Die Sonar Systeme an Bord der Hot Water

 
 

Doppelfrequenz-Sonar (Apelco)  50 kHz und 200 kHz 300 Watt Sendeleistung Die Doppelfrequenztechnik mit Datenumwandler ist besonders für Salzwasser geeignet Einfrequenz-Sonar (Lowrance) 194 kHz 600 Watt Sendeleistung Reichweite jeweils ca. 600 m

 

Arbeitsweise  Das Wort "Sonar" ist eine Abkürzung für "SOund NAvigation and Ranging" (Schall Navigation und Reichweite). Es wurde im Zweiten Weltkrieg zur Ortung von U-Booten entwickelt. Ein Sonar / Echolot besteht im Prinzip aus Sender, Geber / Schwinger, Empfänger und einer Anzeigeeinheit.  Einfach ausgedrückt wird ein elektrischer Sendeimpuls durch den Geber in eine Schallwelle umgewandelt, die ins Wasser geleitet wird. Trifft sie dort ein Objekt, so wird sie daran reflektiert. Dieses Echo gelangt zum Schwinger, wird dort in einen elektrischen Impuls zurück verwandelt und vom Empfänger an die Anzeigeeinheit (heutzutage meist ein LCD-Bildschirm) weitergeleitet.  Da die Schallgeschwindigkeit im Wasser nahezu konstant ist (etwa 1440 m pro Sekunde), kann die Zeitspanne zwischen gesendetem Signal und empfangenem Echo gemessen und zur Entfernungsmessung genutzt werden. Dieser Vorgang wiederholt sich nun mehrmals pro Sekunde.  Die Frequenz, die von -Echoloten hauptsächlich genutzt wird, beträgt 200 kHz, einige Geräten senden jedoch auch mit 50 kHz. Das hier benutzte Frequenzspektrum ist nicht nur für Menschen, sondern auch für Fische unhörbar – mit einem Sonar werden die Fische also nicht verscheucht.  Wie oben erwähnt, sendet und empfängt das Sonar Signale und "schreibt" die Echos auf den Bildschirm. Da dies mehrere Male pro Sekunde geschieht, entsteht eine durchgezogene Linie auf der Anzeige, die das Bodenecho darstellt. Zusätzlich werden Echos angezeigt, die durch Objekte zwischen Wasseroberfläche und Boden entstehen. Da Schallgeschwindigkeit und Zeitspanne zwischen Senden und Empfangen der Echos bekannt sind, kann das Echolot die Tiefe des Wassers und der einzelnen Fische anzeigen.  System-Leistung Es gibt vier Faktoren für ein gutes Echolot:  Hohe Sendeleistung  Effizienter Geber  Empfindlicher Empfänger  Hochauflösender, kontrastreicher Bildschirm  Dies sind die Bedingungen für die "System-Leistung". Alle Teile des Systems müssen so entworfen sein, dass sie auch bei schwierigen Wetterbedingungen und extremen Temperaturen perfekt zusammenarbeiten.  Hohe Sendeleistung sorgt für ein gutes Echo, auch in tiefem Wasser oder bei kritischen Wasserbedingungen, wie etwa durch Wind aufgewühlt, oder mit vielen Schwebeteilchen durchsetzt. Zusätzlich führt sie auch zu hoher Detailauflösung, um Köderfische oder andere kleinere Objekte im Wasser zu erkennen.  Der Empfänger wird mit einem weiten Signalbereich konfrontiert. Er muss die vom Geber kommenden starken Signale dämpfen, und die schwachen verstärken. Die verschiedenen, auch nahe zusammenliegenden Echos werden getrennt, und an die Anzeige weitergeleitet.  Der Bildschirm sollte dazu eine hohe Auflösung besitzen (speziell in der Vertikalen) und einen guten Kontrast bieten, um alle Details klar und scharf abzubilden. So können Fischsicheln und feine Details sauber angezeigt werden.  Frequenzen Apelco arbeitet mit 200 aber auch 50 kHz.  Es gibt Vorteile für beide Frequenzen, allerdings ist 200 kHz für fast alle Verwendungszwecke die bessere Wahl. Es sorgt für feinere Detailauflösung, arbeitet bei flachem Wasser und höherer Geschwindigkeit deutlich besser, und zeigt typischerweise weniger "Rauschen" und unerwünschte Echos. Die Trennschärfe ist ebenfalls bei 200 kHz größer, wichtig, um z.B. zwei dicht beieinander stehende Fische zu trennen, und sie nicht als ein einziges Objekt darzustellen.  Für einige Anwendungen empfiehlt sich trotzdem ein Echolot mit 50 kHz- Schwinger. Charakteristisch für 50 kHz-Echolote ist (bei gleichen Bedingungen und gleicher Sendeleistung) die größere erreichbare Wassertiefe verglichen mit 200 kHz-Echoloten. Dies ist durch die Natur des Mediums Wasser begründet, das Schallwellen hoher Frequenz stärker abschwächt als die niedriger. Darum findet ein 50 kHz-Sonar Anwendung in der Tiefwasser- Fischerei. Hinzu kommt, dass die Schwinger mit niedriger Frequenz unter Wasser einen größeren Bereich abdecken und sich somit gut für das Fischen mit mehreren Downriggern eignen. So ist es nur verständlich, dass beim Schleppfischen 50 kHz auch bei geringeren Tiefen oft bevorzugt wird.  Hier noch einmal eine Zusammenfassung der Unterschiede zwischen 50 und 200 kHz:  200 kHz  50 kHz  ? Geringere Tiefe  ? Kleinerer Geberkegel  ? Bessere Trennschärfe  ? Weniger "Rauschen"  ? Höhere Tiefe  ? Größerer Geberkegel  ? Schlechtere Trennschärfe  ? Mehr "Rauschen"  Echolot-Geber Der Geber, auch Schwinger genannt, ist die "Antenne" des Sonars. Es wandelt die elektrischen Schwingungen des Senders in Ultraschallschwingungen um. Diese werden vom Schwinger durch das Wasser geschickt und werden dort von allen Objekten reflektiert. Gelangt dieses Echo zurück an den Geber, wandelt dieser die Schallwellen zurück in elektrische Impulse, die dann vom Empfänger des Echolotes ausgewertet werden. Die Frequenz des Schwingers muss mit dem des Echolotes übereinstimmen, deshalb kann ein 50 khz-Schwinger nicht mit einem 200 kHz-Echolot benutzt werden. Ein guter Geber muss hohe Sendeleistung ertragen können, die elektrischen Impulse möglichst komplett in Schallwellen umwandeln, außerdem auch noch die kleinsten Echos wieder empfangen. All dies muss in der richtigen Frequenz erfolgen, Echos auf anderen Frequenzen sollen ignoriert werden – in anderen Worten, der Schwinger muss sehr effektiv arbeiten.  Kristall  Das aktive Element eines Schwingers ist ein künstlich hergestellter Kristall. Die einzelnen Bestandteile werden gemischt, eingeschmolzen und in Formen gegossen. Diese werden dann in einem Ofen zu den fertigen Kristallen "gebacken". Nach dem Abkühlen wird eine leitfähige Schicht auf zwei Seiten des Kristalles angebracht, und daran jeweils ein Draht gelötet, um den Kristall mit dem Geberkabel zu verbinden. Die Form des Kristalls bestimmt sowohl die Frequenz wie auch den Sendewinkel des Gebers. Bei runden Kristallen (hauptsächlich verwendet) hängt die Frequenz von der Dicke und der Geberwinkel vom Durchmesser ab. Zum Beispiel besitzt ein 200 kHz- / 20°-Geber-Kristall einen Durchmesser von etwa 2,5 cm, ein 8°-Geber-Kristall hingegen einen Durchmesser von etwa 5 cm. Je größer also der Kristall ist, desto kleiner ist der Geberwinkel. Dies ist der Grund, weshalb ein 20°-Geber soviel kleiner als ein 8°-Geber ist – bei gleicher Frequenz.  Gehäuseformen  Echolot-Geber gibt es in allen Größen und Formen. Die meisten Schwinger werden aus Kunststoff hergestellt, einige Durchbruchgeber auch aus Bronze. Wie im letzten Abschnitt beschrieben, hängen Frequenz und Sendewinkel von der Kristallgröße ab. Deshalb wird die Gehäusegröße hauptsächlich durch den Kristall bestimmt.  Es sind vier typische Schwingertypen im Gebrauch: Durchbruchgeber, Geber, die durch den Rumpf orten, portable (Saugnapf-) Geber und für die Montage am Heckspiegel, die wohl gebräuchlichste Variante.  Durchbruch-Geber  werden in ein passend gebohrtes Loch im Rumpf eingesetzt. Sie besitzen im Normalfall ein langen Schaft, und werden im Inneren des Bootes mit einer passenden Mutter befestigt. Bei einem flachen Rumpf ist die Installation damit komplett. Wird der Geber hingegen auf einer Seite eines V-Rumpfes montiert, muss zusätzlich noch ein Einpassblock montiert werden, um zu gewährleisten, dass der Schwinger senkrecht steht. Durchbruchgeber werden üblicherweise in Booten mit Wellenanlage benutzt, um den Geber vor dem Ruder, dem Propeller und dessen Welle anzubringen.  Geber für Innenmontage  werden mit Kunstharz direkt auf die Innenseite eines GFK-Bootes geklebt. Sie orten direkt durch den Rumpf – allerdings auf Kosten der Echolot-Leistung. (Das hat unter anderem zur Folge, dass die maximal erreichbare Tiefe geringer ist, als mit einem Schwinger für den Heckspiegel.) Der Rumpf muss aus massivem Fiberglas bestehen, denn es ist nicht möglich, durch Aluminium, Holz oder Stahl zu orten. Die vom Geber erzeugten Schallwellen können sich durch Luft nicht fortsetzen, also müssen etwaige Verstärkungen aus Holz, Metall oder Schaumstoff vor dem Einbau entfernt werden. Ein anderer Nachteil dieser Art der Gebermontage ist die Möglichkeit, den Geber für möglichst perfekte Fischsicheln exakt auszurichten. Trotz der Nachteile gegenüber Durchbruch-Gebern, liegen die Vorteile auf der Hand. Zum einen ist der Geber gegen Beschädigungen durch Steine oder treibendes Holz perfekt geschützt, zweitens entstehen durch den Geber keine zusätzlichen Verwirbelungen, die die Ortungsqualität beeinträchtigen (vorausgesetzt, er wurde dort montiert, wo der Rumpf von sich aus den Vorbeistrom des Wassers nicht stört). Drittens ist der Einbaugeber nicht anfällig für Bewuchs.  Portable Geber  werden, wie der Name schon sagt, nur vorübergehend am Boot montiert. Sie werden üblicherweise mit einem Saugnapf am Bootsrumpf befestigt. Einige portable Geber können auch an Elektro-Bootsmotoren montiert werden.  Geber für den Heckspiegel  werden dort an der Unterkante des Rumpfes angebracht, so dass sie in ständigem Wasserkontakt stehen. Von den hier vorgestellten vier Gebertypen, ist dieser Schwinger der am häufigsten vertretene. Ein guter Schwinger für die Heckmontage (wie z.B. der Lowrance HS-WS Schwinger) kann an fast jedem Boot installiert werden und arbeitet auch bei hohen Geschwindigkeiten noch zuverlässig.  Schwinger und Geschwindigkeit  In den Anfängen des Sportfischens mit Sonar-Geräten, waren die Angelboote relativ klein und wurden mit einem Außenborder angetrieben, und ein richtig großer Außenborder besaß etwa 50 PS. Zu dieser Zeit waren die Echolote üblicherweise portabel, um leicht von einem Boot zum anderen transportiert zu werden, dies war wichtiger als die korrekte Funktion bei hoher Geschwindigkeit. Als mit der Zeit die Boote größer und die Motoren stärker wurden, kam diesem Aspekt allerdings eine immer höhere Bedeutung zu, was schließlich zur Entwicklung eines Schwingers führte, der bei allen Geschwindigkeiten gute Echos liefert.  Kavitation ist das Haupthindernis bei hoher Geschwindigkeit. Solange der Geber sauber vom Wasser umströmt wird, sind auch keine Probleme beim Senden und Empfangen der Echolotsignale zu erwarten. Wird dieser Strom jedoch durch rauhe Oberfläche oder scharfe Kanten gestört, so bilden sich Turbulenzen. Dies führt so weit, dass Luftbläschen im Wasser entstehen. Diese sogenannte Kavitation führt dazu, dass Luftbläschen sich auch am Gehäuse des Schwingers befinden, und dort einen Teil des Signals (also der Schallwellen) direkt schon wieder reflektieren. Da sich diese Bläschen so nahe am Geber befinden, ist das Echo sehr stark und überdeckt so einen Teil der schwächeren Fisch- und Bodenechos.  Um dieses Problem zu lösen, muss das Gehäuse des Gebers so gestaltet werden, dass es vom Wasser umströmt wird, ohne Turbulenzen zu verursachen. Durch die vielen Bedingungen, die heutzutage mit einen Schwinger verbunden sind – kleines Gehäuse, um nicht mit dem Außenborder in Konflikt zu geraten, einfach anzubringen, und mit einem "Kick-Up", der Beschädigungen bei Kontakt mit Gegenständen im Wasser vermeidet. Ein Beispiel für einen solchen, modernen Geber ist der Lowrance HS-WS, der nicht nur bei hoher Geschwindigkeit gut funktioniert, sondern auch leicht einzubauen, und durch seine "Kick-Up"-Funktion vor Beschädigungen geschützt ist.  Das Problem mit der Kavitation beschränkt sich nicht nur auf die Form des Gebers. Viele Bootsrümpfe erzeugen ebenfalls Turbulenzen im Wasser, die zur Entstehung von Luftblasen führen, die die Funktion des Gebers beeinträchtigen können. Zum Beispiel entstehen bei vielen Aluminiumboote Luftblasen durch die große Anzahl von Nieten am Bootsrumpf. Um dies zu vermeiden, muss der Geber außerhalb dieses Stroms von Bläschen angebracht werden, typischerweise so tief am Heckspiegel wie irgend möglich  Geber-Sendewinkel Der Schwinger konzentriert die Ultraschallschwingungen zu einem Strahl, der im Wasser einen immer größeren Bereich abdeckt, je tiefer er eindringt. Von der Seite her gesehen, gleicht dieser Bereich einem Kegel, dabei nimmt die Stärke der Echos von innen nach außen allmählich ab.  Um den Sendewinkel eines Gebers zu ermitteln, wird die erste Messung der Signalstärke genau auf der Achse des Kegels vorgenommen, diese wird dann mit Werten verglichen, die an Orten außerhalb des Zentrums gemessen werden. Sobald die Signalstärke auf die Hälfte absinkt (-3db in der Elektrotechnik), ist damit der Sendewinkels des Schwingers bestimmt. Der komplette Winkel vom -3db Punkt auf der einen Seite, bis zum -3db Punkt auf der anderen Seite der Hochachse wird Sendewinkel des Gebers genannt.  Dieser Punkt der halben Signalstärke (-3db) ist Standard in der Elektronikindustrie und die meisten Hersteller messen den Sendewinkel auch auf diese Art, einige wenige benutzen jedoch den -10db Punkt, an dem die Signalstärke auf ein Zehntel im Vergleich zum Zentrum zurückgegangen ist. Dies führt natürlich zu einem weitaus größeren Sendewinkel, der aber nichts mit der eigentlichen Leistung des Gebers zu tun hat, es wird nur anders gemessen. Zum Beispiel hat ein Geber wie der Lowrance HS-WS mit 20°-Sendewinkel bei -3db, einen Sendewinkel von 60° bei -10db.

 
 
 
 
 

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