Fresnel-Linsen — die Leuchtturm-Optik im Mai 2026

Wer einen alten Leuchtturm besteigt und in der oberen Laternen-Galerie steht — sagen wir, Westerheversand 1907, 41 m hoch über NN, BWFS-Nummer B 1734 — und dann die historische Fresnel-Linse 1. Ordnung von Sautter Harlé sieht, mit ihrem Durchmesser von 1.840 mm, den 24 vertikalen Prismen-Bändern oben und unten, dem zentralen Bullaugen-Fokus, der wie ein Insektenauge aus Glas wirkt — der versteht in jenem Moment, warum diese Erfindung aus dem Jahr 1822 zur wichtigsten optischen Neuerung des 19. Jahrhunderts gerechnet wird. Und auch, warum die heutige Diskussion um LED-Umrüstung und Erhalt historischer Optiken in der deutschen WSV-Praxis so kontrovers geführt wird.

Im aktuellen Heft 13 ordnen wir die sechs Ordnungen, die Bauformen und den Mai-2026-Stand der Modernisierung.

Augustin-Jean Fresnel und Cordouan 1822

Augustin-Jean Fresnel, von 1788 bis 1827, war Brücken- und Straßenbau-Ingenieur in der französischen Ponts-et-Chaussées-Verwaltung und ein bedeutender Wellen-Theoretiker — die nach ihm benannten Fresnel-Beugungs-Formeln gehören bis heute zum Standard der Wellenoptik. Sein Beitrag zur Leuchtturm-Praxis entstand 1819, als die Kommission für Leuchtfeuer in Paris ihm den Auftrag erteilte, die ineffiziente Spiegel-Reflektor-Optik der bestehenden Türme zu verbessern.

Fresnels Lösung — eine zusammengesetzte Linse aus konzentrischen ringförmigen Stufen, die zusammen wie eine einzige Sammel-Linse wirken, dabei aber nur einen Bruchteil der Glas-Masse benötigen. Die erste Anwendung an einem Leuchtturm geschah 1822 in Cordouan, dem ältesten noch aktiven Leuchtturm Frankreichs an der Gironde-Mündung — und zwar mit der ersten Bauart, die später als „1. Ordnung” klassifiziert wurde, mit einem Innendurchmesser von 1.840 mm.

Die Wirkung war für die damalige Zeit revolutionär — Cordouan, der mit Spiegel-Reflektoren etwa 8 sm Tragweite hatte, erreichte mit Fresnels Linse 20 sm. Ein Verhältnis von 1 zu 2,5 in der Lichtstärke, bei gleicher Brennstoff-Zufuhr (damals Walöl mit Argand-Brenner).

Die sechs Ordnungen — vom Großturm bis zur Hafenleuchte

Die internationale Klassifikation der Fresnel-Linsen folgt seit der Pariser Konferenz 1857 einem festen sechsstufigen Schema, das sich am Innendurchmesser der Linse orientiert.

Erste Ordnung — Innendurchmesser 1.840 mm, Brennweite 920 mm. Verwendung an Großtürmen mit hohen Tragweiten-Anforderungen, typisch 18 bis 25 sm. Beispiele in Deutschland — Borkum Großer 1879 (60 m, 1. Ordnung), Westerheversand 1907 (41 m, 1. Ordnung).

Zweite Ordnung — 1.400 mm, Brennweite 700 mm. Tragweite typisch 16 bis 20 sm. Beispiele — Greifswalder Oie 1855 (38,7 m, ursprünglich 2. Ordnung), Roter Sand ab 1895 (nach Umbau von 3. auf 2. Ordnung).

Dritte Ordnung — 1.000 mm, Brennweite 500 mm. Tragweite 12 bis 16 sm. Beispiele — Warnemünde 1898 (36,9 m, 3. Ordnung), Kap Arkona neuer Turm 1902 (35 m, 3. Ordnung).

Vierte Ordnung — 500 mm, Brennweite 250 mm. Tragweite 8 bis 12 sm. Verwendung an Sektor-Feuern, Hafeneinfahrten, kleineren Festland-Leuchttürmen. Beispiel — Travemünde nach Umbau 1972 (4. Ordnung).

Fünfte Ordnung — 375 mm, Brennweite 187,5 mm. Tragweite 5 bis 8 sm. Typisch für Mole-Köpfe und Ansteuerungs-Feuer.

Sechste Ordnung — 150 mm, Brennweite 75 mm. Tragweite 2 bis 5 sm. Verwendung für Hafen-Lichter, Werft-Marken, Yacht-Hafen-Feuer.

In Deutschland sind heute etwa 47 historische Fresnel-Linsen an Original-Standorten in Betrieb, davon 12 der ersten Ordnung. Das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie führt diese im Register „Historisches Inventar der Bundesleuchtfeuer”, zuletzt aktualisiert im März 2026.

Trommel-Linse vs. Bullaugen-Optik

Die zweite große Unterscheidung im Fresnel-System ist die Bauform und sie folgt direkt aus der Feuer-Kennung. Stetige Feuer (Bezeichnung F nach IALA) brauchen eine gleichmäßige 360-Grad-Abstrahlung — dafür wird die Trommel-Linse verwendet, ein zylindrischer Aufbau, bei dem die Prismen-Bänder vollständig umlaufen und das Licht in einer dünnen horizontalen Scheibe gleichmäßig in alle Richtungen abgegeben wird.

Drehfeuer dagegen (Fl, Iso, Oc nach IALA) konzentrieren die Lichtmenge in einem oder mehreren scharf gebündelten Strahlen, die durch das Drehen der Optik um die Lichtquelle als Blitz wahrgenommen werden. Dafür dient die Bullaugen-Optik — die Linse ist in zwei, vier, sechs oder acht eckige Segmente unterteilt, jedes Segment trägt ein zentrales Bullauge mit der maximalen Konzentration. Je weniger Segmente, desto heller der einzelne Blitz, aber desto seltener die Wiederholung.

Eine 2-segmentige Bullaugen-Optik mit Drehzeit 20 Sekunden erzeugt also alle 10 Sekunden einen sehr hellen Blitz, eine 4-segmentige bei gleicher Drehzeit einen halb so hellen Blitz alle 5 Sekunden. Das ist die historische Logik hinter Kennungen wie Fl(2) WR 12s — zwei Blitze (also 2-segmentige Optik) mit weißem und rotem Sektor, Periode 12 Sekunden.

Das Drehen der Optik geschah bis Mitte des 20. Jahrhunderts durch Uhrwerks-Mechanismen mit fallendem Gewicht, etwa 90 kg über 4 m Fallhöhe, die alle 3 bis 6 Stunden durch den Wärter aufgezogen werden mussten. Die heutigen WSV-Anlagen verwenden Elektro-Motoren mit Batterie-USV-Puffer.

Die LED-Umrüstung seit 2010

Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes hat 2010 mit einem Programm zur LED-Umrüstung begonnen, das im aktuellen Mai 2026 in seiner spätesten Phase steht. Das Grundprinzip — historische Fresnel-Linsen bleiben am Standort, aber die Lichtquelle wird ausgetauscht. Statt der bisher üblichen Halogen-Metalldampf-Lampe mit 1000 W kommt eine LED-Anlage mit etwa 120 W zum Einsatz, die bei gleicher Lichtstärke (gemessen in Candela im Hauptstrahl) etwa 88 Prozent weniger Energie verbraucht.

Das ist optisch nicht trivial. Eine Halogen-Lampe ist eine Punkt-Lichtquelle mit nahezu kugelförmiger Abstrahlung, eine LED-Anordnung dagegen ist meist eine Fläche mit gerichteter Vorzugs-Richtung. Damit die historische Fresnel-Linse, die für einen bestimmten Brennpunkt optimiert ist, weiterhin korrekt funktioniert, muss die LED-Anordnung räumlich so geformt sein, dass die abgestrahlte Licht-Verteilung der ursprünglichen Punktquelle entspricht — typisch eine dodekaedrische Anordnung von 12 LED-Modulen um einen virtuellen Brennpunkt.

Die kalt-weiße Farb-Temperatur der LEDs (etwa 5800 K bis 6500 K) ist für die Wahrnehmung auf See vorteilhafter als das warm-weiße Halogen-Licht (etwa 3000 K), weil das menschliche Auge im Dämmerungs- und Nacht-Bereich auf höhere Farb-Temperaturen empfindlicher reagiert (Purkinje-Effekt). Die Tragweite ändert sich dadurch in der Praxis nicht — sie bleibt durch die IALA-Berechnungs-Formel an die Candela-Stärke gekoppelt.

Erhaltungs-Diskussion — Museum oder in situ

Was im aktuellen Heft 13 die deutsche Denkmal-Pflege beschäftigt, ist die Frage nach dem Verbleib der historischen Optiken bei Modernisierungen. Drei Positionen prägen die Debatte. Position A (Deutsche Stiftung Denkmalschutz) — die Linse bleibt am Turm, weil sie nur dort ihre kulturelle Aussage entfaltet, der LED-Umbau erfolgt ohne Eingriff in die Fresnel-Konstruktion. Position B (Deutsches Schiffahrtsmuseum Bremerhaven) — historische Optiken der 1. und 2. Ordnung sollen ins Museum gebracht werden, wo sie kontrolliert konserviert werden, am Turm kommt eine moderne Acryl-LED-Optik zum Einsatz. Position C (WSV) — Entscheidung im Einzelfall, abhängig von Substanz-Zustand und Wartungs-Kosten.

Die im April 2026 vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr veröffentlichte Richtlinie „Bewahrung historischer Leuchtfeuer-Optiken” folgt überwiegend Position A. Die 47 Original-Standorte mit historischer Fresnel-Bestückung sollen bis 2035 vollständig in ihrem optischen Bestand erhalten bleiben — was im Klartext bedeutet, dass die WSV bei jeder LED-Umrüstung an einem solchen Standort eine zusätzliche Investition von etwa 70.000 € pro Anlage für die kompatible LED-Modul-Anpassung tragen muss. Die Förderung durch den Bund deckt davon etwa 60 Prozent.

In Heft 18 berichten wir über das WSA-Pilot-Projekt am Leuchtturm Wangerooge Westkopf, wo seit März 2026 eine bewusst niedrige LED-Anordnung mit nur 80 W getestet wird — die Lichtstärke bleibt erstaunlich konstant.