S. 420 Abb. 5. Gesichtsfeld eines kombinierten Ring-Mittelbildsehrohrs. Der mittlere freie Teil der Ringspiegellinse läßt sich noch zum Einbau einer gewöhnlichen Sehrohroptik ausnutzen. Man bekommt dann in der Okularebene ein Bild, wie es Abb. 5 zeigt, d.h. man sieht im Innern des Ringbildes nochmals den in der Blickrichtung liegenden Teil des Horizontes in größerem Maßstab. So interessant diese Ringbildsehrohre auch an sich sind, so werden sie sich doch wegen der genannten Nachteile nicht einbürgern können. Auf die Einrichtungen, die man an den Sehrohren zur Messung von Entfernungen anbringt, kann an dieser Stelle leider nicht näher eingegangen werden. Dagegen muß noch erwähnt werden, daß jedes Sehrohr, bevor es die Werkstatt verläßt, einer eingehenden Prüfung auf Dichtigkeit und auf die Festigkeit seiner Linsen unterzogen werden muß. Da das Boot unter Umständen, insbesondere bei einem etwaigen Unfall, in größere Tiefen kommen kann, könnten ja einmal die Linsen durch den hohen äußeren Wasserdruck zersprengt werden, so daß das Wasser durch das Sehrohr in das Innere des Unterseebootes einströmen würde. Aus diesem Grunde setzt man bei der letzten Prüfung das Instrument einem Druck von 10 at aus und sieht außerdem bei den Okularen vielfach noch aufschraubbare Schutzdeckel vor. Trotz sorgfältigster Abdichtung aller Linsenfassungen ist es doch nicht zu vermeiden, daß die in dem Sehrohr eingeschlossene Luft schließlich immer feuchter wird, und daß infolgedessen beim Tauchen des Bootes Linsen und Prismen plötzlich beschlagen. Aus diesem Grunde müssen die Sehrohre von Zeit zu Zeit einer gründlichen Austrocknung unterzogen werden. Von allen Methoden, die im Laufe der Jahre vorgeschlagen wurden, hat sich am besten die Mitnahme einer kleinen, durch Elektromotor angetriebenen Pumpe bewährt, die die Luft von dem einen Ende des Sehrohres absaugt, durch einen Behälter mit Chlorkalzium oder dergleichen führt und am andern Ende des Sehrohrs wieder in das Innere hineindrückt. In sehr kalten Gewässern kann es vorkommen, daß sich infolge des dagegen spritzenden Wassers das obere Abschlußglas mit Eis überzieht. Um dies zu vermeiden, führt man vielfach im Innern des Instrumentes ein dünnes Rohr bis hinauf an die genannte Stelle und läßt durch dieses das Fenster langsam mit Alkohol berieseln, so daß etwa gebildetes Eis wieder aufgelöst wird. Es sind jetzt erst etwas über 10 Jahre her, daß in Deutschland die Optische Anstalt Goerz als erste ein Sehrohrmodell anfertigte, das im Juni 1903 Seiner Majestät dem deutschen Kaiser vorgeführt wurde. Als dann im August 1906 das erste Unterseeboot für die deutsche Marine auf der Germaniawerft in Kiel vom Stapel lief, konnte dasselbe bereits mit ziemlich vollkommenen Sehrohren ausgerüstet werden. Seitdem hat das Sehrohr als integrierender Bestandteil des modernen Unterseebootes Eingang in alle Marinen gefunden und ein neues wichtiges Arbeitsgebiet auf dem Gebiete der Optik geschaffen. Wenn sich auch die deutsche optische Industrie erst spät mit dem Sehrohrproblem befaßte, so kann sie dafür jetzt mit Stolz von sich behaupten, daß sie den Vorsprung des Auslandes weit mehr als eingeholt hat.