Das Durchfahren eines Tunnels kann für viele Autofahrerinnen und -fahrer unangenehm sein und die Sorgen über ausreichende und gut funktionierende Sicherheitsvorkehrungen begleiten die Fahrt durch die enge Röhre. Dabei ist die Beleuchtung ein wesentlicher Faktor für die Sicherheit im Tunnel. Rahel Reinhardt hat sich unter der fachlichen Betreuung von Thomas Ußmüller in ihrer Bachelorarbeit mit den unterschiedlichen Beleuchtungsarten beschäftigt und in Zusammenarbeit mit Bartenbach ein Modell zur anschaulichen Demonstration aller Arten konstruiert. „Schummriges Licht oder schlecht ausgeleuchtete Tunnel sind schlecht für das subjektive Sicherheitsempfinden der Lenkerinnen und Lenker. Das Bemühen liegt darin, vor allem eine bis heute noch wenig verbreitete Beleuchtungstechnik zu modellieren, um diese den tunnelbetreibenden Firmen vorzustellen und sie hoffentlich mit dem neuen Konzept auch zu überzeugen“, erklären die Studentin und der Professor. Eine Anfrage bei Bartenbach zur Vergabe einer Bachelorarbeit an Rahel Reinhardt war sofort erfolgreich und die Firma unterstützte die Studentin mit ihrer Expertise. „Mir war wichtig, von der ‚Geburt’ des Projektes bis zur Fertigstellung mit dabei zu sein. Das fertige Modell steht heute bei Bartenbach und kann besichtigt werden“, freut sich Reinhardt.
Optischer Effekt
Mit der jahrelangen Forschung an einer besseren Lichtentwicklung für mehr Sicherheit im Tunnel ist Bartenbach der ideale Partner für Thomas Ußmüller und Rahel Reinhardt, deren Ziel auch die Minimierung von Unfallrisiken ist. Dafür hat die Mechatronik-Studentin ein Modell entwickelt, um ein ausgeklügeltes Beleuchtungssystem anschaulich darzustellen: „Im Maßstab von 1:16 habe ich ein Tunnelmodell konstruiert und entworfen, um verschiedene Beleuchtungsarten, insbesondere die Mitstrahlbeleuchtung, zu testen. Die Herausforderung in diesem Projekt bestand darin, die Leuchten so zu verkleinern, dass ein optisch-realistischer Durchfahrtseffekt erzielt werden kann.“ Auf den ersten Blick in das etwa sechs Meter lange Tunnel-Modell sehen Betrachterinnen und Betrachter nur zwei kleine stehende Modellautos. Sobald jedoch die Simulierung der Beleuchtung aktiviert wird, scheint es, als würden sich die stehenden Autos mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch den Tunnel bewegen. „Diese dynamische Durchfahrt wird mit einem Lauflicht aus LED-Leuchten und speziell hergestellten Mikroreflektoren programmiert“, erklärt Reinhardt. Für das von ihnen geplante Modell berechneten Expertinnen und Experten der Firma Bartenbach eigene Reflektoren, gefertigt von der Firma Luxexcel, mit denen es möglich wird, unterschiedliche Beleuchtungsarten zu simulieren. „Das Besondere an diesen Reflektoren ist, dass sie den optimalen Streuradius haben. Sie wurden nicht nur für das Modell entworfen, sondern sollen auch in realen Tunneln bald zum Einsatz kommen“, erläutert die Studentin. Der optische Fahreffekt durch den Tunnel wird durch die laufende Ansteuerung von einzelnen LED-Leuchten an der Decke des Modells erzeugt. Ußmüller erklärt, dass immer drei Leuchten gleichzeitig strahlen, wobei die beiden äußeren etwas gedimmt sind: „Die Aufgabe für Rahel Reinhardt bestand auch darin, die LEDs sauber anzusteuern. Damit nicht der Eindruck eines ruckartigen Fahrens entsteht, dürfen die Leuchten nicht nur an- und ausgeschaltet werden. Wichtig ist ein fließender Übergang, wobei die Dimmung der jeweils ersten und dritten Leuchte wichtig ist.“ Dadurch entsteht nicht nur der optische Fahr-Effekt, zudem bietet diese Technik die Möglichkeit, alle Beleuchtungsvarianten zu simulieren
Strahlendes Modell
Bislang kennt man in Europa hauptsächlich die Gegenstrahlbeleuchtung oder eine symmetrische Beleuchtung der Tunnel. „Die Schwierigkeit besteht darin, bereits bei der Einfahrt optimale Lichtverhältnisse zu schaffen. Dabei sollten die Fahrenden nicht geblendet werden und Kontraste bestmöglich erkennbar sein. Auch der Asphalt und die im Tunnel verwendeten Materialien tragen zur wahrnehmbaren Lichtsituation bei“, so Reinhardt. Die bislang verwendeten Beleuchtungstechniken seien zwar kostengünstig, doch in manchen Bereichen auch mangelhaft. Ein symmetrisches Ausleuchten des Tunnels hätte zwar den Vorteil, dass jeder Winkel gut sichtbar ist, jedoch seien Kontraste schwerer erkennbar. Diese wiederum sind bei einer Gegenstrahlbeleuchtung gut wahrnehmbar, allerdings werden hier die Lenkerinnen und Lenker, vor allem bei der Einfahrt in den Tunnel, geblendet. Eine dritte Variante, die Mitstrahlbeleuchtung, war bisher noch zu teuer. „Diese Illuminationsvariante birgt viele Vorteile, wurde aber bislang, aufgrund des erhöhten Energieaufwandes, noch wenig bis gar nicht eingesetzt“, erklärt die Studentin, die betont, dass durch ständige Verbesserungen der LED-Leuchten eine Mitstrahlbeleuchtung auch wirtschaftlich realistisch wird. Dabei werden die Fahrenden weder geblendet, noch müssen sie auf Helligkeit verzichten. Das von Reinhardt entwickelte Modell macht es möglich, alle drei Beleuchtungsarten zu simulieren und so alle Varianten anschaulich zu testen. Durch das erzeugte Durchfahrerlebnis kann auch die wahrgenommene Geschwindigkeit der Autos über Abstände zwischen den Leuchten variiert werden. „Bei einem Kinofilm sehen wir in etwa 25 Bilder pro Sekunde, um eine flüssige Bewegung wahrzunehmen. Im Modell brauchen wir bis zu 50 Bilder in der Sekunde, damit der optische Fahreffekt sichtbar wird“, erklärt Ußmüller. Ziel der Arbeit ist es auch, diese bis heute noch fast gar nicht verwendete Beleuchtungsvariante, anhand des erarbeiteten Modells, europäischen Tunnelbetreibern vorzustellen. „Wenn ich mit meiner Arbeit dazu beitragen konnte, die zukünftige Sicherheit im Tunnel zu erhöhen, dann habe ich mein Ziel erreicht“, freut sich Rahel Reinhardt.
Zu den Personen
Rahel Reinhardt studiert seit vier Jahren Mechatronik an der Uni Innsbruck und der UMIT. Ihr Betreuer Thomas Ußmüller ist seit dem Jahr 2014 Professor für Mikroelektronik und implementierbare Systeme an der Universität Innsbruck. Die Mikroelektronik sei besonders für interdisziplinäre Arbeiten prädestiniert, wie auch die Zusammenarbeit mit der Firma Bartenbach zeigt. Michael Renzler ist seit kurzem als Post Doc an der Uni Innsbruck und wird die Bachelorarbeit von Rahel Reinhardt in Zusammenarbeit mit der Firma Bartenbach in einer wissenschaftlichen Publikation verarbeiten.
Dieser Artikel ist in der Dezember-Ausgabe des Magazins „wissenswert“ erschienen. Eine digitale Version ist hier zu finden (PDF).