Wissensbibliothek

Bau und Transport – Basis der Moderne

Das »Häuschen im Grünen« steht bei den Deutschen hoch im Kurs: Über drei Viertel der Deutschen möchten im eigenen Haus leben, und das Einfamilienhaus prägt unser Bild vom Bauen. Aber die Zahl der fertiggestellten Wohnhäuser geht seit Jahren zurück, die meisten Bauleistungen werden auf anderen Baustellen erbracht. Man unterscheidet klassisch zwischen Tiefbau und Hochbau: Letzterer befasst sich vor allem mit der Errichtung oberirdischer Gebäude. Neben Wohnbauten können dies auch Gewerbe- und Industriebauten, landwirtschaftliche oder öffentliche Gebäude sein. Hochbauten bestimmen das Bild unserer Städte und Siedlungen, daher sind vom Hochbau alle Menschen mehr oder weniger direkt betroffen. Mit dem Errichten des Rohbaus durch Maurer und Zimmerleute ist es allerdings nicht getan: Über die Hälfte der Baukosten – und das trifft auf alle Gebäudearten zu – entfällt mittlerweile auf die Gebäudetechnik, also Wasser- und Abwasserinstallationen, Heizungs- und Klimatechnik, ferner Kommunikations- und Datenverarbeitungseinrichtungen sowie die Sicherheitstechnik. Anders als der Hochbau hat der Tiefbau ebenerdige und unterirdische Bauten zum Gegenstand, also den Bau von Verkehrswegen wie Straßen oder Brücken, Erd- und Wasserbau, Tunnelbau und Kanalisation. Weil es hier weniger auf architektonische Durchbildung ankommt, sondern in erster Linie auf einwandfreie Funktion der Bauteile, spricht man auch vom Ingenieurbau.

Gut ausgebaute Verkehrswege sind seit jeher von großer Bedeutung für den kulturellen und gesellschaftlichen Austausch und den weiträumigen Handel. Ohne den Transport von Gütern über große Entfernungen – Stichwort Globalisierung –wäre die arbeitsteilige Organisation des heutigen Wirtschaftslebens nicht möglich. Je nach Verkehrsweg unterscheidet man zwischen Straßen-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehr, nach Art der Verkehrsteilnehmer unterscheidet man zwischen Individualverkehr (z. B. als Fußgänger, mit dem Fahrrad oder dem Auto) und öffentlichem Verkehr (etwa mit Eisenbahn, Passagierflugzeug, Bus oder Straßenbahn).

Tiefbau: Bauen am Boden und darunter

Was ist besser: Pflaster oder Asphalt?

In Zeiten der Motorfahrzeuge mit Gummireifen ist Asphalt eindeutig die bessere Wahl. Während heute nur noch aus ästhetischen Gründen oder zur Verkehrsberuhigung Pflaster verlegt wird, wurde die Straßendecke früher üblicherweise geschottert und bestenfalls mit Basalt oder anderen Natursteinen gepflastert. Für die langsamen Pferdefuhrwerke jener Tage waren dies angemessene Straßenbeläge, nicht aber für die viel schnelleren heutigen Motorfahrzeuge, denn gepflasterte Straßen sind viel zu uneben (und damit auch zu laut). Außerdem ist die Haftung von Gummireifen auf (feuchten) Pflastersteinen so gering, dass die Autos in Kurven leicht von der Straße abkommen. Hinzu kommt, dass ein Pflaster arbeitsintensiv von Hand verlegt werden muss und es daher rund zweieinhalbmal so teuer ist, eine Fläche zu pflastern, als sie zu teeren.

Was verbirgt sich unter dem Asphalt?

Grob unterteilt man den Aufbau einer Straße in die Gründung (den Unterbau) und die eigentliche Fahrbahnkonstruktion (den Oberbau), der mit der Decke abschließt. Dabei ist die früher als Verschleißdecke bezeichnete Deckschicht – sie wird entweder auf der Basis von Bitumen oder Beton hergestellt – nur wenige Zentimeter dick; die Höhe aller Schichten zusammen beträgt jedoch etwa einen halben Meter. Solch aufwendige Konstruktionen sind notwendig, um die an der Deckschicht punktförmig angreifenden Kräfte gleichmäßig nach unten abzuleiten. Dadurch wird mit zunehmender Tiefe die Beanspruchung des Straßenuntergrunds immer geringer, so dass die Schichten der Belastung über längere Zeit standhalten kann.

Was unterscheidet Straßen- und Schienentrassen?

In der Struktur gibt es nur geringe Unterschiede: Auch beim Bau von Eisenbahntrassen sind – wie beim Straßenbau – aufwendige Konstruktionen aus Unter- und Oberbau notwendig, um die Stabilität der Bahntrasse zu gewährleisten. Allerdings sind Bahntrassen in Planung und Ausführung wesentlich kostenintensiver, weil die Kurven weniger scharf sein dürfen und die Steigungen geringer ausfallen müssen als bei Straßen. Deshalb findet man bei der Streckenführung einer Eisenbahn wesentlich häufiger Brücken, Dämme und Tunnelbauten als im Straßenbau.

Übrigens: Bei der ICE-Neubaustrecke Köln–Frankfurt wurde erstmals versucht, die neue Trasse mit der parallel laufenden Autobahn zu »bündeln«, um so den Flächenverbrauch zu vermindern und damit die Natur zu schonen. Das hat allerdings den Preis, dass nur der besonders leistungsstarke ICE-3 die verhältnismäßig steilen Teilstücke dieser Strecke mit Höchstgeschwindigkeit bewältigen kann.

Wie gräbt man einen Tunnel?

Im Tunnelbau gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Bauweisen – die offene und die geschlossene. Die geschlossene Bauweise beschränkte den Tunnelbau bis in die Neuzeit auf tragfähigen Fels. Mit der offenen Bauweise sind mit Fertigbauteilen mittlerweile sogar Tunnel »unter Wasser« möglich.

Vor fast zweihundert Jahren wurden erstmals Tunnel in weiches Material gegraben. Bei dem noch heute verbreiteten Schildvortriebverfahren presst man einen über die gesamte Tunnelbreite ragenden Schild in das weiche Erdreich hinein und trägt das darunter liegende Gestein mit gigantischen Meißelköpfen – die übrigens Durchmesser von mehreren Metern haben können – ab. Der Schild erfüllt dabei zwei wichtige Funktionen: Zum einen schützt er die Baustelle vor Steinschlag und Erdrutschen und ermöglicht es zum anderen, den hinter dem Schild entstehenden Tunnel auszubetonieren.

Die neuere offene Bauweise gilt als kostengünstige Alternative, wenn ein Öffnen der Baugrube nach oben keinen großen Mehraufwand verursacht. Die seitlichen Wände der Baugrube müssen dazu durch Spundwände gestützt werden. Im Anschluss daran wird die Grube mit Betonfertigteilen abgedeckt, so dass die Fläche oberhalb der Baustelle wieder nutzbar ist. Der eigentliche Tunnel wird dann in der gedeckelten Grube angelegt.

Liegt die Baugrube im Grundwasser, fungieren die seitlichen Abstützungen gleichzeitig als wasserdichter Trog, eindringendes Wasser wird abgepumpt und die Baugrube auf diese Weise trocken gehalten. In speziellen Fällen, wenn besondere Stabilität der Baugrube erforderlich ist, werden die Wände sogar vereist, um die Sicherheit der Baustelle zu gewährleisten.

Wussten Sie, dass …

das Netz der Überlandstraßen im römischen Reich in seiner Spitzenzeit 80 000 Kilometer umfasste? Zum Vergleich: In Deutschland gibt es heute gut 231 000 Kilometer überörtliche Straßen.

die Straßen der römischen Antike einen völlig überdimensionierten Unterbau aus bis zu sechs Schichten Kies, Steinen und Mörtel hatten? Dafür waren sie aber bis weit in das Mittelalter hinein oft die einzigen ganzjährig nutzbaren Verbindungen.

der längste Eisenbahntunnel der Welt in Japan liegt? Der Seikan-Tunnel verbindet die Inseln Hokkaido und Honshu und misst 53,9 Kilometer.

der längste Straßentunnel der norwegische Lærdalstunnel ist? Der Ende 2000 übergebene Tunnel liegt auf der Strecke Oslo–Bergen und misst 24,5 Kilometer.

der längste deutsche Eisenbahntunnel der Landrückentunnel in Hessen ist? Er liegt auf der ICE-Strecke zwischen Fulda und Würzburg und ist 10,8 Kilometer lang.

der längste deutsche Straßentunnel den thüringischen Rennsteig unterquert? Dieser Teil der A 71 misst 7916 Meter.

Warum sind Straßen so teuer?

Weil eine Straße aus mehreren Schichten besteht, die einzeln nacheinander aufgebracht und maschinell verdichtet werden. Welchen Effekt es hat, wenn auf diesen schichtweisen Aufbau verzichtet wird, zeigen provisorische Straßenstücke, die manchmal zur Umfahrung von Baustellen angelegt werden. Sie bestehen meist nur aus einer Schotterschicht, die mit einer Asphaltdecke (»Teer«) versiegelt wird, und sind schon nach kurzer Zeit tief ausgefahren.

Ingenieurbau: Brücken, Kanäle, Talsperren

Welche Brückenarten gibt es?

Drei verschiedene Brückengrundtypen sind schon seit Jahrtausenden bekannt: die Balkenbrücke, die einem auf Pfeilern ruhenden geraden Balken gleicht, die Bogenbrücke, die durch einen Bogen getragen wird, und schließlich Hängebrücken, bei denen Stahlseile die Konstruktion tragen, wie etwa bei der Golden Gate Bridge in San Francisco. Solche Bauwerke wurden zu früheren Zeiten mittels »Naturmaterialien« gefertigt. In der Neuzeit werden sie jedoch mit moderneren Werkstoffen wie Gusseisen, Stahl und Beton ergänzt oder ganz ersetzt und durch abgewandelte Konstruktionen (z. B. Schrägseilbrücke) variiert.

Wegen ihrer Tragkraft sehr beliebt sind heutzutage Hängebrücken und Spannseilbrücken, in denen die Fahrbahn an Stahlseilen aufgehängt ist. Diese Trägerseile wiederum hängen entweder an einem weiteren, zwischen den Pfeilern verlaufenden Seil oder sind direkt an den Pfeilern befestigt.

Wie werden heute Brücken gebaut?

Beim Bau moderner Brücken werden heutzutage hauptsächlich zwei Verfahren eingesetzt: das Taktschiebe- und das Quereinschiebeverfahren.

Beim Taktschiebeverfahren wird jeweils an das hintere Ende des Überbaus ein neues Brückenteil angesetzt und dann der gesamte bis dahin fertiggestellte Überbau um die Länge dieses Teils vorgeschoben. Das wiederholt man so lange, bis der Überbau das gegenüberliegende Widerlager erreicht hat. Besonders Brücken, die weite Strecken oder große Höhen überwinden sollen, werden so gefertigt, denn der neue Brückenabschnitt kann auf festem Boden produziert werden.

Spektakulär ist das Quereinschieben, bei dem die komplette Brücke neben dem eigentlichen Standort fertiggestellt und erst dann in die endgültige Position geschoben wird. Dieses Verfahren bietet sich insbesondere an, wenn eine alte Brücke ersetzt werden soll. Denn auf diese Weise muss der Verkehr nur kurzzeitig unterbrochen werden und Verkehrsbehinderungen können minimiert werden.

Warum braucht man Schleusen?

Um auf Flüssen, bei denen große Höhendifferenzen zu überwinden sind, eine Schifffahrt überhaupt erst möglich zu machen.

Eine sog. Kammerschleuse sperrt mit zwei Toren einen ganzen Abschnitt eines Flusses oder Kanals ab. Im Raum zwischen den Toren, der Kammer, kann der Wasserspiegel – und mit ihm ein darauf schwimmendes Schiff – angehoben oder abgesenkt werden. Schleusen, die hauptsächlich von Frachtschiffen passiert werden, sind zumeist automatisch betriebene Anlagen. Schleusen für Ausflugsboote müssen dagegen auch heute noch manuell bedient werden.

Übrigens: Erfunden wurde die Schleuse vor über 1000 Jahren von dem chinesischen Beamten Qiao Weiyue, der für den Transport von Tributweizen verantwortlich war. Schleusen lösten damals Rampen ab, über die die Schiffe mühsam gezogen werden mussten.

Wieso wurde der »Drei-Schluchten-Damm« gebaut?

Er soll die Hochwasser des Jangtsekiang bändigen und die Überflutung des Lands am Unterlauf vermeiden; er soll Trinkwasser liefern, das Land bewässern, Energie erzeugen und wird sicher beliebtes Ausflugsziel für Touristen werden. Der »Drei-Schluchten-Damm« ist das derzeit spektakulärste und umstrittenste Wasserbauprojekt der Welt. Bis 2009 soll am Ende der Naturlandschaft der »Drei Schluchten« und in der Nähe der Stadt Yichang eine Talsperre von noch nie da gewesener Größe vollendet sein. Die Gewichtsstaumauer hat eine Höhe von 185 Metern (entsprechend einem 60-stöckigen Hochhaus), eine Länge von 2300 Metern sowie eine Dicke von 300 Metern. Der entstehende Stausee wird sich über 600 Kilometer Länge erstrecken und eine Fläche von 6900 Quadratkilometern bedecken. Insgesamt 26 Turbinen sollen über 1,2 Gigawatt elektrische Energie für die boomende chinesische Wirtschaft liefern.

Können Kanäle über Brücken verlaufen?

Aber ja. Eigentlich ist der Bau einer Brücke, die einen Kanal führt, vom Prinzip her nichts anderes als der Bau einer Straßenbrücke – allerdings ist die Wirkung des fertigen Bauwerkes auf den Betrachter weit spektakulärer. Eine derartige Überführung wurde in Deutschland erstmals im Jahre 1914 beim Bau des Mittellandkanals errichtet: Er überquert die Weser bei Minden auf einer Brücke.

Bei besonders großen Höhendifferenzen werden sogar Schiffsaufzüge eingesetzt, etwa am Elbe-Seitenkanal bei Scharnbeck oder als Teil des Drei-Schluchten-Damms in China.

Wussten sie, dass ...

die höchste Brücke der Welt in Frankreich zu finden ist? Die Fahrbahn auf dem Ende 2004 eingeweihten Viaduc de Millau bei Clermont-Ferrand befindet sich in einer Höhe von etwa 270 Metern über dem Tal des Tarn. Die mit 185 Metern höchste deutsche Brücke führt die Autobahn A 6 bei Schwäbisch Hall über das Kochertal.

die ältesten bekannten Stauanlagen rund 5000 Jahre alt sind? Das Reservoir von Jawa in Jordanien (ca. 3200 v. Chr.) war ein Trinkwasserspeicher, die Talsperre im Wadi Garawi bei Kairo (2600 v. Chr.) diente dem Hochwasserschutz.

der längste Kanal der Welt schon vor 2400 Jahren begonnen wurde? Der chinesische Kaiserkanal verläuft zwischen Peking und dem Gelben Fluss im Norden und der Mündung des Jangtsekiang im Süden. Im 13. Jahrhundert (nach 1700 Jahren Bauzeit) war der Kanal etwa 1800 Kilometer lang.

Hausbau und Gebäudetechnik: Hochbau für alle

Wie bleibt es auch ohne Heizung warm?

Mit exzellenter Wärmedämmung. Häuser ohne Heizung sind selbst in Skandinavien machbar, obwohl es dort im Winter erheblich kälter ist als bei uns.

Das Erfolgsrezept für eine Heizkostenrechnung von »null Komma null« ist eine ausgezeichnete Wärmedämmung mit Dreifachverglasung, ein automatischer Luftaustausch mit Wärmerückgewinnung aus der verbrauchten Luft und die Nutzung von Solarenergie sowie von Erdwärme mithilfe einer Wärmepumpe.

Auf der Grundlage dieser Betrachtungen wurde im Jahre 1994 das Plusenergiehaus »Heliotrop« in Freiburg (Breisgau) entwickelt, das mehr Energie erzeugt, als es verbraucht. Das zylinderförmige Haus weist eine besondere Konstruktionsidee auf: Es ist um seine vertikale Achse drehbar gelagert und kann – wie die Blume Heliotrop – seine Fensterseite immer nach dem Sonnenstand ausrichten. So kann es sich im Winter der Sonne zuwenden, um das Innere des Hauses aufzuheizen und zu beleuchten oder sich im Hochsommer von der Sonne abwenden, um die Innenräume kühl zu halten.

Wie »intelligent« können Häuser sein?

Wenn Intelligenz bedeutet, dass viele Steuerungsfunktionen automatisch übernommen werden, dann kann auch ein Haus ziemlich »intelligent« sein.

Die Ausmaße der möglichen intelligenten Haustechnik zeigen Forschungs- und Demonstrationsobjekte wie beispielsweise das Berliner T-Com-Haus. In diesem Haus sind alle elektrischen Geräte durch Kommunikationsleitungen untereinander vernetzt und tauschen Informationen aus. So teilt z. B. ein Kontakt am Fenster dem Heizkörperventil mit, dass das Fenster geschlossen wurde – daraufhin beginnt die Heizung wieder zu heizen. Derselbe Kontakt könnte bei entsprechender Programmierung auch einen Einbruchsversuch melden und die Alarmanlage auslösen.

Überall im Haus sind Sensoren installiert, die ihre Umgebung überwachen und dabei die Signale der anderen Sensoren berücksichtigen: Die Heizung im Badezimmer reagiert z. B. auf eine Zeitschaltuhr und den Fenstersensor, das Licht im Flur auf Bewegungsmelder und die Messung eines Tageslichtsensors.

In die Kommunikationsinfrastruktur der Endgeräte wie Lampe oder Heizung lassen sich Computer einbringen, welche die von diesen Geräten ausgesendeten Signale anzeigen und die zur Steuerung dienen können. Auf diese Weise lassen sich alle diese Endgeräte im vernetzten Haus individuell bedienen und kontrollieren – egal, ob dies von einer Zentrale im Gebäude, über Handy aus dem Urlaubsort oder per Internet vom Büro aus geschieht. Die Frage »Habe ich das Bügeleisen ausgeschaltet?« würde dann künftig keinen Urlaub mehr verderben.

Wie bekommt man Licht ins Dunkel?

Entweder auf klassischem Weg durch Fenster oder Lampen oder auf moderne Weise durch sog. Lichtrohre. Fenster stellen die Architekten nämlich immer wieder vor ein Dilemma: Eine effektive Beleuchtung von Räumen erfordert große Fenster; über solche großen Fensterflächen wird aber viel mehr Wärme abgegeben als durch eine ähnlich dimensionierte Wandfläche. Deshalb können Fenster sowohl im Sommer als auch im Winter das Raumklima geradezu unerträglich machen.

In der modernen Architektur nutzt man daher Alternativen, um Naturlicht in die Gebäude zu leiten. So kann das Haus beispielsweise der Sonne nachgeführt werden, wie beim Plushaus »Heliotrop« in Freiburg, oder man konzipiert die Gebäude so, dass die oberen Stockwerke die unteren beschatten. Bei tiefstehender winterlicher Sonne sind die Räume hell und warm, bei hochstehender Sommersonne schattig und kühl.

Eine weitere Alternative zeigt die Hauptverwaltung der Hongkong and Shanghai Banking Corp. Dort reflektieren computergesteuerte Spiegel, die permanent zur Sonne gerichtet sind, das Tageslicht in sog. Lichtrohre. Diese sind mit neuartigen Leuchtstoffen beschichtet und leiten das Licht über weite Strecken hinweg, wobei sie es blendfrei in die Räume abgeben.

Wussten Sie, dass …

in der Bundesrepublik täglich über 100 Hektar Bodenfläche überbaut werden? Diese Fläche entspricht etwa 150 Fußballfeldern.

etwa drei Viertel des privaten Energieverbrauchs für das Heizen verwendet werden? Die Umrüstung des Gebäudebestands auf Niederenergie- oder Nullenergiehäuser könnte also durch Verminderung der CO2-Emission erheblich zum Klimaschutz beitragen.

Wie funktioniert Wärmedämmung?

Indem zwischen einen warmen und einen kalten Ort eine isolierende Schicht eingefügt wird. Wärme fließt immer von der warmen zur kalten Seite; die Geschwindigkeit dieses Wärmeflusses ist von der Wärmeleitfähigkeit des Materials abhängig, so sind z. B. Metalle wie Silber und Kupfer gute Wärmeleiter und ruhende Gase, etwa Luft, besonders schlechte. Ein Wärme dämmendes Material enthält deshalb viele kleine Luftbläschen, z. B. Loch- oder Blähtonziegel; besonders wirksam sind auch wollartige Materialien. Sog. Aerogele bieten sogar eine transparente Wärmedämmung.

Die Dämmung ist aber nur dann effizient, wenn es keine Wärmebrücken gibt – also konstruktionsbedingte Schwachstellen, an denen keine oder nur geringe Wärmedämmung vorhanden ist. Darüber hinaus darf das Dämmmaterial nicht feucht sein (etwa durch Kondenswasser), denn Wasser hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und macht jede Wärmedämmung hinfällig.

Gebäudesicherheit: Schutz vor unerwünschten Vorkommnissen

Wie funktioniert ein effektiver Brandschutz?

Er verhindert Brände, indem er dafür sorgt, dass die Voraussetzungen für die Entstehung von Brandherden nicht erfüllt werden. Falls dennoch ein Brand beginnen sollte, ist es Aufgabe des Brandschutzes, die Schäden zu minimieren.

Beim bauseitigen Brandschutz soll die Brandgefahr durch die Verwendung geeigneter Baumaterialien vermindert werden. Außerdem können einzelne Bauteile wie Wände, Decken oder Treppen so errichtet werden, dass sie den Weg eines etwaigen Feuers unterbrechen. So werden z. B. feuerbeständige und damit brandhemmende Wände zwischen verschiedenen Abschnitten eines Gebäudes eingebaut, die verhindern, dass das Feuer auf andere Teile des Hauses übergreifen kann. Neben all diesen Maßnahmen, die dazu dienen, einen Brand einzudämmen, sollten auch ausreichend funktionsfähige Notausgänge vorhanden sein, um den Menschen eine schnelle und gefahrlose Flucht vor dem Feuer zu ermöglichen. Zum betrieblichen Brandschutz gehören neben all den oben erwähnten Maßnahmen auch noch Feuer- und Rauchmelder sowie (automatische) Feuerlöscheinrichtungen.

Übrigens: Die Grundidee für eine Sprinkleranlage wurde schon vor 200 Jahren geboren. Die Anlage besteht aus einer Reihe von Wasserdüsen an der Decke, die mit einem Metalllot verschlossen sind. Bei einer bestimmten Temperatur schmilzt das Lot, die Düse öffnet sich und versprüht Wasser. Die ersten Anlagen wurden aber erst 1874 installiert.

Was unterscheidet Schlösser von Schließsystemen?

Das Innenleben macht den Unterschied aus. Bei einem Schließsystem soll es nämlich zu höherer Sicherheit führen, als dies ein normales Schloss leisten kann.

Das Kernstück eines Sicherheitsschlosses ist ein drehbar im Gehäuse gelagerter Zylinder, welcher den Schließriegel bewegt. Gehäuse und Zylinder enthalten – je nach Länge – bis zu 20 Bohrungen, in denen kleine, senkrecht zur Zylinderachse stehende sog. Blockierstifte beweglich untergebracht sind. Mit dem richtigen Schlüssel werden die Blockierstifte so ausgerichtet, dass sich der Zylinder drehen lässt.

In Schließsystemen ist nicht nur der Zylinder, sondern auch noch die Blockierstifte unterteilt. Damit werden zusätzliche Trennebenen möglich, die durch weitere Schlüssel angesprochen werden. Bei einer Hauptschlüsselanlage gibt es eine regelrechte »Hierarchie« von Schlüsseln. Dabei kann ein »übergeordneter« Schlüssel (etwa vom Hausmeister) mehrere unterschiedliche Zylinderschlüssel betätigen. Bei einer Zentralschlossanlage können dagegen mehrere unterschiedliche Einzelschlüssel (z. B. die Wohnungstürschlüssel verschiedener Wohnungen) auch bestimmte weitere Schlösser öffnen (beispielsweise die Haus- oder Kellertür eines Mehrfamilienhauses).

Kodierte Schließsysteme spiegeln die neuesten Enwicklungen auf dem Markt wider. Hier sind Schloss und Schlüssel mit einer elektronischen Kodierung versehen. Erkennt die Dekodiereinrichtung am Schloss den richtigen Kode, lässt sich der Schlüssel drehen und die Tür öffnen. Solche Schließsysteme bieten eine Reihe von Vorzügen: Da es möglich ist, jedem Schlüssel eine einzigartige Kennung einzuprogrammieren und da im Schloss die letzten Schließvorgänge gespeichert werden, lässt sich stets rekonstruieren, mit welchem Schlüssel eine Tür geöffnet wurde. Solche kodierten Schließsysteme machen letztendlich auch zeitabhängige Schließrechte praktikabel, so ist es bei organisatorischen oder personellen Änderungen in einer Firma nicht nötig, Schlösser auszutauschen – es reicht völlig aus, die Schlüssel umzuprogrammieren.

Verhindern Alarmanlagen Einbrüche?

In den meisten Fällen wohl nicht. Aber die Überwachung des Außenbereichs, im Idealfall kombiniert mit Licht- und Geräuscheffekten, kann durchaus verhindern, dass ein potenzieller Einbrecher sein Vorhaben in die Tat umsetzt. Solche Einbruchmeldeanlagen werden meist deutlich sichtbar installiert, um mögliche Täter schon im Vorfeld abzuschrecken – zeigen so aber gleichzeitig, dass sich hier »schutzwürdiges« Gut befindet!

Man sollte eine Alarmanlage immer mit baulichen Maßnahmen kombinieren, die Türen und Fenster des Gebäudes zusätzlich absichern. Die einschlägige Branche hält dafür eine reiche Produktpalette bereit wie z. B. Rollladensicherungen, Fenstergitter, abschließbare Fenster- und Türgriffe und vieles mehr.

Übrigens: Hat man sich dazu entschlossen, eine Alarmanlage in sein Haus einzubauen, kann man sich bei der Kalkulation der Kosten an folgende Faustregel halten: Der Preis für die Anlage sollte den »zu erwartenden Schaden«, den ein »typischer« Einbruch verursachen würde, nicht überschreiten.

Was verbirgt sich hinter einer »biometrischen Kontrolle«?

Eine Kontrolle, in der ein elektronisches Prüfgerät physiologische Merkmale einer Person misst und mit den gespeicherten Daten dieser Person vergleicht. Das Gerät muss dazu einen Mikrocomputer zur Durchführung der Prüfung enthalten oder über Datenleitungen mit einem Computer verbunden sein.

Wie entstehen Brände?

Um einen Brand zu entfachen, müssen drei (unglückliche) Umstände aufeinander treffen – er entsteht also nicht »einfach so«: Man braucht brennbare Stoffe, Sauerstoff, der das Feuer nährt (er ist in der Luft reichlich vorhanden) und Wärme – genau genommen muss so viel Wärme entstehen, dass die Zündtemperatur der Stoffe erreicht wird. Dies ist beispielsweise durch eine offene Flamme, heiße Oberflächen oder elektrische Funken möglich, um nur einige Möglichkeiten zu nennen.

Wussten Sie, dass …

die meisten Einbrüche nicht nachts stattfinden? Haupteinbruchszeiten sind der späte Vormittag (10–12 Uhr) und der frühe Abend (18–20 Uhr).

Fingerabdruckleser überprüfen, ob tatsächlich der durchblutete Finger einer lebenden Person und keine Attrappe oder gar ein ab- getrenntes Organ kontrolliert wird?

Das Auto: Unser wichtigster Verkehrsträger

Was treibt die Autos der Zukunft an?

Vermutlich wird es sich wie heute um Hubkolbenmotoren handeln, die einen flüssigen oder gasförmigen Treibstoff verbrennen. Möglicherweise werden aber auch verstärkt Automobile zur Marktreife gelangen, die mit Brennstoffzellen angetrieben werden.

Der im Hubkolbenmotor verbrannte Treibstoff wird heutzutage fast ausschließlich aus fossilen Energieträgern gewonnen. Seine ausgereifte Technik zeigt verhältnismäßig gute Wirkungsgrade, und es gibt auch in den abgelegensten Ecken der Welt eine funktionierende Infrastruktur, die eine Versorgung mit Benzin und Diesel sicherstellt.

Aber trotzdem wird weiterhin nach Verbesserungen in diesem Bereich gesucht: Die Autoindustrie investiert einerseits in die Entwicklung eines Hubkolbenmotors, der mit alternativen Treibstoffen betrieben werden kann und forciert andererseits die Verbesserung des Elektromotors. Alternative Treibstoffe, z. B. Biodiesel oder Erdgas, erlauben die weitere Nutzung der bewährten Technik und Änderungen der gut ausgebauten Infrastruktur wären mit vertretbarem Aufwand zu leisten. Auch Wasserstoff (H2) wäre eine gute Alternative, weil er fast abgasfrei zu Wasserdampf verbrennt. Allerdings ist die Erzeugung von Wasserstoff energieaufwendig – es gibt noch zu wenig Solarstrom für die Elektrolyse und die Speicherung von H2 ist umständlich. Außerdem ist der Tank voluminös und muss wie sämtliche Leitungen aus Spezialwerkstoffen hergestellt werden.

Wann kommt das Elektroauto?

Die ersten reinen Elektrofahrzeuge rollen schon auf den Straßen, doch ob und wann sie einen bedeutenden Marktanteil erobern werden, steht noch in den Sternen. Obwohl die Technik schon recht alt ist, hat sie sich aufgrund der ungelösten Probleme der notwendigen Energieerzeugung bislang kaum verbreitet: Eine herkömmliche Batterie, welche dieselbe Leistung liefert wie 50 Liter Benzin, würde einige hundert Kilogramm wiegen. Auch neu entwickelte Batterietypen wie Natrium-Schwefel-Zellen haben immer noch eine zu geringe Leistung und Solarzellen erzeugen so wenig Strom, dass er nur für extreme Leichtbaufahrzeuge ausreicht. Technisch reizvoll – weil völlig abgasfrei – ist die Erzeugung der elektrischen Energie mithilfe einer Brennstoffzelle. Erste Prototypen mit einem solchen Antrieb sind bereits auf der Straße unterwegs. In der »Hybridtechnik« dient ein verbrauchs- und schadstoffoptimierter Verbrennungsmotor als Generator. Er erzeugt beim Betrieb jedoch wieder Abgase.

Kann Elektronik Unfälle verhindern?

Ja und nein: Natürlich kann Elektronik keine Fahrpraxis ersetzen, aber die mittlerweile für viele Autos lieferbaren elektronischen Helfer können das Fahrzeug in Grenzsituationen oft besser beherrschbar machen und dadurch auch Unfälle vermeiden helfen.

Beispielsweise verhindert das Antiblockiersystem (ABS), dass die Räder bei einer Vollbremsung blockieren. Eine elektronische Steuerung überwacht die Drehzahlen aller vier Räder, erkennt bereits im Ansatz, wann ein Rad zu blockieren droht und reduziert dann die Bremskraft. Dank dieser automatischen »Stotterbremse« bleibt das Auto trotz maximaler Bremsleistung lenkbar. Das Gegenstück zum ABS ist die Antischlupfregelung (ASR). Sie greift in die Motorsteuerung ein und drosselt die Leistung, wenn die Räder drohen, durchzudrehen. Damit können die Räder stets die maximale Kraft auf die Straße bringen.

Eine Kombination von ABS und ASR ist das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP). Droht das Fahrzeug auszubrechen, bremst das System einzelne Räder gezielt ab, so dass sich der Wagen wieder in die Spur dreht. Drängt z. B. das Heck in einer Kurve nach außen, wird das kurvenäußere Vorderrad verzögert.

Ein neueres elektronisches Helferlein ist der Bremsassistent. Er erkennt an der Geschwindigkeit, mit der der Fahrer auf das Bremspedal tritt, eine Notbremsung und baut automatisch den maximalen Bremsdruck auf, auch wenn der Druck auf das Pedal dafür nicht gereicht hätte.

Wie testet man Sicherheit?

Mithilfe sog. Crashtests, welche die Sicherheitseinrichtungen eines Autos (z. B. Knautschzone, Sicherheitsgurte und Airbags sowie deren Zusammenspiel) überprüfen. Um die Resultate vergleichen zu können, sind diese Tests genormt. Der in der EU vorgeschriebene Euro-NCAP-Test (Euro NCAP = European New Car Assessment Programme) besteht aus vier Teilen: Beim Frontalcrash rast das Fahrzeug mit 64 Kilometern pro Stunde seitlich versetzt gegen eine deformierbare Barriere. Beim Seitencrash trifft eine deformierbare Barriere mit 50 Kilometern pro Stunde auf die Fahrerseite des Autos, um einen Seitenaufprall zu simulieren. Beim Pfahltest prallt das Auto mit 30 Kilometern pro Stunde auf der Höhe des Fahrers seitlich gegen eine Stahlsäule. Zuletzt werden Unfälle mit Fußgängern simuliert.

Mit »Dummys« – jene mit Sensoren ausgestatteten Puppen, die bei Crashtests zum Einsatz kommen – werden die Beschleunigungen der Insassen beim Aufprall gemessen. Dank solcher Tests konnte der Insassenschutz (die beste Bewertung sind übrigens fünf Sterne) bei vielen Automobilen deutlich verbessert werden. Mittlerweile sind in allen Fahrzeugklassen mehrere Modelle mit fünf Sternen erhältlich. Ein Bewertungssystem für Kinder- bzw. Fußgängerschutz hat sich bei den Crashtests leider noch nicht durchgesetzt.

Was ist GPS?

GPS heißt »Global Positioning System«, zu deutsch: globales Positionsbestimmungssystem. Es wurde vom US-amerikanischen Verteidigungsministerium entwickelt, seine Grundlage bildet ein »installiertes« System aus 24 Satelliten, die die Erde in einer Höhe von 20 000 Kilometern umkreisen. Dieses System wurde am 17. Juli 1995 offiziell in Betrieb genommen.

Von jedem Punkt unseres Planeten und zu jedem beliebigen Zeitpunkt sind die Signale von mindestens vier GPS-Satelliten zu empfangen. Jeder Satellit strahlt für ihn charakteristische Funksignale ab, die u. a. ein äußerst genaues Zeitsignal enthalten. Der Empfänger auf der Erde vergleicht die Signale der Satelliten und berechnet daraus seine Position auf der Erdoberfläche.

Die Genauigkeit der Postionsbestimmung hängt von der Signalfrequenz ab: Das Militär stützt sich auf die sog. L2-Frequenz und erreicht damit eine Genauigkeit von etwa 16 Metern, für zivile Zwecke steht die L1-Frequenz zur Verfügung, die zu einer Genauigkeit von etwa 100 Metern führt. Die Signale werden im Empfangsgerät mit einem Computer verarbeitet und dabei können – entsprechende Software vorausgesetzt – noch Korrekturen vorgenommen werden mit dem Ergebnis, dass sich die Genauigkeit bis in den Zentimeterbereich steigern lässt (sog. differenzielles GPS).

Das US-amerikanische Militär hat sich vorbehalten hat, bei Bedarf die Genauigkeit des GPS durch Senden von Störsignalen beeinflussen zu können. Um davon unabhängig zu werden, plant die Europäische Gemeinschaft den Aufbau eines eigenen Systems namens »Galileo«, mit dem eine Präzision von weniger als einem Meter angestrebt wird. Der erste Satellit befindet sich bereits im Orbit, das Gesamtsystem aus 30 Satelliten soll bis Ende 2010 fertiggestellt sein.

Woher kennt das Navigationssystem den Weg?

Navigationssysteme benutzen Satellitendaten, die zurzeit vom US-amerikanischen Global Positioning System (GPS) geliefert werden.

Ein Navigationssystem enthält die Empfangsanlage für die Satellitensignale, einen kleinen Computer und einen Wegsensor. Letzterer bestimmt ständig die Beschleunigung des Fahrzeugs, seine Geschwindigkeit und alle Richtungsänderungen. Mithilfe dieser Daten ist eine Positionsbestimmung vorübergehend auch ohne Satellitenempfang möglich, etwa beim Durchfahren eines Tunnels. Meist enthält das System auch eine Sendeanlage, mit deren Hilfe man die Position des Fahrzeugs von außen bestimmen kann.

Die bisher beschriebenen Komponenten dienen aber nur dazu, die Position des Autos, d. h. seine Koordinaten zu bestimmen. Zum Navigationssystem wird die Anlage erst dadurch, dass alle verfügbaren Informationen –also Satellitendaten einerseits und auf DVD bzw. CD-ROM gespeicherte geographische Daten andererseits – zusammengeführt werden. Daraus wird letztendlich eine digitale Karte erstellt, mithilfe derer die richtige Route ermittelt werden kann. In dieser Straßenkarte sind in der Regel auch weitergehende Angaben gespeichert – etwa über Einbahnstraßen, den kürzesten Weg zum nächsten Krankenhaus oder über touristische Sehenswürdigkeiten. Bei Verkehrsstörungen kann das System sogar nach Alternativrouten suchen, wobei dann auch die Signale des digitalen Verkehrsfunks ausgewertet und einbezogen werden.

Übernimmt das Auto bald selbst die Kontrolle?

Obwohl die Grundlagen durch zahlreiche Sensoren in einem »intelligenten« Auto bereits gelegt sind, stehen selbstlenkende Fahrzeuge, die eine vorgegebene Route nicht verlassen, noch am Anfang der Erprobungsphase.

Und doch weisen bestimmte »Spielereien« im Bereich Sensorik die Richtung, in die sich die Fahrzeugtechnik entwickeln wird: Fahrlichtassistenten erkennen, wenn es dämmert und schalten automatisch die Scheinwerfer ein. Der Innenspiegel reagiert auf starken Lichteinfall und blendet selbstständig ab. Anhand der Lichtbrechung auf der Frontscheibe werden Regentropfen erkannt und daraufhin die Scheibenwischer aktiviert. Radaranlagen warnen den Fahrer, wenn der ideale Abstand zum Vordermann unterschritten wird.

Doch die Fahrzeugelektronik behält nicht nur den Außenraum im Blick: Sensoren überwachen die Müdigkeit des Fahrers und signalisieren, wenn der Wagen von der Fahrbahn abzukommen droht. Und selbst für den Alkoholgehalt im Atem des Fahrers gibt es Sensoren. Ist er zu hoch, wird z. B. die Wegfahrsperre aktiviert.

Damit stoßen die sog. Assistenzsysteme an rechtliche und psychologische Grenzen: Dass ein Betrunkener am Fahren gehindert wird, mag jedem einleuchten, aber darf ein Sensor auch die Motorleistung drosseln oder sogar bremsen, wenn der Abstand zum voraus fahrenden Wagen zu gering ist? Ab wann wandelt sich die Unterstützung des Fahrers in Bevormundung um? Und wenn solche Systeme in das Verkehrsgeschehen eingreifen – wer trägt dann die Verantwortung im Falle eines Unfalls?

Wussten Sie, dass …

vor 1900 die meisten Autos elektrisch angetrieben wurden? Sie galten sogar als besonders alltagstauglich und waren, weil man sie nicht ankurbeln musste, auch für Damen geeignet.

vor hundert Jahren der schnellste Wagen der Welt ein Elektroauto war? Die »Jamais Contente« (die »Niemals Zufriedene«) des belgischen Konstrukteurs Camille Jenatzy fuhr 1899 erstmals schneller als 100 Kilometer pro Stunde.

Wussten Sie, dass …

nach Einführung des ABS vor ca. 20 Jahren die Unfallzahlen anstiegen? Offenbar fühlten sich die Fahrer mit dem System so sicher, dass der Sicherheitsgewinn durch riskantere Fahrweise wieder aufgehoben wurde.

die Knautschzone bereits 1951 patentiert wurde? Mercedes-Benz als Patentinhaber stellte 1959 das so geschützte Fahrzeug vor.

es schon in den Zwanzigerjahren bei Flugzeugen erste Versuche mit Luftkissen als Verletzungsschutz gab? Doch erst 1980 waren Elektronik und Gasgeneratoren so funktionssicher, dass der erste Airbag in ein Auto eingebaut werden konnte.

Lassen sich Crashtests vergleichen?

Nur bedingt. Weil der US-amerikanische Crashtest NCAP etwas anders aufgebaut ist als der europäische Euro-NCAP und daher andere Anforderungen stellt, kann ein Fahrzeug nicht in beiden Tests gleich gute Noten erzielen. Dies erklärt die besonders guten Ergebnisse der französischen Hersteller, die nicht in die USA exportieren und ihre Konstruktionen für den Euro-NCAP optimieren.

Zweiräder: Verkehrsmittel mit Spaßfaktor

Ist ein Motorrad nicht eher ein »Spielzeug«?

Für die ferne Vergangenheit kann man das sicher verneinen: Motorräder waren preiswerter als Autos und damit das Verkehrsmittel für diejenigen, die mobil sein mussten, sich aber kein Auto leisten konnten. Heute hingegen ist das Motorrad eher ein Fortbewegungsmittel für die Freizeit, mit dem man seine Jugendlichkeit, Freiheit und Ungebundenheit demonstrieren kann. Durch die Preispolitik ist allerdings sichergestellt, dass die Jugendlichkeit eher in der Gesinnung als im Lebensalter liegt.

Nach dem Zweiten Weltkrieg erlebte das Motorrad schon einmal eine Renaissance: Neue Karosserieformen wie der Motorroller, 1946 in Italien erstmals aus alten Flugzeugteilen montiert und unter dem legendären Markennamen »Vespa« auf den Markt gebracht, machten das Motorrad zu einem Alltagsgegenstand. Ein Roller zeichnet sich durch eine vor Wind und Spritzschmutz schützende Karosserie aus, die einen freien Einstieg zwischen Lenksäule und Sitzbank ermöglicht. In den 1950er Jahren fuhren die Deutschen mit diesen praktischen Gefährten in Massen über die Alpen in den sonnigen Süden. Und noch heute bedeutet ein Motorrad – in den weniger kräftigen Formen Mofa oder Leichtkraftrad – für viele Jugendliche den ersten Schritt in die motorisierte Welt, da es schon mit 15 bzw. 16 Jahren gefahren werden darf.

Wie funktioniert die Gangschaltung?

Bei den Gangschaltungen lassen sich zwei Typen unterscheiden: Ketten- und Nabenschaltung. Bei der Kettenschaltung wird die Fahrradkette über verschiedene Kettenblätter einerseits am Tretlager und andererseits am Ritzel des Hinterrads geführt. Kettenschaltungen gibt es heute in Ausführungen mit 1 × 7 bis 3 × 10, insgesamt stehen also zwischen 7 und 30 Gänge zur Verfügung. Nabenschaltungen enthalten im Zentrum ein sog. Sonnenrad, das von mehreren »Planetenrädern« und einem innen verzahnten »Planetenträger« umgeben ist. Beim Schalten sperrt man die Verbindung zwischen je zweien dieser drei Zahnräder und wechselt so die Übersetzung. Nabenschaltungen werden mit bis zu 14 Gängen angeboten.

Übrigens: Im Prinzip geht es auch ohne eine Gangschaltung, aber sie verändert das Umdrehungsverhältnis von Hinterrad und Tretkurbeln, wodurch sich die Trittgeschwindigkeit besser an die unterschiedlichen Straßenbedingungen anpassen lässt.

Welche Rolle spielt das Fahrrad im Verkehr?

Umweltschützer und Gesundheitsexperten würden sagen: eine viel zu geringe, denn aus Umweltschutzüberlegungen sowie aus gesundheitlichen Gründen ist es sinnvoller, für kürzere Wege das Fahrrad zu verwenden, anstatt sich ins Auto zu setzen.

Allerdings werden Kurzstrecken in Deutschland nur zu etwa zehn Prozent mit dem Rad zurückgelegt (zum Vergleich: 27 Prozent der Wege werden zu Fuß, 40 Prozent mit dem Auto, weitere zwölf Prozent als Mitfahrer im Auto und elf Prozent mit dem Personennahverkehr zurückgelegt). Insgesamt fährt der Bundesbürger durchschnittlich pro Jahr rund 300 km mit dem Rad. Damit liegt Deutschland etwa gleichauf mit Belgien (327 km) und Finnland (287 km) und weit vor Frankreich (87 km) oder Großbritannien (81 km), jedoch weit hinter Dänemark (958 km) und den Niederlanden (1019 km).

Übrigens: Das Fahrrad ist das Verkehrsmittel mit dem besten Verhältnis von Masse zu Transportfähigkeit: Es wiegt nur ein Zehntel von Fahrer plus Gepäck, ein Auto hingegen wiegt durchschnittlich etwa zehnmal so viel wie der Fahrer.

Welche Fahrradrahmen gibt es?

Man unterscheidet im großen Ganzen drei Typen von Rahmen: Diamantrahmen, Rahmen mit tieferliegendem Oberrohr und sog. Y-Rahmen. Der üblicherweise aus Stahl- oder Aluminiumrohren geschweißte Rahmen ist das Zentrum eines jeden Fahrrads. An ihm sind die Räder, der Sattel und das Tretlager angebracht. Im Rennradbereich sind auch Rahmen aus anderen Materialien, z. B. aus Carbonfasern, verbreitet.

Diamantrahmen werden bei der Herstellung von Fahrrädern am häufigsten verwendet. Dieser Rahmentyp hat seinen Namen von seiner Rautenform. Seine Konstruktion ist einfach und sehr stabil. Das Aufsteigen ist jedoch nicht leicht, weil man ein Bein über das obere Rohr schwingen muss. Für weniger bewegliche Personen und für Frauen gibt es den Rahmen mit tief liegendem Oberrohr. Durch diese Konstruktion lässt sich das Rad bequem besteigen, allerdings ist der Rahmen weniger verwindungssteif und neigt zum Flattern. Für gefederte Fahrräder, insbesondere Mountainbikes, wird meist der y-Rahmen verwendet, der die Form eines kleinen y hat.

Wussten Sie, dass …

die Mischform von Fahrrad und Motorrad als »Powerbike« bezeichnet wird? Bei dieser patentierten Technik gibt ein Elektromotor nur dann Kraft ab, wenn auch in die Pedale getreten wird. Das Powerbike ist daher zulassungs- und führerscheinfrei.

es ein Motorrad mit Dieselmotor gibt? Es handelt sich um einen in Indien gefertigten Nachbau eines englischen Klassikers (der Motor ist »made in Germany«) und ist das einzige Dieselmotorrad mit EU-Betriebserlaubnis.

Eisenbahn: Massenverkehrsmittel mit Faszination

Wie lang ist der Bremsweg eines Zugs?

Ein voll besetzter Zug hat – abhängig von Geschwindigkeit und Waggonzahl – normalerweise einen Bremsweg von über einem Kilometer.

Das hat weitreichende Folgen für den Fahrbetrieb, denn so weit im Voraus kann kein Zugführer die Signale entlang der Strecke erkennen. Daher besitzen moderne Züge eine sog. Linienzugbeeinflussung (LZB). Diese übermittelt über Linienleiter in der Gleismitte die Position des Zugs an die Streckenzentrale, die dann über mehrere Kilometer im Voraus die Signale stellen kann.

Um sicherzustellen, dass ein Lokomotivführer diese Signale nicht übersieht, benutzt man die »induktive Zugsicherung«. Elektromagnete in entsprechend ausgestatteten Lokomotiven werden von außen induktiv angesteuert, sobald die Lok ohne Reaktion an einem Vorsignal vorbeifährt. So verringert der Zug automatisch seine Geschwindigkeit und bremst am Hauptsignal schließlich ganz ab. Eine »Sicherheitsfahrschaltung« überprüft außerdem ständig die Wachsamkeit des Lokführers. Der muss etwa alle 30 Sekunden eine Taste drücken und wieder loslassen. Wenn er das nicht tut (etwa wegen gesundheitlicher Probleme), bremst der Zug selbstständig ab.

Schon die Fahrplangestaltung wird von Sicherheitsbestimmungen geleitet. So muss beispielsweise gewährleistet sein, dass sich Züge, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf derselben Strecke unterwegs sind, niemals zu nahe kommen. Deshalb wird jede Route in Abschnitte von einigen Kilometern Länge unterteilt, die durch Signale freigegeben oder gesperrt werden. Fährt ein Zug in einen solchen Abschnitt hinein, sperrt das Signal die Strecke automatisch für alle nachfolgenden Züge, bis der erste Zug den Abschnitt wieder verlassen hat.

Weshalb fährt der Transrapid in China – aber nicht in Europa?

Die Magnetschwebebahn Transrapid basiert zwar auf einem – auf den ersten Blick - überzeugenden Konzept, jedoch lässt sich dieses bei näherer Betrachtung in Mitteleuropa weder technisch noch politisch noch finanziell umsetzen.

So würde der Umbau der bisherigen Schieneninfrastruktur erhebliche Kosten verursachen, die etwa in derselben Größenordnung liegen wie die Umrüstung eines bestehenden Gleissystems zur Hochgeschwindigkeitstrasse. Allein der Bau der Verbindung Hamburg–Berlin wurde auf über fünf Milliarden Euro geschätzt. Für die bestehende Transrapid-Trasse in Shanghai (ca. 30 Kilometer Länge) werden Kosten von 30 Millionen Euro pro Kilometer angegeben. Eine Amortisation dieser enormen Investitionen scheint derzeit äußerst unwahrscheinlich.

Hinzu kommt, dass die Bahnhöfe umgestaltet werden müssten, um den Zügen neue Haltepunkte zu bieten. Auch die »Verschandelung« der Landschaft durch die Betontrassen stieß bei Planungen in Deutschland auf Widerstand. Nicht zuletzt ist der Transrapid nur eine Ergänzung des »normalen« Schienenverkehrs, denn für Gütertransport ist er weniger geeignet. Das bestehende Schienennetz müsste daher zusätzlich zu den Transrapid-Trassen benutzt und gewartet werden.

Brauchen wir trotz Billigfliegern ICE?

Ja, denn ein Zug ist deutlich umweltfreundlicher als ein Flugzeug: Der Treibstoffverbrauch pro Passagier und Kilometer ist sehr viel niedriger, was die Ozonschicht weniger schädigt. Zudem sind Billigflüge oft nur Lockangebote, die nur einem kleinen Teil der Fluggäste zugute kommen. Nicht zuletzt gibt es, rechnet man die Check-in-Zeiten und den Transfer zwischen Flughafen und Reiseziel ein, im innerdeutschen Flugverkehr gar keinen oder nur einen geringen Zeitgewinn: Von Frankfurt aus braucht die Bahn weniger als vier Stunden, um die Innenstädte von Berlin, Hamburg oder München zu erreichen. Möglich werden solche kurzen Fahrzeiten durch Hochgeschwindigkeitszüge; in Deutschland sind sie seit 1991 als »Intercity Express« fahrplanmäßig im Einsatz. Die ersten Neubaustrecken waren die Verbindungen Hannover-Würzburg und Mannheim-Stuttgart. Auf der neuen, relativ steilen Strecke Frankfurt-Köln erreicht der ICE 3 Spitzengeschwindigkeiten von 330 Kilometern pro Stunde.

Wussten Sie, dass …

der schnellste konventionelle Zug ein französischer TGV ist? Bei einer Rekordfahrt 1990 erreichte ein präparierter TGV eine Geschwindigkeit von 515 Kilometern pro Stunde. Dieser Wert zeigt aber nur das technisch Machbare, für den täglichen Einsatz hat er keine Bedeutung.

der deutsche ICE bei einer Rekordfahrt eine Geschwindigkeit von 367 Kilometern pro Stunde erreicht hat? Anders als bei dem Rekord-TGV handelte sich hier aber um einen serienmäßigen Zug, der unter praxisnahen Bedingungen fuhr.

der längste und schwerste Güterzug 2001 in Australien lief? Der Zug aus 682 Erzwaggons wog fast 100 000 Tonnen und wurde von acht über die ganze Länge von 7,5 Kilometern verteilten dieselelektrischen Loks angetrieben. Man wollte mit dem Zug eine neue Steuerungselektronik testen.

schon 1903 ein elektrischer Versuchszug eine Geschwindigkeit von 210 Kilometern pro Stunde erreichte?

Was ist das Besondere am Pendolino?

Seine Neigetechnik, die den Zug automatisch »in die Kurve legt«.

Bei der Neigetechnik – im Bahndeutsch die »gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung« – legt sich der Zug wie ein Motorradfahrer in die Kurve. Beim italienischen »Pendolino« – die Italiener waren übrigens die Pioniere dieser Technik – erfolgt dies mittels hydraulischer Steuerung, während die deutsche Parallelentwicklung »NeiTech« elektronisch gesteuert wird.

Das Pendolino-Prinzip ermöglicht eine hohe Kurven- und damit Durchschnittsgeschwindigkeit der Züge: Der schwedische Zug X2000 verkehrt zwischen Göteborg und Stockholm auf einer kurvigen Trasse mit einer Spitzengeschwindigkeit von »nur« 200 Kilometern pro Stunde. Diese Durchschnittsgeschwindigkeit ist aber fast genauso hoch wie beim ICE Hamburg–München, dessen Spitzengeschwindigkeit auf gerader Strecke 250 Kilometer pro Stunde beträgt.

Schiffe und Schifffahrt: Kein Verkehrssystem ist älter

Wie kamen Dampfer zu ihrem Namen?

Sie wurden durch eine Dampfmaschine angetrieben und zogen deshalb bei der Fahrt eine gewaltige Rauch- bzw. Dampfwolke hinter sich her. Die meisten heutigen »Dampfer« werden allerdings nicht mehr durch eine Dampfmaschine angetrieben, sondern durch einen Schiffsdieselmotor – der bisweilen jedoch auch recht intensiv raucht.

Der heute gängige Schiffsdieselmotor ist kleiner, leichter, schneller betriebsbereit und vor allem einfacher zu bedienen als die kohlebefeuerte Dampfmaschine. Solche modernen Aggregate – manchmal größer als ein Haus – verbrennen Heizöl, sind dabei aber wenig anspruchsvoll; sogar Schweröl von puddingartiger Konsistenz kommt als Brennstoff infrage. Problematisch ist der hohe Schwefelgehalt solch minderwertiger Treibstoffe, der ein ernsthaftes Problem für die Luftreinhaltung darstellt.

Wie wird die Größe eines Hafens bestimmt?

Um die Größe – gemeint ist damit meist die wirtschaftliche Bedeutung – eines Hafens zu beurteilen, gibt es mehrere Kriterien, beispielsweise die Fläche, die Länge der Kaimauern oder den Warenumschlag – denn Häfen sind heute riesige Wirtschaftsunternehmen, die eine Schnittstelle für den Güterumschlag zwischen See- und Binnenschiff, Straße und Schiene darstellen.

Ein typisches Beispiel für eines dieser Unternehmen ist der Hamburger Hafen, die größte Hafenanlage Deutschlands. Obwohl er über 100 Kilometer vom Meer entfernt liegt, gilt der Hamburger Hafen als Seehafen und bedeckt – inklusive der Reserveflächen – knapp 7400 Hektar. Das entspricht einem Quadrat von etwa 8,5 Kilometern Kantenlänge oder der Fläche von ganz Bremerhaven. In Hamburg gibt es 320 Liegeplätze an 41 Kilometern Kaimauer, an denen täglich etwa 30 Handelsschiffe anlegen. Jährlich werden im Hamburger Hafen also rund 12 000 Schiffe be- oder entladen, gelöscht, wie Fachleute sagen. Der Warenumschlag beläuft sich auf fast 100 Millionen Tonnen, davon 57 Millionen Tonnen in Form von Containern.

Sind Windjammer heute noch von Bedeutung?

Für die Frachtschifffahrt nicht mehr, dafür umso mehr als Schiffe für Sport und Freizeit. In einigen Fällen dienen sie auch als Lehrschiff für die Ausbildung von Seeleuten. Windjammer transportieren heute hauptsächlich Touristen oder dienen einschlägigen Firmen als Werbeträger. Allerdings gibt es seit den 1920er Jahren immer wieder neue Versuche, um die Segelschifffahrt zu beleben. Die verschiedensten Ideen beschäftigten sich damit, wie man die Kraft des Windes effektiv für den Schiffsantrieb einsetzen und dadurch Treibstoff sparen könnte. Beispiele hierfür sind die sog. Flettner-Rotoren oder Windmühlenschiffe. Physikalisch-technisch gesehen sind diese Modelle sehr reizvoll, nicht zuletzt deswegen, weil Schiffsabgase eine hohe Umweltbelastung darstellen: Über 60 Prozent des atmosphärischen Schwefeldioxids auf der Nordhalbkugel stammt aus Schiffsmotoren.

Ob sich solche neuen »Windschiffe« durchsetzen können, hängt aber vor allem von ihrer Rentabilität ab. Die neueste Idee eines Hamburger Unternehmens wird unter der Bezeichnung »Skysails« propagiert: Ein computergesteuerter Lenkdrachen von der Größe eines Fußballfelds, der an einem mehrere hundert Meter langen Kunststoffseil vor Öltanker und Frachtschiffe gespannt werden und das Schiff ziehen soll. Man verspricht sich von dem Einsatz des Drachens nicht nur ruhigere Fahreigenschaften, sondern auch eine Kraftstoffersparnis von bis zu 40 Prozent. Die ersten Demonstrationsfahrten sind für 2007 angekündigt. Wenn die Ölpreise weiterhin hoch bleiben – oder sogar wie derzeit drastisch ansteigen – könnten sich Windschiffe recht schnell durchsetzen.

Gibt es fliegende Schiffe?

Durchaus, denn sowohl bei Luftkissenfahrzeugen (in England »Hovercraft« genannt) als auch bei Tragflügelbooten lässt sich die Grenze zwischen Schwimmen und Fliegen nur sehr schwer bestimmen, da diese Boote sich teilweise durch die Luft und teilweise im Wasser fortbewegen.

Ein Hovercraft beispielsweise gleitet auf einem Luftpolster vorwärts, das von einer Turbine oder einem Propeller erzeugt und durch eine Schürze unter dem Fahrzeug gehalten wird. Auf diesem »Kissen« bewegt sich das Fahrzeug dann äußerst reibungsarm und schnell über Wasser oder mitunter auch über Land fort.

Auch ein Tragflügelboot gleitet eher über der Wasseroberfläche, als dass es im Wasser schwimmt, allerdings wird hier der Schiffsrumpf durch Auftriebskräfte aus dem Wasser gehoben, die an unter Wasser befindlichen Tragflächen entstehen (wie beim Flugzeug). Daraus resultiert ein so geringer Wasserwiderstand, dass es bis zu 50 Knoten (90 Kilometer pro Stunde) schnell werden kann. In der Ägäis sind solche Boote bereits die »Intercitys« des Personenfährverkehrs.

Wussten Sie, dass …

Robert Fulton 1809 das erste funktionstüchtige Dampfschiff patentieren ließ? Sein Raddampfer »Clermont« hatte jedoch noch Zusatzsegel.

die Elbe regelmäßig auf 17 Meter Tiefgang ausgebaggert werden muss? Nur so können Hochseeschiffe den Hamburger Hafen jederzeit erreichen.

Robert Fulton schon 1805 ein U-Boot vorstellte? Seine »Nautilus« hatte einen Handkurbelantrieb und ein Druckluftsystem, welches die dreiköpfige Besatzung mit Atemluft versorgte.

die Schiffsschraube 1827 erfunden wurde? Patentinhaber war der österreichische Forstbeamte (!) Joseph Ressel.

die Schiffsschraube als Antrieb viel leistungsfähiger ist als das ältere Schaufelrad? Schaufelradschiffe fahren daher nur noch aus nostalgischen Gründen.

Was leisten Container?

Seit Mitte der 1950er Jahre werden Güter per Schiff in rechteckigen Boxen befördert, was das Umladen erleichtert. Auf diese Weise kann auf ein Containerschiff pro Stunde zehn- bis zwanzigmal mehr geladen werden als auf »normale« Stückgutfrachter. In der EU hat der Containerverkehr in den Niederlanden (26 Prozent der Tonnage), in Belgien (21 Prozent) und in Deutschland (18 Prozent) einen besonders hohen Anteil am Frachtverkehr.

Flugzeuge und Luftstraßen: Schnell um den Globus

Was hält ein Flugzeug in der Luft?

Der dynamische Auftrieb, der an den luftumströmten Tragflächen entsteht.

Wesentlich für das Fliegen ist die Form der Tragflächen, kurz Flügel genannt. Bei den gängigen Verkehrsflugzeugen sind sie auf der Oberseite gewölbt, auf der Unterseite dagegen flach. Beim Fliegen legt die Luft daher oben einen längeren Weg zurück als unterhalb der Tragfläche und strömt deshalb schneller. Einem physikalischen Gesetz zufolge herrscht dann aber an der Oberseite ein etwas geringerer Druck als unter den Flügeln. Wenn solch eine Druckdifferenz an einer Tragfläche herrscht, bedeutet das, dass auf sie eine Kraft in Richtung des niedrigeren Druckes wirkt, also in diesem Falle nach oben.

Diese sog. dynamische Auftriebskraft wirkt umso stärker, je schneller das Flugzeug ist. Wird eine Mindestgeschwindigkeit, die typischerweise bei etwa 280 Kilometern pro Stunde liegt, nicht überschritten, reicht der Auftrieb zum Abheben nicht aus. Das bedeutet, dass jedes Flugzeug eine genügend lange Startbahn braucht, um auf diese Geschwindigkeit beschleunigen und starten zu können.

Wie hat sich der Flugzeugbau seit den Pioniertagen entwickelt?

Seit der Entwicklung der ersten Flugzeuge hat sich in der Technik eine Menge getan und deshalb unterscheiden sich die heutigen Verkehrsflugzeuge in vielen Punkten von den Konstrukten der Flugpioniere. Die ersten Flugzeuge bestanden aus leichtem Holz, die Flügel – oft sogar mehrere übereinander – waren mit Tuch bespannt, und vorn drehte ein nach heutigen Maßstäben winziger Motor einen Propeller, der die »fliegenden Kisten« antrieb. Moderne Verkehrsflugzeuge sind deutlich größer, besitzen klimatisierte Kabinen, die aus Aluminiumlegierungen oder raffinierten Verbundwerkstoffen aufgebaut sind und für den Vortrieb sorgt ein Strahlantrieb.

Während man früher nur Propellerantriebe baute, fliegen die Verkehrsflugzeuge heute hauptsächlich mit dem modernen Strahl- oder Düsenantrieb. In ihnen wird der Treibstoff verbrannt und das Abgas durch eine Düse (englisch: jet) nach hinten ausgestoßen. Nach dem physikalischen Gesetz von Aktion und Reaktion entsteht dabei eine nach vorn gerichtete Kraft, der Schub. Aber: Was sich hier so einfach anhört (und z. B. bei Raketen auch wunderbar funktioniert), lässt sich bei Flugzeugen nicht ohne weiteres verwirklichen, da ein solches Triebwerk erst bei hoher Fluggeschwindigkeit startet – aber die Geschwindigkeit lässt sich ohne Antrieb nicht erreichen.

In der Realität sind Strahltriebwerke daher etwas komplizierter aufgebaut: Eine rotierende Turbine verdichtet die Gase und erhöht die Geschwindigkeit des ausgestoßenen Gases und somit den Schub. Bei modernen Mantelstromtriebwerken ist der heiße Gasstrahl von einem »Mantel« aus kühlerer Luft umgeben, der gleichzeitig das Gehäuse kühlt und die Motorgeräusche dämpft.

Woher weiß der Pilot, wie hoch er fliegt?

Er liest die Flughöhe am Höhenmesser ab. Dieser Höhenmesser ist ein Messgerät, das die Daten aus vielen verschiedenen Sensoren auswertet und daraus die aktuelle Flughöhe ermittelt.

Der gewöhnliche Höhenmesser misst, wie ein Barometer übrigens, den äußeren Luftdruck. Da dieser Luftdruck mit abnehmender Höhe zunimmt, kann man aus diesem Messwert auf die Flughöhe schließen. Leider ist diese Methode durch die unterschiedlichen Wetterlagen mit einem recht großen Fehler behaftet. Dennoch eignet sich diese Art der Höhenbestimmung über die »Druckhöhe« gut für den Landeanflug oder dazu, die Höhendifferenz zweier nah beieinander fliegender Flugzeuge zu ermitteln.

Der Funkhöhenmesser liefert für die Höhenbestimmung eines Flugzeuges zuverlässigere Werte, denn er misst die absolute Höhe über dem Boden. Er funktioniert im Prinzip wie ein Radargerät: Aus der Laufzeit, die ein mit Lichtgeschwindigkeit zum Boden gesendetes Funksignal benötigt, lässt sich die zurückgelegte Entfernung, also die Flughöhe, direkt berechnen. Jedoch schwankt diese sog. Funkhöhe über unebenem Untergrund (z. B. Berge, Hochhäuser, Bäume), so dass der Funkhöhenmesser nur über ebenem und gleichmäßig strukturiertem Gebiet oder über dem Meer zuverlässige Daten liefert.

Was gehört alles zu einem Flughafen?

Wichtige Elemente eines Flughafens sind Start- und Landebahnen mit ihren jeweiligen Vorfeld- und Rollwegen, Hallen und technischen Werkstätten für die Wartung der Flugzeuge, Tanklager und Betankungseinrichtungen sowie die Abfertigungsgebäude für Passagiere, Luftfracht und Luftpost.

Start- und Landebahnen sind stets entsprechend der örtlichen Hauptwindrichtung ausgerichtet und bestehen aus einer circa 1,5 Meter dicken Betondecke. Die Länge der Piste ist abhängig davon, welche Flugzeuge von ihr aus starten oder auf ihr landen sollen, und schwankt in der Regel zwischen 2000 und 4500 Metern. Bei besonders hohem Flugverkehr werden mehrere Pisten genutzt, die meist im Abstand von einigen hundert Metern parallel zueinander verlaufen. Die Bahnen sind durch Rollwege mit dem Vorfeld verbunden, auf dem sich die Abfertigungs- und Abstellplätze für die Flugzeuge befinden. An das Vorfeld wiederum grenzen die Abfertigungsgebäude, die Terminals, an. Hier befinden sich die Check-in-Schalter mit den Einrichtungen zur Sicherheitsüberprüfung sowie die Anlagen zur Verteilung und Ausgabe des Reisegepäcks. Ein ausgeklügeltes Wegenetz ermöglicht den Passagieren den Zugang zu ihren jeweiligen Flugsteigen. Und nicht zuletzt sitzt auch die Flugsicherung auf dem Flughafengelände, die ihren Dienst im Tower verrichtet, einem Turm, der den Bediensteten einen weiten Ausblick über den gesamten Betrieb des Flughafens gewährt.

Die Anforderungen an einen Flughafen sind in den letzten Jahrzehnten permanent gestiegen. Genügten früher noch eine ebene Graspiste und ein paar kleinere Hallen, so verbrauchen die großen Verkehrsflughäfen heute meist die Fläche einer Kleinstadt (und bieten ebenso viele Arbeitsplätze).

Welche Aufgaben hat ein Fluglotse?

Bei den Flugverkehrsleitern – besser bekannt unter dem Begriff Fluglotsen – laufen alle Informationen über Flugbewegungen im Einzugsbereich ihrer Flugleitzentrale zusammen. Ihre Aufgabe ist es, darauf zu achten, dass sich die Flieger weder am Boden noch in der Luft zu nahe kommen oder gar miteinander zusammenstoßen, und allgemein den Flugverkehr konfliktfrei abzuwickeln. So überwachen Fluglotsen die Luftstraßen und müssen Sorge tragen, dass Start- und Landebahnen immer nur für ein Flugzeug freigegeben sind. Um das zu erreichen, stehen sie in ständigem Kontakt mit den Piloten der Flugzeuge und geben ihnen Anweisungen. Das heißt, dass der Pilot für jedes Manöver, sei es nun jedes Steigen oder Sinken des Flugzeugs oder jede Änderung der Flugroute, eine Bewilligung von der Flugsicherung einholen muss. Deren Weisungen sind für alle Piloten im kontrollierten Luftraum bindend. Würde sich ein Pilot diesen Anweisungen der Flugverkehrsleiter widersetzen, würde er sich und andere leichtsinnig gefährden. Deshalb wird jede Zuwiderhandlung eines Flugzeugführers streng geahndet – die vielgelobte Freiheit über den Wolken hat in der harten Realität enge Grenzen!

Arbeitsort der Lotsen ist der sog. Tower, der sogar an kleinen Flughäfen zu finden ist. Ihr wichtigstes Hilfsmittel ist das Radar, ein System der Funkortung mithilfe von Radiowellen. Aus Entfernung und Richtung der registrierten Radioechos werden die Positionen der Flugzeuge bestimmt, die den jeweiligen Luftraum durchqueren. Um ihre Bewegungen zu erfassen, muss die Messung in rascher Folge wiederholt werden, weswegen Radaranlagen an ihren vielen, schnell kreisenden Antennen leicht zu erkennen sind. Transponder am Flugzeug reagieren auf diese Signale und senden zusätzliche Flugdaten an den Tower.

Warum wurde die »Concorde« aus dem Verkehr gezogen?

Weil sie sowohl zu unwirtschaftlich wurde als auch für den Luftverkehr zu unsicher war. Das französisch-britische Überschallflugzeug Concorde wurde in den 1960er Jahren entwickelt und erreichte mit 2200 Kilometern pro Stunde doppelte Schcallgeschwindigkeit.

Der Anfang vom Ende war das Unglück im Juli 2000, bei der eine startende Concorde in Paris zerfetzt wurde. Erst nach einigen Konstruktionsänderungen durfte das Flugzeug Ende 2001 wieder starten. Für das endgültige Aus Ende 2003 waren u. a. wirtschaftliche Gründe verantwortlich, denn für den dreistündigen Flug der 100 Passagiere von London nach New York brauchte die Concorde 89 Tonnen Kerosin. Ein Jumbojet schluckt auf dieser Strecke zwar die gleiche Menge an Sprit, befördert gleichzeitig jedoch mehr als viermal so viele Passagiere wie die Concorde.

Wussten Sie, dass …

im Jahre 2005 auf dem größten deutschen Flughafen Frankfurt fast so viele Passagiere verkehrten wie in München, Düsseldorf und Berlin-Tegel zusammen? Frankfurt hatte 52,2 Millionen Flugäste, die anderen 28,6, 15,5 und 11,5 Millionen

der Flughafen Frankfurt europaweit nur drittgrößter Flughafen ist? Spitzenreiter sind London-Heathrow mit 67,9 und Paris (Charles de Gaulle) mit 53,8 Millionen Passagieren (Zahlen von 2005).

die Landebahn des Flughafens in Gibraltar von einer öffentlichen Straße gekreuzt wird? Bei Flugbetrieb wird sie mit einer Schranke abgesperrt. Die Straße ist die einzige Verbindung vom Festland zur Halbinsel.

Weshalb »fahren« Luftschiffe?

Weil sie nicht mittels des dynamischen Auftriebs in der Luft bleiben – wie ein mit Tragflächen ausgerüstetes Flugzeug. Ballone und Luftschiffe sind jedoch insgesamt »leichter« als Luft, deshalb wird ihr Schweben in der Umgebungsluft als Fahren bezeichnet.

Die Größe ist entscheidend: Schon ein kleiner Heißluftballon ist so groß wie ein dreistöckiges Haus, das erste lenkbare Luftschiff des Grafen Zeppelin von 1900 war sogar 128 Meter lang. Sowohl Ballone als auch Luftschiffe sind mit einem Gas gefüllt, das leichter ist als Luft, z. B. mit Helium, Wasserstoff oder einfach nur heißer Luft.

Wussten Sie, dass …

die meisten Großflughäfen heute als »Drehkreuze« (englisch »hubs«) konzipiert sind? Nur zwischen ihnen werden Langstreckenflüge angeboten; Passagiere, die weiterfliegen möchten, müssen umsteigen. Das spart den Fluggesellschaften Geld, kann jedoch zu Wartezeiten führen, wenn die großen Flughäfen überlastet sind.

sich in Hongkong das größte freistehende Gebäude auf einem Flughafen befindet? Das Abfertigungsgebäude ist 1,3 Kilometer lang und hat eine Grundfläche von 55 Hektar.

man sich von dem »großen« Abstand bei einem Beinahezusammenstoß in der Luft nicht täuschen lassen darf? Eine Strecke von beispielsweise 200 Metern legt ein Flugzeug in weniger als einer Sekunde zurück.

Polarbär, Langweilig
Wissenschaft

Mir ist so langweilig!

Überraschend, aber wahr: Langeweile hat auch ihre guten Seiten, wie neue Studien zeigen. von CHRISTIAN WOLF Langeweile ist lästig. Wer sie spürt, will das fade Gefühl loswerden – was gerade in Corona-Zeiten mit den eingeschränkten Freizeitmöglichkeiten nicht so einfach ist. Und Langeweile hat weitere Schattenseiten: Studien...

Immunsystem, Zellen, Medizin
Wissenschaft

Das Geheimnis der Gedächtniszellen

Moderne Analysemethoden können Moleküle und Zellen sortieren und erlauben erstaunliche Einblicke in das Immunsystem. von RAINER KURLEMANN Das Immunsystem erinnert sich an Erkrankungen, die unser Gedächtnis längst vergessen hat. Denn in unserem Knochenmark wird die individuelle Geschichte der Infektionen unseres Lebens gespeichert...

Mehr Artikel zu diesem Thema

Weitere Lexikon Artikel

Weitere Artikel aus dem Wahrig Synonymwörterbuch

Weitere Artikel aus dem Wahrig Fremdwörterlexikon

Weitere Artikel aus dem Wahrig Herkunftswörterbuch

Weitere Artikel aus dem Vornamenlexikon