klassischer Hand-Kompass GPS-Handgerät Im folgenden wird beschrieben, wie und mit welchen Überlegungen wir einen kompensierbaren Schiffskompass (In meiner Badewanne bin ich Kapitän) in unser Fahrzeug eingebaut haben.

Ich habe GPS, also wozu brauche ich einen Kompaß?!

Heutzutage hat GPS (global positioning system) in alle möglichen Fahrzeuge Einzug gehalten. Und obwohl es sehr zuverlässig den genauen Standort angibt (solange man immer recht freundlich zu den USA ist :-/), sollte man sich nicht verführen lassen, sich bei der Navigation nur auf dieses eine System zu verlassen.

Zum einen ist es elektronisch, d.h. ohne Strom nix los. Zum anderen kann GPS nur ungenügend einen Kompaß ersetzen. Das liegt an der Funktionsweise: GPS basiert auf weltumspannenden Satelliten, die kontinuierlich ein jeweiliges Zeitsignal an die Erdoberfläche senden. Zusammen mit der Information, wo die jeweiligen Satelliten gerade sind, kann man aus den Laufzeitunterschieden der Signale die eigene Position berechnen. Da die Funksignale mit Lichtgeschwindigkeit reisen und es hier um Genauigkeiten von Nanosekunden geht, muß dabei relativistisch gerechnet werden; aber das nur als interessanter Hinweis für Physiker. Wenn auf der Erde jemand einen geeigneten Empfänger (GPS-Gerät) hat und das Signal mehrer (mindestens vierer) Satelliten empfängt, dann kann er aus den Funkwellen mit einem geodätischen Bogenschnitt seine Position auf der Erde errechnen lassen.

Wir sehen also: GPS kann nur Positionen errechnen, nicht aber Richtungen. Trotzdem haben aber GPS-Geräte so etwas wie eine Kompaß-Funktion. Wie kann das sein? Nun, wenn ich mich bewege (!), dann errechnet das Gerät in bestimmten Abständen jeweils meine neue Position, und wenn es mindestens zwei Positionen hat, kann es daraus natürlich eine Richtung errechnen - vorausgesetzt, ich laufe (relativ zu den letzten beiden sample-Zeiten) auf einer einigermaßen geraden Linie und nicht Schlangenlinien. Dabei ist es nicht erforderlich, daß das Gerät stets in die gleiche Richtung gehalten wird. Es kann während des Wegstücks beliebig gedreht werden, da es ja eh nur Positionsangaben empfängt. Jedoch in dem Moment, in dem ich die Kompaß-Funktion ablesen will, ist es unbedingt erforderlich, daß ich mich nicht aus meiner Marschrichtung herausdrehe, und daß ich das Gerät nun frontal vor mich halte, d.h. das Gerät in Marschrichtung zeigen lasse! Es wird schnell klar, daß die Kompaß-Funktion eines GPS-Gerätes fehleranfällig in der Bedienung ist, denn wie schnell erliegt man der Versuchung, sich bei der Orientierung an Landmarken mitsamt dem Display hin- und herzudrehen.

Anmerkung: es gibt auch GPS-Geräte mit einem echten Kompass integriert. Für den echten Kompass gelten obige Kritikpunkte natürlich nicht - wir wollen ja gerade eine Lanze brechen für richtige Kompasse.

Welcher Kompaß darf's denn sein?

Die klassische Anwendung eines fest installierten Kompasses ist die auf einem Schiff. Und dort finden wir gleich ein paar der Probleme, die wir auch im Auto haben. Daher sind Schiffskompasse eine gute Wahl, wenn Ihr plant, Euch einen für's Auto anzuschaffen. Erstens muß die Kompaß-Nadel gedämpft sein, damit Vibrationen nicht die Nadel in Schwingungen versetzen und damit bei einer schnellen Wende des Fahrzeugs die Nadel nicht zu lange zum Einpendeln braucht. Zweitens müssen wir uns Gedanken machen über die Kompensation, die weiter unten noch erklärt wird.

GPS Es gibt eine ganze Reihe von Schiffskompassen. Wir haben uns für einen der Traditionsfirma Silva entschieden; genauer für den Silva 70 BC. Das "C" ist dabei wichtig, da es anzeigt, daß der Kompaß Kompensationsmagnete für die B- und C-Koeffizienten eingebaut hat.
Silva 70 BC Die Skala ist auch von einer seitlichen Position noch sehr gut ablesbar, dank eingebauter roter LEDs (Lebensdauer 100.000 Betriebsstunden) auch nachts. Der Kompaß kann in allen möglichen Winkeln angebracht werden, z.B. auch unter der Decke hängend. Wer es genau wissen will: der Kompaß meistert längsschiffs eine unbegrenzte und querschiffs eine 30-gradige Krängung. Die kratzfeste Kugel ist mit Flüssigkeit gefüllt (Dämpfung) und hält Temperaturen von -30°C bis +80°C aus. Die schwedischen Streitkräfte verwenden diesen Kompaß serienmäßig in ihren Amphibienfahrzeugen. Die Nadel ist auf einem künstlichen Saphir gelagert. Die Qualität des Gerätes ist über jeden Zweifel erhaben - der Preis leider auch. :-/
Wir haben das Teil bei einem Schiffsausrüster in einem Hafen vor ein paar Jahren (2001) für 116€ gekauft, was damals schon recht günstig war; guckt Euch doch mal in einem (nicht zu elitären) Yachthafen um, wo die Segler so ihren Bedarf kaufen...


Hier noch mal die Werksdaten in der Übersicht:

Artikel-Nummer 35012
Masse 463g
Betriebstemperatur -10°C bis +70°C
Lagertemperatur -30°C bis +80°C
Beleuchtung drei rote Leuchtdioden
Genauigkeit ±1°
Skalendurchmesser 70mm
Skalentyp konisch
Skaleneinteilung Unterstriche alle 5°
Hauptsteuerstriche vorne und hinten je einer in weiß
Krängungstoleranz 30°
Garantiezeit 5 Jahre

Falls Ihr ein Modell ohne Kompensation gekauft habt (Silva 70 B), könnt Ihr Kompensatoren nachkaufen (Artikel-Nummer 34471).

Kompensation

Im Zusammenhang mit Kompassen tritt der Begriff Abweichung in verschiedenen Zusammenhängen auf. Die Variation (oder Mißweisung) beschreibt die Abweichung der Kompaßnadel von der rechtweisenden, also geographischen Nordrichtung. Die Variation wird durch die Tatsache verursacht, daß die magnetischen Feldlinien (besonders in der Nähe der Pole) nicht entlang der Längengrade verlaufen - umgangssprachlich sagt man, der "magnetische Nordpol" stimmt nicht mit dem geographischen überein. Die Variation ist ein Navigationsproblem, das grundsätzlich auftritt und nicht speziell mit Kompassen in Autos zu tun hat.
Der Begriff der Deviation (hier wird's für uns interessant) beschreibt die Abweichung der Kompaßanzeige, die durch die Störung des Fahrzeugs selbst entsteht. Der Bootskörper oder das Auto aus Stahl verzerrt das Erdmagnetfeld lokal. Dadurch weicht die Kompaßnadel vom tatsächlichen Verlauf der Erdmagnetlinien ab, und zwar auch noch abhängig davon, in welche Himmelsrichtung das Fahrzeug zeigt.
Nahaufnahme des eingebauten Kompasses Wollen wir der Verzerrung entgegenwirken und somit die Deviation kompensieren, so müssen wir Magneten in geeignetem Abstand zum Kompaß plazieren. Die Mathematik lehrt uns in diesem Zusammenhang, daß wir in einem zweidimensionalen Raum (Erdoberfläche) hierzu zwei senkrecht zueinander bewegliche Magnete brauchen.

Es gibt magnetische und nichtmagnetische Metalle. Stahl und Eisen sind magnetisch, d.h. sie verändern ein bestehendes Magnetfeld und sie können auch selbst magnetisch werden. Edelstahl, Aluminium und Messing sind Vertreter nichtmagnetischer Metalle. Durch sie gehen Magnetfelder hindurch, als würde da gar kein Metall sein (naja, wir wollen hier mal nicht zu sehr ins Detail gehen, denn tatsächlich ist die Sache viel komplizierter...). Merken wir uns einfach, welche Metalle ein Problem darstellen und welche nicht.
Zum Thema Abschirmung sei angemerkt, daß das nicht so einfach wie bei elektrischen Feldern ist (liegt daran, daß es keine magnetischen Monopole, sondern nur Dipole gibt). Magnetfelder können durch magnetische Metalle umgelenkt werden, aber das reicht in aller Regel nicht, um den störenden Einfluß auf den Kompaß zu eliminieren. Einfacher ist es, den Kompaß so weit wie möglich von der Störquelle entfernt zu installieren. Hier können 30cm schon einen riesen Unterschied machen.
Übrigens braucht man sich gar nicht der Illusion hinzugeben, einen Platz finden zu können, der absolut frei von Störungen ist. Ziel der Übung ist es nur, einen Platz zu finden, der möglichst frei von Störungen ist, aber auf jeden Fall frei von veränderlichen. Elektrische Geräte sowie bewegliche metallische Teile sind hier besonders verdächtig. Will man ernsthaft mit Kompaß navigieren, so ist ein zusätzlicher Handkompaß unabdingbar. Dazu muß man aus dem Fahrzeug aussteigen und sich möglichst weit vom Fahrzeug und anderen Störquellen (Strommasten, etc.) entfernen.

Fahrzeugausrichtung Haben wir einen Platz im Fahrzeug gefunden, der nur eine statische Deviation aufweist, so bauen wir den Kompaß dort ein und kompensieren ihn mit Hilfe der eingebauten Magneten. Dazu gehen wir wie folgt vor: zunächst kompensieren wir das Auto bezüglich der Nord-Süd-Achse, so gut es geht. Dann tun wir das gleiche mit der Ost-West-Achse. Da die Deviation in eine Himmelsrichtung nicht zwangsläufig dieselbe ist wie bei einem um 180° gedrehten Fahrzeug, müssen die Nord-Süd- und die Ost-West-Richtungen noch mal mit entgegengesetzt geparktem Fahrzeug vermessen und bei Bedarf die Kompensation nachgestellt werden. Ist hier eine Abweichung vorhanden, so darf der Kompensator nicht so nachgestellt werden, daß die Nadel wieder absolut korrekt die Himmelsrichtung anzeigt (dann würde sie wieder bei um 180° gedrehtem Fahrzeug falsch anzeigen), sondern wir müssen nun einen Kompromiß eingehen: ist die Abweichung z.B. 12°, dann dürfen wir nur soweit kompensieren, daß die Abweichungn noch 6° beträgt. Bei gewendetem Fahrzeug wird sie dann auch nur -6° betragen...

Genug der Theorie; fangen wir an. Sucht Euch ein Gelände, das fern irgendwelcher Störquellen (z.B. Gebäuden, Hochspannungsleitungen) ist. Das ist manchmal gar nicht so einfach - in Deutschland verlaufen viele Stromleitungen unterirdisch...
Parkt das Fahrzeug mit Hilfe eines Handkompasses nun so, daß es Richtung Norden zeigt. Stellt den Kompensator für N/S so, daß die Nadel exakt (oder so nah wie möglich) 0° zeigt. Fahrt mit dem Fahrzeug nun so, daß es nach Osten zeigt und dreht am Kompensator für O/W, bis die Nadel 90° anzeigt.
Wendet das Fahrzeug erneut, so daß es nach Süden weist. Lest die Deviation ab und kompensiert den Kompaß mit der Stellschraube N/S so, daß die Abweichung nur noch die Hälfte beträgt. Wendet das Fahrzeug ein letztes Mal, lest die Deviation auch hier ab und korrigiert den O/W-Kompensator so, daß die Abweichung nur noch die Hälfte beträgt.

Im Prinzip seid Ihr nun fertig. Verändert nun die Fahrzeugrichtung in 20°-Schritten und erstellt eine sogenannte Deviationstabelle. Die gibt an, unter welchem Winkel die Abweichung wie groß ist:

Magnetischer Kurs Kompaßkurs Deviation
   
20°    
40°    
60°    
80°    
100°    
120°    
140°    
160°    
180°    
200°    
220°    
240°    
260°    
280°    
300°    
320°    
340°    

Da sich Bauteile aus magnetischem Metall im Auto mit der Zeit magnetisieren oder entmagnetisieren können, ist es notwendig, die Deviation einmal pro Jahr zu überprüfen.

Wo ist der beste Platz für den Kompaß

Aber wenn Aluminium nichtmagnetisch ist, ist ja alles in Ordnung: jeder Mensch weiß doch, daß der Landy traditionell aus Aluminium gebaut ist. Da kann ich ja den Kompaß an jede beliebige Stelle einbauen :-/.
Tja, leider ist der Landy eben nicht vollständig aus Aluminium 8-). Tragende Teile sind aus Stahl; ebenso besonders belastete. Es gibt jede Menge von Störquellen im Defender und eine ganze Reihe davon sogar ausgerechnet im Fahrerbereich. Dabei scheint es auch noch Unterschiede bei den Versionen des Defenders zu geben. So wurde uns einmal erzählt, daß es leichter sei, einen Platz für den Kompaß in einem 110er zu finden als in einem 90er. Keine Ahnung, ob das stimmt.
Jedenfalls haben wir bei der Reparatur einer gebrochenen Scheibenwischerwelle festgestellt, daß eben diese aus magnetisiertem Stahl (vermutlich durch den Härtungsprozeß) bestand. Mit der konnte man locker ein paar M10-Schrauben vom Boden hochziehen. Wir hatten nun schon befürchtet, daß bei Betätigung des Scheibenwischers der Kompaß verrückt spielen würde. Witzigerweise hat sich das nicht bestätigt. Vermutlich wirkt die obere Abdeckung der Konsole, die ihrerseits aus Stahlblech ist, als Abschirmung. Aber das Beispiel zeigt, wie unerwartet und versteckt Störquellen sein können.

Zurück zur Frage, welcher Platz am besten geeignet ist. Die Bleche des Daches und der Motorhaube sind beim Defender also aus Alu. Bei anderen Fahrzeugen, bei denen es sich um Stahlblech handelt, wird das Erdmagnetfeld, das den Kompaß nach Norden zeigen läßt, durch diese Bleche abgeschirmt. Hier empfiehlt sich ein Platz direkt hinter der Windschutzscheibe.
In jedem Fall sollte jetzt ein (beliebiger) Kompaß zur Hand genommen und das Auto auf Störquellen untersucht werden. Dabei sollte auch mal das Radio und die Lüftung eingeschaltet werden. Unser bevorzugter Platz wäre oben auf der Konsole zwischen linkem Lüftungsschlitz und Aschenbecher gewesen. Der Kompaß wäre von Fahrer und Beifahrer gut ablesbar gewesen und hätte in unserem Fall die Sicht des Fahrers nicht behindert - er hätte sich direkt in einer Linie mit dem Reservereifen auf der Motorhaube befunden.
Wir haben also den Kompaß dann mit einer provisorischen Aluplatte und ein paar Messingschrauben befestigt, um zu sehen, ob es z.B. auch fahrgeschwindigkeitsabhängige Störungen gibt. Von der Geschwindigkeit hing da nichts ab, wohl aber von einer anderen, völlig unerwarteten Quelle: vom Lenkrad. Offensichtlich ist das Ding innen aus Stahl - na gut, wen überrascht's... Jedenfalls hat eine halbe Lenkradumdrehung einen Unterschied von 30° auf dem Kompaß verursacht; und das ist natürlich völlig inakzeptabel.

Sicht auf Kompaß

Nun wird's ernst

Es half nichts, wir mußten uns nach einem anderen Platz umsehen. Resignierend haben wir uns dann für einen Platz auf der Konsole ganz weit rechts entschieden. Dank der Kugellinsenform des Kompasses ist die Skale tatsächlich auch vom Fahrer noch ablesbar. Die Sicht wird wieder nicht eingeschränkt, da hier die erhöhte Luftansaugung (Schnorchel) eh im Weg ist. Schade, daß der Fahrer nun nicht die Fahrtrichtung ohne Kopfdrehung überprüfen kann, aber was hilft's. Ging halt nicht. Bei vorgeklapptem Beifahrersitz trifft die Kopfstütze noch nicht den Kompaß, sondern läßt ihn sozusagen rechts liegen.
Der Platz ist aus einem anderen Grund nicht ideal: der Türholm der Beifahrertür hat einen erheblichen Einfluß auf den Kompaß (15°), je nachdem, ob die Tür geschlossen oder vollständig geöffnet ist. Man muß hier also im Hinterkopf behalten, den Kompaß nur abzulesen, wenn die Beifahrertür geschlossen ist - was ja bei der Fahrt wiederum kein echtes Problem darstellt...

Die serienmäßige Konsole, auf die der Kompaß verschraubt werden sollte, besteht aus einem Stahlblech, auf dem sich eine knapp 1cm dicke Hartschaumschicht mit Konsole im Aufriß Plastikbeschichtung befindet. Wenn wir den Kompaß mit den im Lieferumfang enthaltenen Messing-Blechschrauben direkt auf dieser Beschichtung verschraubt hätten, hätte er sich nach unserem Geschmack zu viel bewegen können. Wir entschieden uns, eine Grundplatte aus Aluminium mit größeren Abmaßen dazwischenzubauen. Messing-Maschinenschrauben mit Kontermuttern sorgen für eine feste Verschraubung. Die Alu-Platte haben wir selbst gefräßt, gebohrt, mit dem Gewindescheider bearbeitet, eloxiert und anschließend schwarz lackiert. Wenn es nicht ganz so perfekt aussehen soll, kann man das alles aber auch mit einer Metallsäge, einer Handbohrmaschine und Schleifpapier bewerkstelligen.
Bei der Entscheidung, wo man den Kompaß befestigen will, sollte man folgendes bedenken: einerseits soll der Kompaß die Windschutzscheibe nicht berühren und somit möglichst weit nach hinten; andererseits wird es dann mit den Muttern am Knick des Stahlbleches eng.

Konsole von unten Um die Konsole zu durchbohren, muß man sie wohl oder übel ausbauen. Hierzu sind die Abdeckung der Heizungshebel links und der Armaturenkasten loszuschrauben - komplett abgebaut werden müssen sie aber nicht. Die Hauptbefestigungsschraube rechts befindet sich unter dem Land Rover-Emblem, das sich mit einem kleinen Schraubendreher an der schmalen Seite weghebeln läßt. Oben sind die beiden Verkleidungen der Lüftungsschlitze sowie die drei Hauptbefestigungsschrauben zu lösen. Unten im Ablagefach sind mehrere kleine Schrauben vorhanden, die auch entfernt werden müssen. Nun ist alles lose, und wir können mit beherzter Gewalt das Mistding irgendwie losruckeln...

Wenn die Bohrungen für den Kompaß fertig sind, solltet Ihr nicht vergessen, die Verkabelung für die Kompaßbeleuchtung zu verlegen, bevor Ihr die Konsole wieder einbaut. Der Zigarettenanzünder ist ja ebenfalls beleuchtet; von da kann man sich gut den Strom abzwacken. Da die Leuchtdioden fast keine Leistung verbrauchen, reichen hier Kabel mit dünnem Leitungsquerschnitt; allerdings ist dann meistens auch die Isolierung dünn und scheuert schnell durch! Achtet beim Zusammensetzen darauf, daß das Kabel nicht in die Mechanik für die Lüftungsklappen gerät. Und wenn das Versorgungskabel und der Verbinder sehr nahe an den Kompaß heranführt, verwendet Kabel und Verbinder aus nichtmagnetischem Metall...

Tipps für die Praxis

In der Stadt reicht häufig schon die grobe Richtung, um sich auf der Straßenkarte zu orientieren. Der Kompaß braucht allerdings nach eng umfahrenen Kurven ein paar Sekunden, um sich zu beruhigen. Es kann schon mal sein, daß er ein beträchtliches Stück hin- und herpendelt (und manchmal Inklination kann ein Ablesefehler von 90° eben doch den Unterschied zwischen Opernhaus und Freudenhaus machen).
Zu Bedenken ist auch ein Effekt, der durch die Inklination verursacht wird. Die Magnetlinien verlaufen zwar am Äquator parallel zur Erdoberfläche, aber zu den Polen hin senken sie sich ab, um dann nahe dem Pol in die Erde zu stoßen. Dadurch wird die Kompaßnadel auf der Nordhalbkugel an der nördlichen Spitze heruntergedrückt und auf der Südhalbkugel an der südlichen Nadelspitze. Dann läuft die Nadel aber nicht mehr sauber im Lager. Also werden Kompaßnadeln mit einem kleinen Gewicht ausballanciert, damit sie wieder gerade aufliegen. Natürlich kann ein Kompaß immer nur entweder für Einsätze auf der Nordhalbkugel oder der Südhalbkugel ideal angepaßt sein - oder (ohne Gewicht) für den Äquator.
Beim Autofahren bewirkt das kleine Gewicht, daß beim Beschleunigen oder Bremsen die Kompaßnadel ein Drehmoment erfährt. Auch hier muß also ein paar Sekunden gewartet bzw. darf der Kompaß nur bei gleichbleibender Fahrzeuggeschwindigkeit abgelesen werden - aber als alter Landy-Fahrer tuckert man ja eh nur stetig und gemächlich durch den ansonsten tobenden Strom von Angeberautos und Möchtegernrennfahrern.

Bei starker Sonneneinwirkung (z.B. in der spanischen Zentralebene während des Hochsommers) schützen wir den Kompass gerne mit einer alten Socke - seit dem hat er auch einen Vornamen...
Kompasses mit Sonnenschutz