29./30.8.2015 Der neue Zugang zur Vetterhöhle, Schacht III, wird immer tiefer

Während der Sommermonate kamen wir im Schacht zügig voran, obwohl bis Juli die kleinen Sprengungen nicht stattfinden konnten. Das Sprengstoffgesetz hat sich geändert und das Sprengunternehmen musste für uns eine neue Sprenggenehmigung beantragen.

In dieser Zeit wurde ausschließlich zu Hand mit dem Presslufthammer gearbeitet, was sehr großen Einsatz der Höhlenforscher des HvB und vieler Freunde des Vereins erforderte.

Seit Beginn des Jahres wird der Abraum allerdings mit einer kräftigen Seilwinde nach oben transportiert, was alles ein bisschen einfacher macht. Und seit Ende Juli war dann die Sprenggenehmigung endlich wieder da.

Bis zur Deckenhöhe der Herbert Griesingerhalle fehlen noch ca. 2 Meter und, da wir uns in der Wand neben der Halle herunterarbeiten, müssen dann noch einmal 2 Meter Tiefe für einen bequemen Einstieg in die Halle abgeteuft werden. Damit werden wir aber sicherlich noch einige Wochen beschäftigt sein. Die Fertigstellung des neuen Zugangs wird also erst in 2016 stattfinden. Aber dann wird gefeiert.

Thermographie



Thermographie- oder Wärmebildkameras werden inzwischen breit verwendet. Die typischen Falschfarbenabbildungen, vor allem von Gebäuden, fehlen in keinem Energiespar-Artikel.
Um die Anwendungsmöglichkeiten in der Höhlenforschung herauszufinden, ist es nützlich, die Funktionsweise, Möglichkeiten und Grenzen einer solchen Kamera zu kennen.


     Das elektromagnetische Spektrum im Bereich des sichtbaren Lichtes.

Elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von etwa 400nm (blau) bis etwa 700nm (rot) sehen wir als Licht. Strahlung mit kürzerer Wellenlänge bezeichnen wir als UV-Strahlung; sie ist aufgrund des höheren Energiegehaltes nicht ungefährlich.

Vergrößert man die Wellenlänge über 700nm (=0,7µm) hinaus, bewegt man sich im Bereich der Infrarotstrahlung, der bei etwa 10µm in normale Wärmestrahlung übergeht.
Eine Wärmebildkamera ist also im Prinzip eine Digitalkamera, welche aber nicht im Bereich des sichtbaren Lichtes, sondern auf Wärmestrahlung empfindlich ist.

Sie misst auch keine Farben, sondern zeigt prinzipiell nur die Intensität von Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich von etwa 8µm-15µm an.
Diese Intensität, bezeichnet man üblicherweise auch als Temperatur. Dabei gibt es jedoch ein Problem. Nicht jede Oberfläche strahlt Wärmestrahlung gleich gut ab. Während organische Oberflächen, also vieles, was man so in Wald und Flur natürliches zu sehen bekommt, einen Emmissionsfaktor von etwa 0,95-0,98 haben, sinkt der Faktor zum Beispiel bei polierten Metalloberflächen teilweise bis deutlich unter 0,1 ab. Das heißt, das blanke Metalle weniger Wärmestrahlung abstrahlen und damit in einer Wärmebildkamera deutlich kälter erscheinen, als sie in Wirklichkeit sind.
Das gleiche Problem haben übrigens auch die inzwischen sehr billigen, berührungslosen Infrarot-Thermometer, die ähnlich wie eine Thermographiekamera funktionieren, deren Sensor aber nur einen Messpunkt liefert. Deren Anzeige ist nur zu trauen, wenn man sich über den IR-Emissionsfaktor der zu messenden Stelle klar ist.

Der Bildsensor unserer Wärmebildkamera hat eine Auflösung von 120 x 180 Bildpunkte. Die Intensität der Wärmestrahlung eines jeden Punktes wird auf einem Bildschirm angezeigt; entweder als Graustufen oder auch als im Prinzip frei wählbare Farbe. Deshalb sind Wärmebilder auch nur brauchbar, wenn daneben dargestellt wird, welche Graustufe oder Farbe welcher Temperatur entspricht. All diese Zuordnungen können per Software beliebig verändert werden.

     Drei verschiedene Farbzuweisungen bei einem Bild des Blautopfes.

Der geringste, von unserer Kamera darstellbare Temperaturunterschied, die sogenannte thermische Auflösung, beträgt 0,08°C.
Wenden wir und nun der Aufnahmetechnik zu. Das Objektiv der Kamera sieht sehr metallisch aus; entfernt man es von der Kamera, stellt man fest, dass es total undurchsichtig ist. Das ist aber auch Sinn der Sache, es muss ja nur Wärmestrahlung durchlassen. Gefertigt werden solche Objektive aus Germanium, einem Halbleiter-Element, welches in der Anfangszeit der Halbleitertechnik für Transistoren verwendet wurde, aber dort inzwischen fast komplett von Silizium abgelöst wurde.
Auch NaCl, also Kochsalz, eignet sich als Linsenmaterial für Wärmebildkameras, es wird nur wegen seiner Wasserempfindlichkeit und geringen Härte selten verwendet.
Normales Glas wiederum ist für Wärmestrahlung so gut wie undurchlässig.

Nun zu einigen Beispielanwendungen:

An heißen Sommertagen ist der Bereich unterhalb der Albhochfläche am interessantesten, da aus meteotiefen Höhleneingängen Kaltluft ausströmt. Damit findet man sehr effizient bewetterte Stellen.

     Das Foto im Wärme- und sichtbaren Spektralbereich zeigt eine kleine Bewetterungsstelle in einem
     Seitental bei Blaubeuren.

     Der Eingang der Vetterhöhle ist zwar kälter als die Umgebung, ein Luftstrom wird durch den Deckel
     aber wirksam verhindert.

     Die Grabungsstelle im Seligengrund zeigte am 27. August 2009 eine beeindruckende Bewetterung.
     Große Mengen Kaltluft strömen durch das als Verschluss verwendete Gitter ungehindert aus der
     Höhle.

Eine der Erwartungen an die Wärmebildkamera war, Fledermäuse als Wärmequellen leicht identifizieren zu können. Dieses ist jedoch nur begrenzt möglich, da die Tiere ihre Körpertemperatur sehr schnell auf fast den Umgebungswert absenken.
     Fledermaus mit abgesenkter Körpertemperatur
 

Peilen

"Thru the earth radio location", mit diesem englischen und nur sperrig zu übersetzenden Satz wird die hier vorgestellte Tätigkeit des "Peilens" voll beschrieben.

Durch einen feuchten und damit meistens mehr oder weniger leitfähigen Untergrund wie Erde oder Fels soll ein Punkt unter der Erde (meistens in einer Höhle) exakt senkrecht darüber auf der Erdoberfläche mittels Radiowellen abgebildet werden.

Im ersten Bild sieht man einen skizzierten Sender, welcher in einer Höhle aufgestellt ist. Die "Sendeantenne" ist eine Spule mit Ferritkern, alternativ kann man auch eine größere Spule ohne Kern verwenden. Bei der Aufstellung ist sehr wichtig, dass die Spule waagerecht liegt; der Ferritstab steht damit genau senkrecht.
Das ist wichtig, um die Feldlinien nach oben und unten genau senkrecht austreten zu lassen, damit steht und fällt die Genauigkeit der Peilung.



     Das Prinzip der Hochfrequenzpeilung

Die Spule eines kleineren Peilsenders ist in zweiten Bild zu sehen. Die gemessenen elektrischen Daten benötigt man zur Berechnung der Parallelkapazität und damit des Schwingkreises mit der Sendeantenne. Angesteuert wird die Antenne von einer einfachen Senderschaltung, welche die genaue Frequenz eines 3MHz-Schwingquarzes durch 1024 teilt und so ein sehr genaues 2,92969kHz-Signal erzeugt und mit einem Leistungstransistor in die Antenne einspeist.


    Sender-Spule

Der Empfänger entstand ebenso wie der Sender in Anlehnung an ein von Brian Pease in den USA veröffentlichtes Design.


     Frontplatte des Peilempfängers

Das Blockschaltbild des Empfängers. Es handelt sich um ein sogenanntes Direct Conversion-Prinzip. Dabei wird das Empfangssignal direkt auf die Frequenz Null, also Gleichspannung heruntergemischt.
Die Bandbreite des Empfängers lässt sich zwischen 1Hz und 32Hz umschalten.

     Blockschaltbild des Peilempfängers

Für die eigentliche Peilung wird die Empfängerantenne verwendet. Sie ist eine sogenannte "Rahmenantenne", besteht also aus einer grossen Spule, in welcher die Feldlinien, die aus der Senderspule austreten, eine Spannung induzieren.
Je mehr Feldlinen die Spule durchqueren, desto grösser ist die Spannung und desto lauter das Signal im Empfänger.
Wenn man nun die Empfängerantenne gegenüber den Feldlinien bewegt, stellt man fest, dass ein sehr breites Maximum einem sehr scharfen Minimum gegenübersteht. Daher verwendet man für die Peilung stets das Minimum, wenn keine Feldlinie den Innenraum der Antennenspule durchquert und die Spulenfläche genau parallel zu den Feldlinien steht.


     Die Peilantenne mit angedeuteter Spulenwicklung

Wenn die Fläche der Empfangsantenne bei minimalem Signal genau senkrecht steht, befindet man sich genau über dem Sender.
Das folgende Bild zeigt die Zusammenhänge, wenn man sich vom Punkt direkt über dem Sender entfernt.
Bei einem Winkel gegenüber der Horizontalen von 18,4 Grad ist die horizontale Entfernung vom Punkt direkt über dem Sender gleich der Tiefe des Senders.
Bei einem Winkel von 45 Grad ist der Sender 1,78 mal so tief, wie der Abstand zum Punkt über dem Sender.
Mit diesen Zusammenhängen kann auch eine Aussage über die Tiefe des Senders unter der Oberfläche getroffen werden.



     Formelmäßige Zusammenhänge von Winkel der Antenne, Abstand vom idealen Peilpunkt und Tiefe


     Peilsender mit Akku in der Vetterhöhle

     Hier steht der Sender in der Blessberghöhle in Thüringen
 
     Die Peilung oberhalb der Vetterhöhle

Die Peilung oberhalb des "Stairway to Heaven" in der Blautopfhöhle erfolgte sehr verkehrsnah direkt oberhalb der B28 bei Blaubeuren. Der Sender wurde von Tauchern der ARGE Blautopf in den "Stairway to Heaven" gebracht und von Markus Boldt und Knut Brenndörfer vom Höhlenverein Blaubeuren an der Oberfläche gepeilt. Die Verantwortung für die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Peilung lag ausschließlich beim Höhlenverein Blaubeuren.


 
   Markus Boldt am Peilpunkt mit Seilsicherung in steilem Gelände

 
     Markus Boldt am markierten Peilpunkt überhalb der B28 und Robert (Ecki) Eckardt bei der
     Seilsicherung

Dieser Felsen wurde inzwischen für den Forschungszugang abgetragen.

Die Peilung wurde mit einer Bohrung und dem Einbau eines 100cm-Stahlrohres mit 17m Länge als Forschungszugang durch die Stadt Blaubeuren verifiziert. Die Abweichung der Peilung vom idealen Punkt betrug laut Aussage des zuständigen Geobüros nur wenige Zentimeter.

Bei Peilungen mit Standortwechsel des Senders kommen immer auch die CaveLink-Geräte als Kommunikationsmedium zum Einsatz. Damit ist man von unflexiblen Zeitplänen und festen Senderlaufzeiten unabhängig.



     CaveLink im Einsatz zur Kommunikation während der Peilung oberhalb der Laierhöhle

Bisher vom Höhlenverein Blaubeuren e.V. durchgeführte Peilungen:

Höhle: Verifikation:
Bärentalhöhle (Hütten), BW      -
Besucherbergwerk Freiberg, Schacht Reiche Zeche      -
Blätterteighöhle, BW
     -
Blautopfhöhle (Blaubeuren) "Stairway to Heaven", BW     Bohrung (Zugang)
Blessberghöhle, Thüringer Wald Bohrung + Zugang
Falkensteiner Höhle (Grabenstetten), BW      -
Herbstlabyrinth (Breitscheid), Hessen Bohrung + Zugang
Laierhöhle (Geislingen), BW      -
Sontheimer Höhle (Heroldstatt), BW      -
Steebschacht (Wennenden), BW      -
Teufelsklingenbröller (Heubach), BW      -
Vetterhöhle (Blaubeuren), BW
Grabung Schacht II
Bohrung + Grabung Schacht III    

Der Höhlenverein Blaubeuren verfügt über viel Erfahrung mit unterschiedlichsten Einsätzen der Peilausrüstung. Bisher erwies sich jede durch Bohrung oder Grabung verifizierte Peilung als Volltreffer.

 
Stand: Sept. 2017

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