Lichtblick in der Dunkelheit

Im Oberleitungsbau müssen dringende Montage- und Reparaturarbeiten auch in der Nacht durchgeführt werden. In besonderen Situationen kommen zur Ausleuchtung des Arbeitsbereichs nur Helmleuchten infrage. Bei den derzeit üblichen Modellen besteht aus lichttechnischer Sicht deutlicher Optimierungsbedarf.

Besonders problematisch sind zu kleine und zu stark gebündelte Lichtkegel. Sie erlauben das Sehen nur innerhalb eines begrenzten Bereichs, ohne dass in der Umgebung etwas zu erkennen ist. Störend sind stark inhomogene Lichtverteilungen. Hohe Lichtleistungen begrenzen die Leuchtdauer und sind in kurzer Sehentfernung zu hell. Reflexe an glänzenden Oberflächen können genauso blenden wie der direkte Blick in die Leuchte.

Forschung für die Praxis

Ein gemeinsames Projekt der BG ETEM und des Fachgebiets Lichttechnik der TU Ilmenau konkretisiert die Anforderungen an Helmleuchten. Zunächst wurden die Tätigkeiten im Oberleitungsbau und die Lichtbedingungen während der Nachtarbeit analysiert. Daraus konnten die lichttechnischen Anforderungen an Helmleuchten abgeleitet werden.

18 Testpersonen und vier Praktiker aus dem Fahrleitungsbau waren an Versuchen unter praxisähnlichen Bedingungen beteiligt. Das Ziel: Parameter der Helmleuchte bezüglich Größe des Lichtkegels, Beleuchtungsniveau, Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung, Helligkeitsübergang zur Umgebung, Blickabstand beim Gehen sowie zur Blendung zu bestätigen.

Die Auswahl geeigneter Leuchten richtet sich nach der jeweiligen Tätigkeit und den Einsatzbedingungen. Nach Analyse von Arbeiten im Oberleitungsbau lassen sich die Tätigkeiten klassifizieren in:

• Arbeiten im Greifraum
• Gehen in der Gleisanlage
• Orientierungsblick zu Einsatzort und Sicherheitseinrichtungen (z. B. Bahnerdung)

Besonders kritisch ist es nachts im unbeleuchteten Gelände. Die Helligkeit beträgt dabei etwa 0,1 lx bis 2 lx (bei Vollmond).

Für ungestörtes Sehen sollte der Helligkeitsunterschied zwischen dem beleuchteten Objekt im Lichtkegel und der dunklen Umgebung 10:1 bis maximal 100:1 sein. Demnach sollte das Beleuchtungsniveau in der Arbeitsebene 1 bis 10 lx bzw. maximal 20 bis 200 lx betragen.

Hell und dunkel

Das Auge passt sich an die jeweilige Beleuchtung an. Dieser Adaptationsprozess hat Einfluss auf wichtige Funktionen wie Sehschärfe, Farbwahrnehmung, Kontrast- und Blendempfindlichkeit.

Die Anpassung des Auges an die Dunkelheit dauert mehrere Minuten. Erst dann können auch sehr geringe Helligkeitsunterschiede (Kontraste) gesehen werden, wie sie Objekte vor dem dunklen Himmel oder auf Wegen haben. Die Helladaptation dagegen benötigt nur ca. 5 Sekunden. Zu helles Licht im Sehbereich beeinträchtigt somit das Sehen geringer Helligkeitsunterschiede in der Umgebung. Außerdem blenden Lichtquellen in der Dunkelheit viel stärker als in hellerer Umgebung.

Als Konsequenz für die Auslegung von Helmleuchten im Oberleitungsbau bedeutet dies, so viel Licht wie nötig und so wenig Licht wie möglich einzusetzen, um die Adaptation der Augen an die Dunkelheit nicht zu stören und Blendung und damit unfallrelevante Sehstörungen zu vermeiden.

Eine marktübliche Stirnleuchte wurde so modifiziert, dass unterschiedliche Beleuchtungsniveaus bei verschiedenenGrößen des Lichtkegels für Montage- und Inspektionsaufgaben sowie beim Gehen getestet werden konnten.

Arbeiten in Nahbereich

Die Ergebnisse zeigten, dass für Tätigkeiten im Greifraum ein Beleuchtungsniveau von 25 lx (Blickabstand 0,5 m) mit einem breiten Lichtkegel (70° Öffnungswinkel: 0,7 m Breite in 0,5 m Entfernung) bevorzugt wird. Diese Verhältnisse wurden als ausreichend hell bewertet, ohne durch störende Reflexe zu blenden, wie sie bei höheren Beleuchtungsniveaus beobachtet wurden.

Durch die breite Ausleuchtung kann die Gesamtsituation ohne zusätzliche Kopfbewegungen erfasst werden. Außerdem ist der Sehbereich so groß, dass auch in der Umgebung etwas erkannt werden kann, wenn der Helligkeitsverlauf vom Rand des Lichtkegels zur Umgebung relativ weich erfolgt.

Sicheres Gehen

Für das Gehen in der Gleisanlage ist der Bodenbereich bis zu drei Meter vor der gehenden Person relevant. Personen richten ihren Blick beim Gehen in dunkler Umgebung typisch in eine Entfernung von 1 bis 2,5 m voraus. Dabei wird die doppelte Lichtleistung im Vergleich zu Tätigkeiten im Greifraum für das sichere Erkennen von Hindernissen notwendig. Auch hier wurde eine breitabstrahlende Beleuchtung (70°) bevorzugt.

Für beide Einsatzzwecke gilt: Je heller der ausgeleuchtete Bereich ist, umso größer ist die Blendung beim direkten Blick in die Leuchte, wie sie in Begegnungssituationen bei Dunkelheit auftreten. Leuchtdichten größer als 100.000 cd/m² blenden störend bis unerträglich. Ist der Blick direkt auf den LED-Chip der Lampe möglich, wurden Leuchtdichten über 1 Mio. cd/m² gemessen. Dies sollte über Entblendungsmaßnahmen (Optiken/Diffusoren) verhindert werden. Gleichzeitig gilt, je größer die Licht abstrahlende Fläche ist, umso geringer ist deren Leuchtdichte bei gleichem Lichtstrom.

Für Orientierungsblicke sind Sehweiten bis zu zehn Meter relevant. Dafür ist eine stärkere Bündelung des Lichts der Leuchte (Öffnungswinkel des Lichtkegels von 15°) sinnvoll. Damit können größere Sehweiten erzielt werden, ohne dass zu hohe Lichtströme erforderlich sind. Da diese Einstellung nur kurze Zeit benötigt wird, kann ein automatisches Zurückschalten in ein niedrigeres Beleuchtungsniveau sinnvoll sein.

Neue Leuchte in Arbeit

Wichtig für die Arbeit bei Dunkelheit ist eine Leuchtdauer über die gesamte Einsatzzeit. In den Herbst- und Wintermonaten sind bis zu acht Stunden erforderlich. Zur Stromversorgung ist man auf Batterien oder Akkus angewiesen. Deren Kapazität muss die Leuchtdauer ermöglichen. Je höher der Lichtstrom der Leuchte ist, desto kürzer ist die Leuchtdauer. Begrenzend ist auch das Gewicht des Akku- bzw. Batteriepacks, das im Leuchtenkopf oder am Halteband montiert ist.

Aus den Betrachtungen wird deutlich, dass eine geeignete Helmleuchte über drei unterschiedliche Leuchtmodi verfügen muss, die die Lichtleistung und die Größe des ausgeleuchteten Bereichs für den jeweiligen Einsatzzweck anpassen.

Eine Helmleuchte, die genau diese Eigenschaften besitzt, ist derzeit auf dem Markt so nicht verfügbar. Zurzeit wird mit Herstellern an der Anpassung von Leuchten gearbeitet. Eine Evaluierung im Praxiseinsatz ist geplant.

Dr. Karin Bieske, TU Ilmenau