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200 Jahre Maschine von Bohnenberger – Festkolloquium und Ausstellung

Orientierung im Raum

Am 10. Dezember 2010 durchbrach ein grüner Laserstrahl hoch oben vom Kollegiengebäude II der Universität Stuttgart die Dunkelheit des Abends. Er zeigte quer durch den Park hinüber zu dem flachen Bau der Universitätsbibliothek. Dort im Foyer stand die Maschine von Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger (1765-1831) im Mittelpunkt der Ausstellung „Orientierung im Raum“: Eine Erfindung, die bis heute Schiffen, Fahrzeugen oder neuerdings Handys Orientierung im Raum erlaubt.

Das Modell, das den Besucher in der Ausstellung erwartete, ist nur etwa so groß wie eine Hand. Eine Elfenbeinkugel ist darin im Zentrum dreier Metallringe kardanisch aufgehängt, also so platziert, dass sie sich frei um alle drei Achsen der Raumrichtung drehen kann. Die Achsen der beiden inneren Ringe sind rechtwinklig zueinander angeordnet und ineinander drehbar gelagert. Der äußere Ring ist fest auf einem Edelholzsockel montiert. Wird die Kugel gedreht, so behält sie ihre Achse auch dann noch bei, wenn das Modell auf den Kopf gestellt wird, weil durch die kardanische Aufhängung kein Drehmoment auf sie wirkt. Damals, vor 200 Jahren, war selbst Bohnenberger nicht klar, welch bedeutende Apparatur er da erfunden hatte.


Paradebeispiel für zweckfreie Forschung, aus der Großes entstehen kann: Die Bohnenberger-Maschine.  (Foto: Stadtmuseum Tübingen)
Paradebeispiel für zweckfreie Forschung, aus der Großes entstehen kann: Die Bohnenberger-Maschine. (Foto: Stadtmuseum Tübingen)

Der Professor für Physik, Mathematik und Astronomie an der Universität Tübingen wollte damit lediglich seinen Studenten in den Vorlesungen die Präzession der Erdbewegung demonstrieren. Ähnlich einem Spielzeugkreisel, der zur Seite geneigt ist, schlingert nämlich die Erde während sie sich um die eigene Achse dreht, weil Mond und Sonne eine Massenanziehung auf sie ausüben. Die Achse der Erde und des Spielzeugkreisels ist wie die Kugel in Bohnenbergers Modell bestrebt, die anfängliche Richtung beizubehalten. Erst 1817 veröffentlichte Bohnenberger seine Erfindung, nachdem Kollegen ihn dazu gedrängt hatten. Der französische Physiker Léon Foucault gab der Apparatur 1852 schließlich den Namen Gyroskop (griech. gyros für „Drehung“ und skopein für „sehen“) und entwickelte sie weiter.
Gyroskope sind heute allgegenwärtig, wenn auch nicht immer sichtbar. Der an eine rotierende Masse gekoppelte künstliche Horizont im Flugzeug zeigt dem Piloten beispielsweise an, ob das Flugzeug relativ zur Erdoberfläche nach oben, unten oder zur Seite fliegt. In der Schifffahrt löste der Kreiselkompass den Magnetkompass ab, und kardanisch gelagerte Kreiselsysteme halten Torpedos, Raketen und Satelliten auf Kurs. Die modernen und mittlerweile miniaturisierten Gyroskope gehen ebenfalls auf Bohnenbergers Maschine zurück, auch wenn sie mit ihrem Vorgänger nur noch wenig gemein haben: die Lage des Kreisels wird hier mikroelektronisch erfasst und digital weiterverarbeitet.
Erste Produkte mit Gyroskop-Sensor für den Massenmarkt waren fest eingebaute Navigationssysteme für PKWs, die auch in Tunneln ohne GPS-Empfang registrieren, ob das Auto seine Richtung geändert hat. Die Wii-Spielekonsole kann seit 2009 mittels eines Gyroskops die Bewegung der Spieler im Raum noch präziser messen. Mit dem iPhone 4 hat erstmals auch ein Handy ein Gyroskop eingebaut. Damit lässt sich die Drehung des Handys um alle drei Achsen des Koordinatensystems messen. So „weiß“ das Handy zum Beispiel, dass es die Bildschirmanzeige ändern muss, wenn es auf dem Tisch vom Hoch- ins Querformat gedreht wird. „Bohnenbergers Maschine ist ein Paradebeispiel für zweckfreie Forschung, aus der Großes entstehen kann“, sagte Prof. Jörg Wagner vom Institut für Raumfahrtsysteme zum Abschluss eines Symposiums am 10. Dezember 2010. Das Symposium war ganz der Arbeit von Bohnenberger gewidmet und bildete den Auftakt der Ausstellungseröffnung. Neben den beiden Rektoren der Universitäten Stuttgart und Tübingen, Wolfram Ressel und Bernd Engler, als Schirmherren der Veranstaltung lauschten auch zahlreiche Mitglieder beider Hochschulen und Besucher den Festrednern, zu denen unter anderen auch Wissenschaftsminister Prof. Peter Frankenberg, der Dekan der Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie, Prof. Alfred Kleusberg, und Altrektor Prof. Dieter Fritsch gehörten.        Helmine Braitmaier



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