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Fahrgastraumbeleuchtung in Schienenfahrzeugen Berlin 06.07.2016 Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016 DLR.de Folie 1

Fahrgastraumbeleuchtung in Schienenfahrzeugen · Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016 Bahnindustrie muss die zukünftigen Trends bereits heute erkennen, dann sind

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Fahrgastraumbeleuchtung in Schienenfahrzeugen

Berlin 06.07.2016

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016 DLR.de • Folie 1

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• Einleitung

• Stand der Technik in der Fahrgastraumbeleuchtung

• Aktuelle und zukünftige Herausforderungen

• Themabezogene Forschungsarbeiten im DLR-FK

• Zusammenfassung

Inhalt:

DLR.de • Folie 2 Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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„Bahn“ in der Presse

DLR.de • Folie 3 Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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Fahrgastraumbeleuchtung: Leuchtmittel

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

Leuchtstoffröhren LEDs

• Lichtausbeute: 90 lm/W

• Lebensdauer: 20.000 h

• Preis: 3 €/klm

• Dimmbar: im Sfz nein

• Reflektor/Streuscheibe: ja

• Vorschaltgerät: ja

• Lichtquellenart: Linie

• Einbauflexibilität: gering

• Lichtausbeute: 120 lm/W

• Lebensdauer: 80.000 h

• Preis: 15 €/klm

• Dimmbar: ja

• Reflektor/Streuscheibe: ja

• Vorschaltgerät: ja

• Lichtquellenart: Punkt

• Einbauflexibilität: mittel

DLR.de • Folie 8

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• Energie sparen • Kosten sparen kostenneutraler Ersatz von Leuchtmitteln und Vorschaltgeräten im Rahmen von Wartungszyklen Implementierung von intelligenten Steuerkonzepten

• Fahrgastkomfort erhöhen • Attraktivität des Bahnfahrens steigern Verbesserung der Beleuchtungskonzepte beim Redesign von Zügen

• Individualisierung Einbau von intelligenter und flexibler Lesebeleuchtung

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

Aktuelle Anforderungen

DLR.de • Folie 9

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• Steigender Mobilitätsbedarf der Bevölkerung

• Individualisierungsbedarf (mobiler Arbeitsplatz / Familienabteil)

• Integrierte Komfortfunktionen

• Steigende Erwartungen aufgrund von zunehmender Digitalisierung

• Höhere Bauraumeffizienz

• Höhere Materialeffizienz (Recycling oder lebenslange Garantie)

langlebige, kostengünstige, hochintegrierte Leuchtmittel

intelligente Steuerelektronik / Sensorik

ganzheitliche Betrachtung von Beleuchtungskonzepten

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

Zukünftige Herausforderungen

DLR.de • Folie 14

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Stromlinienförmiger Doppelstock-Triebwagenzug; Einzelräder; elektrischer Antrieb 18 MW 400 km/h; aerodyn. + Generatorbremsen Bremsweg 8 km; Laufleistung 83.000 km/Monat

DLR.de • Folie 15

Zug der Zukunft 2035 Hamburg Dammtor

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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DLR.de • Folie 16

Themen und Ziele

1. Erhöhung der zugelassenen Geschwindigkeit auf 400 km/h (wiss. Untersuchungen zu 600 km/h)

2. Halbierung des spezifischen Energiebedarfs gegenüber dem ICE 3 bei 300 km/h

3. Lärmreduktion 4. Komfortsteigerung 5. Verbesserung der Fahrsicherheit 6. Verringerung des Verschleißes und

der Lebenszykluskosten 7. Kosteneffiziente Bauweisen

durch Modularisierung und Systemintegration 8. Effizienzsteigerung

von Entwicklungs- und Zulassungsprozessen

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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Beleuchtungskonzept: Zielsetzung

DLR.de • Folie 17 DLR.de • Folie 17

• Das Ziel ist ein innovatives Konzept der komfortablen, energieeffizienten und wartungsarmen (-freien) Beleuchtung für Reisezugwagen, welches wirtschaftlich umsetzbar ist.

Untere Ebene Obere Ebene

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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Beleuchtungskonzept: Systematische Betrachtung

DLR.de • Folie 18 DLR.de • Folie 18

Fahrgastraum-beleuchtung

Technische Aspekte • Normen • Lichttechnische Betrachtung • Energetische Betrachtung • Fahrgastraumdesign

Komfort • Probandenversuche • Komfortempfinden

Wirtschaftliche Aspekte • Bisherige Preisentwicklung • Preisprognose • LCC

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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Beleuchtungskonzept: verwendete Leuchtmittel

DLR.de • Folie 19 DLR.de • Folie 19

OLEDs Vorteile: • Homogenes, blendfreies und flächiges Licht (Abstrahlwinkel 120°) • Dimmbares neutralweißes Licht (Farbtemperatur 4.000 K) • Hohe Farbwiedergabe Ra > 90 • Hocheffizient (derzeit 50 lm/W) • Extrem flache Bauform (< 2,5 mm) • Praktisch keine Wärmeentwicklung (typ. T=40°C) • Niedrigspannung/-Niedrigstromversorgung (typ. I=230 mA, Pmax=2,1W) Nachteile: • Rand von 5 mm • Begrenzte Elementgröße (heute max. 320x320 mm) • Noch relativ hoher Preis (derzeit ca. 600 € / klm)

Quelle: Tridonic

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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NGT-Beleuchtungskonzept

DLR.de • Folie 20 DLR.de • Folie 20 Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

NGT HST NGT LINK

Anzahl der Leuchtmittel im Zug: 5208 3027

Elektrische Gesamtleistung pro Zug:

11 kW 6,4 kW

Elektrische Leistung pro Sitzplatz:

13,8 W 14,1 W

Leistungseinsparung pro Sitzplatz ggü. ICE 3:

51% 50%

Besonderheiten: OLED als Leuchtmittel, integrierte Lesebeleuchtung (HST), dynamischer Ausgleich äußerer Lichteinflüsse,

extrem platzsparend

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NGT-Beleuchtungskonzept: HST • Konzept erfüllt alle Vorgaben aus DIN EN 13272 • Leuchtenlayout entspricht der Designstudie

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016 DLR.de • Folie 21

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Probandenversuche im NGT-Mockup

DLR.de • Folie 22 DLR.de • Folie 22

• Zwei Versuche je 20 Probanden (10 männlich und 10 weiblich) • Zwei Beschäftigungsszenarien: Kreuzworträtsel = Paper-Pencil und Computerspiel

auf dem PDA • Zwei Beleuchtungsszenarien: mind. 100 lx (Ø133 lx) und mind.150 lx (Ø201 lx) • Konstantes Klima und konstanter Geräuschpegel

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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• Helligkeit 4,8 (1 = sehr dunkel, 4 = neutral, 7 = sehr hell) • Lichtwirkung neutral (1 = sehr kalt, 7 = sehr warm) • Blendung 4,7 (1 = sehr geblendet, 7 = gar nicht geblendet) • Farbeindruck 4,8 (1 = sehr unrealistisch, 7 = sehr realistisch) • Sehleistung 4,7 (1 = sehr schlecht, 7 = sehr gut) • Zufriedenheit mit der Lichtsituation 3,4 (1 = sehr unzufrieden, 5 = sehr zufrieden) • Subjektives Wohlbefinden:

• Freude/Gefallen 4,7 (7 = sehr hoch; 1 = sehr gering) • Aktivierung 3,3 (7 = hoch aktiviert; 1 = wenig aktiviert) • Kontrolle 3,9 (7 = sehr kontrollierend; 1 = wenig kontrollierend) • Leistungsfähigkeit 3,8 (5 = sehr hoch; 1 = sehr niedrig) • Behaglichkeit 3,7 (5 = sehr hoch; 1 = sehr niedrig) • Schläfrigkeit 4,1 (3 = „wach“; 5 = „weder wach noch müde“)

Probandenversuche im NGT-Mockup: Ergebnisse

DLR.de • Folie 23 DLR.de • Folie 23 Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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Ziel: • Ermittlung der mit dem

Beleuchtungskonzept verbundenen Lebenszykluskosten

• Prognose zur Kostenentwicklung

DLR.de • Folie 24

Wirtschaftliche Bewertung

Betrachtungsgegenstand: • Beleuchtung des NGT HST und NGT LINK

im Vgl. ICE 3 (BR 407 – Velaro D) • Fokus auf Beleuchtungssystem in den

Fahrgasträumen und Wagenübergängen

Leuchtmittelanzahl:

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

• 5.208 OLED-Module • 3.027 OLED-Module • 348 Leuchtstoffröhren • 111 LED-leselampen • 29 LED-Spots

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Betrachtungszeitraum 2025-2055 Lebensdauer OLED 50.000 h, 2 €/Modul

DLR.de • Folie 25

Wirtschaftliche Bewertung: Ergebnisse

Hohe Leuchtmittelanzahl, geringe Lebensdauer und hohe Kosten der OLED führen zu insgesamt höheren LCC-Kosten Hoher Anteil an Erstausrüstungs- und Austauschkosten

Betrachtungszeitraum 2015-2045 Lebensdauer OLED 15.000 h, 20 €/Modul

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

LCC-Kosten bei der Ausrüstung der Fahrzeuge im Jahr 2025 trotz der höheren Leuchtmittelanzahl deutlich geringer Energiekosten sind wesentlicher Kostentreiber

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DLR.de • Folie 26

Wirtschaftliche Bewertung: Sensitivitätsanalyse

Ziel • Ermittlung der individuellen Einflusshöhe der Eingangsparameter auf die

Lebenszykluskosten • Identifikation der Parameter, die ein hohes Kostenreduzierungspotenzial

aufweisen • Variation folgender Parameter:

• Betriebsdauer der Beleuchtung [h/a] • Lebensdauer der OLED-Module [h] • Fahrzeuglebensdauer [a] • Anzahl der OLED-Module [Stk.] • Marktpreis der OLED-Module [€/Stk.] • Energiepreissteigerung [%] • Personalkostensatz [€/Std.] • Zinssatz [%]

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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DLR.de • Folie 27

Wirtschaftliche Bewertung: Sensitivitätsanalyse

Ergebnis

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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Zusammenfassung

DLR.de • Folie 28 DLR.de • Folie 28

• Für effiziente Befriedigung von Mobilitätsbedürfnissen der Bevölkerung ist

Bahnverkehr von enormer Bedeutung

• Für Komfortempfinden der Fahrgäste spielt die Beleuchtung eine zentrale Rolle

• Attraktivität des Bahnfahrens kann durch innovative, intelligente, effiziente und

kostengünstige Beleuchtungskonzepte gesteigert werden

Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

Bahnindustrie muss die zukünftigen Trends bereits heute

erkennen, dann sind die Herausforderungen gemeinsam mit

Forschern und Fahrzeugbetreibern auch zu bewältigen!

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

DLR.de • Folie 29 Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016

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Ivan WINDEMUT Wissenschaftlicher Mitarbeiter Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Fahrzeugkonzepte Rutherfordstrasse 2 12489 Berlin Telefon: +4930 67055 624 [email protected] www.dlr.de/fk

Kontaktdaten

DLR.de • Folie 30 Fahrgastraumbeleuchtung Sfz >Ivan Windemut > 06.07.2016