Intensitätssteuerung – Umfassendes Glossar zur Flughafenbeleuchtung

Definition

Intensitätssteuerung in der Flughafenbeleuchtung bezeichnet das umfassende System und Protokoll, durch das der Lichtstrom – gemessen in Candela (cd) – von Flugfeldleuchten angepasst, aufrechterhalten und geregelt wird. Dieses System ist grundlegend für die Sicherheit und Effizienz des Flugfeldbetriebs und stellt sicher, dass die Helligkeit von Pistenrandbefeuerung, Rollwegbeleuchtung, Anflugbefeuerung, Hindernisfeuern und Helikopterlandeplatzbeleuchtung stets den betrieblichen, meteorologischen und regulatorischen Anforderungen entspricht. Die Intensitätssteuerung umfasst eine Kombination aus Hardware (wie Konstantstromregler, Gleichstromregler), Software (zentralisierte Überwachungs- und Steuersysteme), Kommunikationsprotokollen (pilotengesteuerte Beleuchtung) und Betriebsverfahren (manuelle, geplante oder sensorgesteuerte Anpassungen). Ihr Zweck ist es, die Beleuchtung an wechselnde Sichtverhältnisse, Tageszeiten und flughafenspezifische Verkehrsanforderungen anzupassen sowie die Einhaltung von Standards der ICAO (International Civil Aviation Organization), FAA (Federal Aviation Administration), EASA (European Union Aviation Safety Agency) und entsprechender nationaler Behörden sicherzustellen.

Was ist Intensitätssteuerung in der Flughafenbeleuchtung?

Die Intensitätssteuerung ist der Mechanismus und Prozess, durch den die Helligkeit der Flughafenbeleuchtungssysteme dynamisch verwaltet wird, um die Sichtbarkeit für Piloten und Bodenpersonal zu optimieren, den Energieverbrauch zu senken und die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften zu gewährleisten. Dieser Prozess ist sowohl technisch als auch betrieblich und beinhaltet das Zusammenspiel zwischen elektronischen Reglern, Steuerpulten, Sensoren und menschlichen Bedienern (Fluglotsen oder Piloten). Die Lichtintensität der Flughafenbeleuchtung muss an Veränderungen der Umgebungslichtverhältnisse (wie Nacht, Dämmerung, Morgengrauen, Nebel, Regen oder Schnee), verschiedene Phasen der Flugzeugbewegung (Start, Landung, Rollen) und Notfall- oder Wartungsabläufe angepasst werden können.

Lichtstärke, der zentrale Parameter der Intensitätssteuerung, wird in Candela (cd) angegeben und repräsentiert die wahrgenommene Leistung, die eine Lichtquelle in eine bestimmte Richtung abstrahlt. Beispielsweise beschreibt ICAO Anhang 14 spezifische Mindest- und Maximalwerte der Lichtstärke für verschiedene Flugfeldbeleuchtungstypen, um ausreichende Sichtbarkeit ohne Blendung oder Lichtverschmutzung zu gewährleisten. Die Anpassung der Intensität erfolgt meist in vordefinierten Stufen – beispielsweise 10 %, 30 % und 100 % der maximalen Leistung bei Pistenleuchten – und ermöglicht so eine präzise Anpassung an das jeweilige Betriebsszenario.

Die Steuerungsinfrastruktur reicht von zentralisierten Flugfeldbeleuchtungs-Steuerungs- und Überwachungssystemen (ALCMS), die es Fluglotsen ermöglichen, alle Beleuchtungselemente zu überwachen und zu steuern, bis hin zu pilotengesteuerter Beleuchtung (PCL) für entlegene oder nicht kontrollierte Flughäfen, bei denen Piloten die Beleuchtung per Funk einstellen. Moderne Systeme integrieren zudem automatisierte Sensoren, die auf Umgebungslicht oder Wetterdaten reagieren und die Intensität optimieren, ohne menschliches Eingreifen.

Zweck der Intensitätssteuerung

• Regulatorische Konformität: Einhaltung von Standards wie ICAO (Anhang 14), FAA (Advisory Circulars, L-828, L-854) und EASA.
• Betriebssicherheit: Sicherstellen, dass Flugzeuge und Fahrzeuge am Boden unabhängig von Sicht- und Umweltbedingungen sicher navigieren, starten, landen und rollen können.
• Energieeffizienz: Durch Anpassung der Helligkeit nach Bedarf können Flughäfen den Energieverbrauch deutlich senken und die Lebensdauer der Beleuchtungskomponenten verlängern.
• Situationsbewusstsein: Richtig kalibrierte Beleuchtung verbessert das Situationsbewusstsein der Piloten und senkt das Risiko von Pistenverletzungen und -verlassen.

Wie wird die Intensitätssteuerung in der Flughafenbeleuchtung eingesetzt?

Betriebseinsatz

Die Intensitätssteuerung ist in nahezu jedem Aspekt des Flugfeldbetriebs eingebettet, von planmäßigen Flügen bis hin zu Notfall- und Wartungsszenarien. Die Anwendung der Intensitätsregelung lässt sich in mehrere betriebliche Kategorien einteilen:

• Tag-/Nachtbetrieb: Die Lichtintensität wird nachts oder bei schlechten Sichtverhältnissen erhöht, um die Sichtbarkeit zu maximieren, und tagsüber oder bei klarem Wetter reduziert, um Blendung zu vermeiden und Energie zu sparen. ICAO- und FAA-Richtlinien schreiben Mindestintensitätswerte für Tag- und Nachtbetrieb vor, um eine konsistente visuelle Führung für Piloten sicherzustellen.

• Pilotengesteuerte Beleuchtung (PCL): An Flughäfen ohne durchgehend besetzten Tower aktivieren und regeln Piloten die Flugfeldbeleuchtung über das Flugfunkgerät. Durch eine vorgegebene Anzahl von Mikrofonklicks – meist drei für niedrige, fünf für mittlere und sieben für hohe Intensität – können Piloten die Beleuchtung an ihre Bedürfnisse anpassen. Dieses System ist von der FAA unter L-854 formalisiert.

• Automatisierte und manuelle Steuerung: Größere Flughäfen nutzen zentrale Systeme (ALCMS), mit denen Fluglotsen die Intensität für einzelne Pisten, Rollwege und Anflugsysteme anpassen können. Diese Anpassungen können auf Echtzeit-Wetterdaten oder auf manuellen Bedienereingaben basieren. Kleinere Flughäfen greifen häufiger auf manuelle Schalter oder programmierte Beleuchtungszeiten zurück, besonders während Zeiten mit geringem Flugaufkommen.

• Notfallverfahren: Bei Notlandungen, Rettungseinsätzen oder plötzlichen Wetterumschwüngen können Intensitätssteuerungssysteme übersteuert werden, sodass alle Lichter sofort auf maximale Helligkeit geschaltet werden. Dies gewährleistet die bestmögliche Sicht für Piloten und Rettungsteams.

Steuerungsmethoden

Gleichstromregler (DCR) und Konstantstromregler (CCR)

DCRs und CCRs bilden das Rückgrat der Intensitätssteuerung auf Flugfeldern. Sie regeln den elektrischen Strom, der an die Beleuchtungskreise geliefert wird, und ermöglichen so eine präzise Steuerung der Helligkeit jeder Leuchte. Sie sind sowohl für LED- als auch für Glühfaden-Systeme unerlässlich und gewährleisten, dass jede Stufe der Intensitätskurve den Vorschriften entspricht. DCRs sind besonders effektiv bei Mehrstufendimmung (typischerweise 10 %, 30 %, 100 %), während CCRs für konstanten Strom bei wechselnden Lasten sorgen, was für die Lebensdauer und Gleichmäßigkeit von LEDs entscheidend ist.

Flugfeldbeleuchtungs-Steuerungs- & Überwachungssysteme (ALCMS)

ALCMS-Plattformen bieten eine zentrale, Echtzeitsteuerung aller Flugfeldbeleuchtungselemente. Diese Systeme sind direkt mit DCRs/CCRs verbunden und ermöglichen es dem Bediener, den Status jeder Leuchte oder jedes Kreises zu überwachen, Intensitäten in Reaktion auf Betriebsanforderungen oder Sensorwerte anzupassen und automatische Warnungen bei Störungen zu erhalten. Viele moderne ALCMS integrieren sich mit Betriebsdatenbanken des Flughafens, Wetterüberwachung und Sicherheitsprotokollen und schaffen so ein umfassendes Managementumfeld.

Pilotengesteuerte Beleuchtung (PCL)

PCL-Systeme ermöglichen es Piloten an nicht kontrollierten oder entlegenen Flughäfen, die Lichtintensität über definierte Funkprotokolle zu steuern. Durch eine bestimmte Anzahl von Mikrofonklicks wird eine Sequenz ausgelöst, die die Beleuchtung für eine festgelegte Dauer (häufig 15 Minuten) mit der gewünschten Intensität aktiviert. Dieses System unterliegt der FAA-Norm L-854 und ist für ländliche und wenig frequentierte Flughäfen mit begrenztem Personalbestand unerlässlich.

Automatisierte Sensoren

Umgebungslicht- und Wettersensoren können in Intensitätssteuerungssysteme integriert werden, um die Beleuchtung automatisch und in Echtzeit anzupassen. Beispielsweise bewirkt der Wechsel von Tageslicht zu Dämmerung eine automatische Erhöhung der Intensität. Umgekehrt kann zunehmendes Umgebungslicht eine Reduktion der Lichtleistung auslösen, wodurch ein Gleichgewicht zwischen Sichtbarkeit und Energieeffizienz entsteht.

Manuelle Schalter und Zeitpläne

Manuelle Schalter und Schaltprogramme sind an kleineren oder älteren Flugfeldern weiterhin verbreitet. Betreiber passen die Beleuchtung anhand fester Zeitpläne, Wetterberichte oder auf Pilotenwunsch per Telefon oder Funk an. Zwar ist diese Methode weniger flexibel als automatisierte oder sensorbasierte Systeme, aber sie bleibt in verkehrsarmen oder ressourcenbeschränkten Umgebungen wirksam.

Komponenten von Intensitätssteuerungssystemen

Leuchten mit Intensitätsregelung

• Pistenrandbefeuerung: Je nach Flughafenkategorie und Betriebsbedarf werden sie als Hoch-, Mittel- oder Niedrigintensitätsleuchten eingestuft. Hochintensive Pistenrandbefeuerung (HIRL) kann in mehreren Stufen angepasst werden und entspricht sowohl ICAO- als auch FAA-Standards. Beispielsweise bieten HIRL-Systeme mindestens fünf Dimmstufen, Mittel- oder Niedrigintensitäts-Systeme meist drei.

• Anflugbefeuerung (ALS): ALS-Konfigurationen – wie ALSF-2, SSALR und MALSR – verfügen über Dauer- und Blitzleuchten. Die Intensität dieser Systeme ist oft stufenweise einstellbar; ICAO- und FAA-Dokumente geben Mindest- und Maximalwerte der Lichtstärke für jeden Leuchtentyp und jede Stufe vor.

• Rollwegbeleuchtung: Meist mittlere oder niedrige Intensität, kann aber je nach Betriebssituation gedimmt oder aufgehellt werden. Stufendimmung ist entscheidend, um die Sichtbarkeit zu optimieren und Blendung bei schlechter Sicht zu vermeiden.

• Hindernisfeuer: Zur Markierung von Gefahrenstellen (z. B. Türme, Kräne) werden Hindernisfeuer sowohl in Intensität als auch Farbe geregelt. ICAO und FAA verlangen bestimmte Mindestintensitäten für Tag- und Nachtbetrieb, bei Mittel- und Hochintensitäts-Systemen mit Stufendimmung.

• Heliport- und Helipad-Beleuchtung: Diese Leuchten müssen anpassbar sein, um Hubschrauberpiloten bei unterschiedlichen Licht- und Wetterbedingungen Sicht zu bieten. Systeme sind oft automatisiert und können durch Sensoren oder manuelle Eingaben ausgelöst werden.

Steuerungshardware

• Gleichstromregler (DCR): Stabilisieren und regeln den Strom in den Beleuchtungskreisen und ermöglichen die Mehrstufen-Helligkeitssteuerung für LED- und Glühlampenleuchten.

• Konstantstromregler (CCR): Sorgen für gleichbleibenden Strom an die Leuchten – besonders wichtig für LED-Systeme. Sie ermöglichen sanftes Dimmen und vermeiden Spannungsschwankungen, die die Leuchten beschädigen könnten.

• Funksteuergeräte (für PCL-Systeme): Empfangen Funksignale der Piloten und setzen sie in Aktivierungs- und Intensitätsbefehle für die Beleuchtung um.

• ALCMS-Rechner und -Bedienpulte: Zentrale Steuereinheiten mit grafischer Benutzeroberfläche, die es dem Bediener ermöglichen, die Beleuchtung auf dem gesamten Flugfeld zu überwachen, zu diagnostizieren und anzupassen.

• Manuelle Schalter: Traditionelle Schalter, die an kleinen oder älteren Flugfeldern zur direkten Steuerung der Beleuchtungskreise eingesetzt werden.

Mess- und Prüfgeräte

• Lichtintensitätsmesser: Tragbare oder fest installierte Geräte zur Messung der Lichtstärke in Candela, um sicherzustellen, dass jede Leuchte den Vorschriften entspricht.

• Photometer: Spezialisierte Geräte zur Quantifizierung von Intensität und Verteilung des emittierten Lichts, die häufig bei Inbetriebnahme, regelmäßiger Wartung und Konformitätsprüfungen eingesetzt werden.

• Automatisierte Prüfsysteme: Fortschrittliche Systeme, die Computer Vision und lineare Scantechnik nutzen, um Lichtleistung und Ausrichtung automatisch zu messen und so menschliche Fehler und Prüfzeiten zu reduzieren.

Messung und Einheiten

Lichtstärke (Candela)

Die Lichtstärke ist die grundlegende Größe zur Quantifizierung der Helligkeit einer Flugfeldleuchte. Nach dem Internationalen Einheitensystem (SI) ist die Candela (cd) definiert als die wahrgenommene Leistung einer Lichtquelle in eine bestimmte Richtung. Regulatorische Standards wie ICAO Anhang 14 und FAA AC 150/5345-46 legen Mindest- und Maximalwerte der Candela für jede Beleuchtungsanwendung und Intensitätsstufe fest. Beispielsweise muss eine hochintensive Pistenrandleuchte bei höchster Einstellung mindestens 10.000 cd liefern, während Anflug- und Rollwegbeleuchtung eigene Wertebereiche haben.

Messmethoden

• Vor-Ort-photometrische Prüfung: Regelmäßige photometrische Prüfungen werden mit tragbaren Photometern oder Lichtstärkemessern durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Leuchten die vorgeschriebenen Werte erreichen. Dies ist sowohl für Neuanlagen als auch für die laufende Wartung entscheidend.

• Dynamische Online-Messung: Einige fortschrittliche ALCMS-Plattformen beinhalten eine Echtzeitüberwachung der Lichtleistung und passen mithilfe von Sensoren kontinuierlich die Intensitätswerte an und dokumentieren sie.

• 3D-Computer-Vision-Messung: Automatisierte Systeme scannen den Lichtaustritt jeder Leuchte dreidimensional und prüfen nicht nur die Intensität, sondern auch die Abstrahlcharakteristik und Ausrichtung auf die Einhaltung der Vorschriften. Dies ist besonders für Anflugbefeuerung entscheidend, bei der das Lichtbild ebenso wichtig ist wie die Intensität.

Regulierungsvorschriften

ICAO Anhang 14

Der ICAO Anhang 14 setzt den internationalen Standard für Flugfeldbeleuchtung und gibt detaillierte Anforderungen für jeden Leuchtentyp, einschließlich Mindest- und Maximalintensität, Farbe und Positionierung, vor. Für die meisten Systeme ist eine Mehrstufendimmung vorgeschrieben, damit Flughäfen auf wechselnde Betriebs- und Umweltbedingungen reagieren können. Pistenrandbefeuerung muss beispielsweise mindestens drei Intensitätsstufen bereitstellen, mit jeweils festgelegten Candela-Werten.

FAA-Vorschriften

FAA AC 150/5340-24 und verwandte Dokumente definieren die US-spezifischen Anforderungen an Intensität, Dimmstufen und Steuerbarkeit der Flugfeldbeleuchtung. Die FAA schreibt außerdem zertifizierte DCRs/CCRs (FAA L-828) und spezielle Protokolle für pilotengesteuerte Beleuchtung (FAA L-854) vor, um Interoperabilität und Sicherheitsstandards zu gewährleisten.

Weitere Aufsichtsbehörden

EASA (Europa), Transport Canada (Kanada), CAA (UK): Jede Behörde setzt regionsspezifische Anforderungen, die häufig mit den ICAO-Standards harmonisiert, aber auf lokale Betriebs- und Umweltbedingungen zugeschnitten sind.

Anwendungsfälle und Beispiele

Intensitätsanpassung der Pistenbeleuchtung

Bei eingeschränkter Sicht (Nebel, Regen, Schnee) erhöht das Flugfeldbeleuchtungssystem automatisch die Intensität der Pisten- und Anflugbefeuerung auf die nach ALCMS oder Fluglotsenangabe maximal zulässigen Werte. So können Piloten die Pistenränder, Anfluglinien und andere wichtige visuelle Hinweise zuverlässig erkennen. Mit zunehmender Sicht wird die Intensität schrittweise reduziert, um Blendung zu vermeiden und Energie zu sparen.

Pilotengesteuerte Beleuchtung am nicht kontrollierten Flughafen

Piloten, die nachts an einem nicht kontrollierten Flughafen ankommen, nutzen das PCL-System, indem sie auf der zugewiesenen Frequenz das Mikrofon siebenmal für volle, fünfmal für mittlere oder dreimal für niedrige Intensität betätigen. Die Beleuchtung bleibt dann für ein bestimmtes Intervall, typischerweise 15 Minuten, aktiviert und schaltet sich automatisch ab, sofern kein weiteres Signal eingeht.

Geplante Beleuchtung und Einschränkungen

Bestimmte Flughäfen, insbesondere bei Umwelt- oder Energieauflagen, betreiben die Beleuchtung nach einem festen Zeitplan. So kann beispielsweise die volle Intensität nur während der Spitzenzeiten oder bis 23 Uhr bereitgestellt werden; danach werden die Lichter bis zum Morgengrauen auf die niedrigste Stufe zurückgestellt. In manchen Fällen müssen Piloten im Voraus anrufen, um außerhalb der regulären Betriebszeiten eine Beleuchtung anzufordern.

Heliport-Beleuchtung

Krankenhauslandeplätze und Dachlandeplätze nutzen automatisierte Intensitätssteuerungen, um die Beleuchtung je nach Umgebungslicht und Hubschrauberanflug dynamisch anzupassen. So wird ein sicherer Betrieb bei Dämmerung, Nacht oder schlechter Sicht gewährleistet und die Lichtverschmutzung in Wohngebieten minimiert.

Hindernisbefeuerung

Hohe Bauwerke in Flughafennähe, wie Kräne oder Funktürme, sind mit Mittel- oder Hochintensitäts-Hindernisfeuern ausgestattet. Die Intensität wird automatisch entsprechend dem Umgebungslicht angepasst, um Piloten stets Sichtbarkeit zu bieten und sowohl ICAO- als auch FAA-Anforderungen an Lichtverschmutzung und Flugsicherheit zu erfüllen.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile

• Sicherheit: Die Intensitätssteuerung stellt zu jeder Zeit zuverlässige und angemessene visuelle Hinweise für Piloten und Bodenpersonal bereit und senkt das Risiko von Unfällen und Pistenverletzungen.
• Energieeffizienz: Durch die Anpassung der Lichtleistung an den Betriebsbedarf können Flughäfen den Stromverbrauch deutlich reduzieren und die Lebensdauer teurer Beleuchtungsinfrastruktur verlängern.
• Regulatorische Konformität: Automatisierte und überwachte Intensitätssteuerung hilft Flughäfen, strenge nationale und internationale Vorschriften einzuhalten und Strafen oder Betriebseinschränkungen zu vermeiden.
• Anpassungsfähigkeit: Mehrstufendimmung und automatisierte Steuerungssysteme ermöglichen es Flughäfen, schnell auf wechselndes Wetter, Verkehr und Notfälle zu reagieren.
• Wartung: Kontinuierliche Überwachung und automatisierte Fehlererkennung ermöglichen die schnelle Identifizierung und Behebung von Beleuchtungsausfällen und senken so Ausfallzeiten und Wartungskosten.

Einschränkungen und Grenzfälle

• Geräteausfall: Ausfall von Steuerungssystemen, DCRs oder CCRs kann zu falschen Intensitätseinstellungen führen und die Sicherheit beeinträchtigen. Redundante Systeme und regelmäßige Wartung sind daher unerlässlich.
• Manuelle Zeitpläne: Starre Beleuchtungszeiten können Flughäfen auf ungeplante Ankünfte oder Notfälle unvorbereitet treffen, was die Bedeutung flexibler und pilotengesteuerter Systeme unterstreicht.
• Pilotenkonfusion: Missverständnisse bei PCL-Protokollen oder falsche Frequenzwahl können dazu führen, dass …