Neuer Reflektor für Radarmessungen

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 Cornelius Senn und seine Entwicklung, ein leicht zerlegbarer und dennoch stabil

Cornelius Senn und seine Entwicklung, ein leicht zerlegbarer und dennoch stabiler Radarreflektor. (Bild: ETH Zürich / Peter Rüegg)

Cornelius Senn, Messtechniker am Departement Bau, Umwelt und Geomatik, hat gemeinsam mit Postdoktorand Silvan Leinss einen neuen Reflektor für Radarmessungen entwickelt. Der zugrunde liegende Mechanismus hat aber viele Anwendungsmöglichkeiten und könnte etwa den Möbelbau revolutionieren.

«Dieser Mechanismus ist so genial, den müsste man patentieren lassen», dachte sich Cornelius Senn, und dies nicht zum ersten Mal. Der Messund Elektrotechniker am Departement Bau, Umwelt und Geomatik machte schon oft Erfindungen und stellte Geräte her, die den Forschenden im Departement das Leben erleichterten. Doch diesmal sollte sich der so leicht dahergesagte Spruch bewahrheiten.

Er hat einen Mechanismus zum Patent angemeldet, der es erlaubt, Platten - zum Beispiel solche aus Metall oder Plexiglas - ohne Schrauben stabil zusammenzufügen. Zusammengehalten werden sie von abgewinkelten Zungen, einer Art Verzahnung. Was Worte nur schwierig beschreiben können, ist umso einfacher zu verstehen, wenn man es sieht (vgl. Video).

Helfen gern, aber nicht so


Angefangen hat alles mit einem Nein. Das Nein von Cornelius Senn, als ihn eine Doktorandin um Hilfe bat, Reflektoren für Radarmessungen aufzubauen. Solche Reflektoren werden in Schnee und Eis angebracht, um beispielsweise Höhenmodelle zu generieren. An Orten mit bekannten Koordinaten dienen sie als Referenzpunkte. Zudem werden sie benötigt, um den Fokus des Radars scharf zu stellen. Mittels der Radarbilder lassen sich dann etwa Fliessgeschwindigkeiten von Gletschern und Hangrutschungen im Millimeterbereich feststellen.

«Als ich die Reflektoren sah, die aus unterschiedlichen Materialien gefertigt waren, Spiel hatten, und die zudem schwer waren, sagte ich: Die baue ich nicht auf, das bringt nichts», erinnert sich Senn. Und er machte sich gleich daran, eine Alternative zu entwickeln. Dabei stellte sich die Frage, ob er den Reflektor durchbohren darf, um ihn an den Träger zu schrauben, oder ob das die Messungen beeinträchtigen würde. Kann sein, kann aber auch nicht sein - so richtig wusste das niemand. Bis Silvan Leinss kam, Postdoktorand in der Gruppe von Irena Hajnsek, Professorin für Erdbeobachtung und Fernerkundung. Als promoviertem Physiker war Leinss die Antwort klar: «Unser Radar arbeitet mit einer Wellenlänge von mehreren Zentimetern. Alles was kleiner ist, beeinflusst die Messung nicht.»

Zwei Tüftler finden und beflügeln sich


Doch Leinss wollte es ebenso genau wissen wie Senn. Er hatte schon früher Feldexperimente mit den bestehenden Reflektoren durchgeführt und in den Bergen mit 40 Kilogramm Gepäck hunderte von Höhenmetern überwunden. In Grönland musste er schon die Ecken eines Reflektors absägen, weil er ihn nicht ins Flugzeug brachte - im Wissen darum, dass die Reflexion der Wellen an den Ecken ohnehin verloren geht. Müssen die Reflektoren wirklich so schwer und unhandlich sein? Gibt es keine Möglichkeit, sie vor Ort zusammenzusetzen, auch wenn tiefe Minustemperaturen herrschen? Welches ist ihre ideale Form? Diesen Fragen sind die zwei Tüftler gemeinsam nachgegangen, und sie haben sich dabei immer wieder den Ball zugespielt.

Leinss machte Tests mit Schrauben und zog Alufolie auf Blech auf. Die Erkenntnisse: Einzelne Schrauben haben tatsächlich keinen Einfluss auf die Messungen, und Reflektoren müssen nicht besonders dick sein. Doch baut man dünnere Reflektoren, muss man mehr und kürzere Schrauben verwenden. «Ist ein solcher Reflektor erst mal zusammengesetzt, nimmt man ihn nicht mehr auseinander, und man baut ihn schon gar nicht bei Minustemperaturen zusammen, wie sie etwa auf Grönland herrschen», weiss Senn aus eigener Erfahrung. Die Idee, ein sogenanntes Klavierbandscharnier zu verwenden - ein Metallband mit vielen kleinen Schrauben, das den Klavierdeckel hält - hat er verworfen: «Wenn da Dreck reingerät, geht das Band kaputt.» Zudem bestehe es aus einem anderem Material als die Metallplatten, was elektrolytische Korrosion zur Folge haben könne.

Einfache Lösung, schwierige Beschreibung



Also hat sich Senn Gedanken gemacht, wie er das besser lösen könnte und sein System mit der Verzahnung entwickelt, das er mit den Händen simulierte. «Als ich die Idee zu Papier brachte, kamen mir plötzlich Zweifel auf, ob sich das wirklich umsetzen lässt», erinnert er sich. Also ab in die Werkstatt, wo er ein Muster erstellte und sah, dass das Prinzip funktioniert. Und nun hörte er den Erfinderspruch vom Patent immer öfter: Silvan Leinss war begeistert, ebenso seine Chefin, Irena Hajnsek, die sie angingen, um einen Prototypen finanzieren zu können. So richtig konkret wurde die Patentfrage dann aber bei der Firma Keller Laser, die den Prototypen herstellte. Der Firmeninhaber erkundigte sich danach. «Wir sind daran», entgegnete Senn und kontaktierte daraufhin ETH transfer, die Technologietransferstelle der ETH, wo Stefan Lux ebenfalls begeistert reagierte.

Bei aller Begeisterung: Praktisch jeder, der den Mechanismus sah, sagte, das habe er auch schon irgendwo gesehen. Doch wo genau? Was genau? Auch auf dem Patentamt war man sicher, dass ein solcher Mechanismus bereits hinterlegt ist. Einen Tag lang haben die Beamten gesucht - und dann doch nichts dergleichen gefunden. Nun ging es darum, die Patentschrift zu verfassen, was gar nicht so einfach war. Denn es sollte ja nicht einfach der Reflektor unter Schutzrecht gestellt werden, sondern der Mechanismus, mit dem die Platten miteinander verbunden sind. Und dieser ist so einfach, dass es extrem schwierig ist, ihn zu beschreiben.

Grosses Potenzial


Anwendungsmöglichkeiten gibt es viele. Neben den Reflektoren könnten Büchergestelle so gebaut werden, Schränke und andere Möbel. Aber auch für Dachkonstruktionen könnte sich der Mechanismus eignen. Senn hat viele Ideen, für manche hat er bereits Muster produziert. «Um diese auszuarbeiten, braucht es aber Zeit - und eine konkrete Anwendung», erklärt er. So ist er offen für weitere Sparringpartner innerhalb der ETH, mit denen er im bewährten Zusammenspiel weitere Produkte entwickeln kann, die auf dem Mechanismus beruhen. Selbstverständlich ist aber zu hoffen, dass sich auch Firmen ausserhalb der ETH für die Anwendung interessieren.


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