14. August 2020

Dank einer Projektarbeit von den Studierenden Mika Schächinger und Philipp Schoch der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft, steht der Ortsgruppe Karlsruhe der Bergwacht Schwarzwald, in ihrer Rettungswache Unterstmatt nun ein stark verbessertes Funksystem zur Verfügung. Nun können auch eigehende Meldungen nicht nur im Funkraum selbst, sondern auch über Lautsprecher im Aufenthaltsraum im ersten Obergeschoss gehört werden, wo sich die Mannschaft zwischen den Einsätzen aufhält. Die Idee, das bestehende Funksystem zu nutzen und es den Bedürfnissen anzupassen, brachte Philipp Schoch ein. Er ist Mitglied der Bergwacht und schlug Professor Dr. Klaus Wolfrum an der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik die Optimierung der Funkverbindungen als Thema für eine Projektarbeit vor. Mika Schächinger war gleich mit von der Partie.

Zur Ausgangssituation in der Rettungswache
Im Funkraum der Bergwacht laufen sämtliche Kommunikationskanäle zusammen: Im Einsatzfall alarmieren die Leitstellen Mittelbaden/Ortenau über den Meldeempfänger und über Fax die Dienstmannschaft. Computer und Telefon stehen auch zur Verfügung, die meiste Kommunikation erfolgt aber über Funk. Die Bergwacht Schwarzwald benutzt hier drei verschiedene Funksysteme, was die Aufgabenstellung komplex macht: den analogen 2-Meter-Funk für die Kommunikation zwischen den Einsatzkräften, den analogen 4-Meter-Funk zur Kommunikation mit der Leitstelle sowie Feuerwehr, THW und Rettungsdienste und den Digitalfunk TETRA. Mit dem Digitalfunk kommunizieren die Bergwacht-Ortsgruppen untereinander. Es werden sowohl mobile als auch stationäre Funkgeräte genutzt, im Funkraum kommt der Funkverkehr über stationäre Geräte an. „Wenn die Mannschaft im Aufenthaltsraum war, konnte sie nicht mithören“, erklärt Schoch das Problem. „Als provisorische Lösung wurden drei mobile Funkgeräte mit in den Aufenthaltsraum genommen.“ Die Funkgeräte empfangen das Signal jedoch nur über die mobilen Antennen, auf die stationären Antennen auf dem Dach kann nicht zugegriffen werden. Dies beeinträchtigt Empfang und Reichweite der Funkgeräte. „Außerdem ist es mitunter schwierig, dem Funkverkehr zu folgen, wenn 2- und 4- Meter-Funk gleichzeitig benutzt werden“, ergänzt der Student.

Eine zunehmend komplexe Aufgabenstellung
Eine zusätzliche Schwierigkeit lag darin, ein vorhandenes, zweiadriges Lautsprecherkabel für mehrere Aufgaben zu nutzen. Über die bestehende Leitung sollte gleichzeitig die Stromversorgung als auch die Übertragung von Audio- und Statusdaten erfolgen. Normalerweise werden hierfür mehradrige Kabel benutzt, eine nachträgliche Verlegung eines solchen war baulich aber nicht möglich. Bevor das Ergebnis der Entwicklungsarbeit vor Ort endgültig installiert wurde, erstellten beide Studierende einen Testaufbau. Verschiedene Probleme und Aufgaben mussten gelöst werden. Für Datensignale wurden Spannungsimpulse auf die Versorgungsleitung moduliert, die der Empfänger aufnimmt. Dazu musste die Versorgungsspannung mit je einer elektronischen Weiche auf der Sender- und Empfängerseite von den Spannungsimpulsen des Datensignals getrennt werden.

Die 4-Kanal-Weiche im Funkraum, die die Audiosignale der drei Funkgeräte aufnimmt und priorisiert, sendet die Signale an das Empfangsgerät im Aufenthaltsraum und der Lautsprecher wird mit dem Sprachsignal des ausgewählten Funkgeräts angesteuert. Im Dienstraum lassen sich nun über drei Lautstärkeregler die Pegel individuell einstellen. Eine Anzeige neben dem Lautsprecher signalisiert über LED, welcher Funkverkehr gerade aktiv „spricht“. Die tatsächliche Einsatzalarmierung läuft nun ebenfalls über den Lautsprecher, bei dem Meldeempfänger steht hierzu ein Relaiskontakt zur Verfügung, der von einem zentralen Mikrocontroller abgefragt wird. Bei Alarmierung wird ein entsprechendes Alarmsignal erzeugt und über den Lautsprecher ausgegeben. 

Praxistaugliche Lösung für den täglichen Einsatz
Trotz oder vielleicht gerade wegen der Corona-Zeit arbeiteten die beiden ambitionierten Studierenden weit mehr als die für die Projektarbeit vorgesehenen Stunden für Idee, Aufbau und Umsetzung. „Obwohl wir uns nicht direkt treffen konnten, haben wir uns über alle möglichen Kanäle ausgetauscht und abgesprochen“, berichtet Mika Schächinger. „Nachts hatte ich dann meist die besten Ideen“, ergänzt Schächinger und grinst. Trotz Konzentration und hartnäckiger Arbeit kam auch der Spaß nicht zu kurz.

„Dass die Aufgabe dann so komplex wird, haben wir allerdings nicht vorausgesehen“, so Schoch erleichtert, nachdem alles wie gewünscht funktioniert. „Es war für uns reizvoll, ein alltagstaugliches Produkt von Anfang bis Ende herzustellen und nicht nur einen Teilbereich zu bearbeiten“, zieht Schoch das Fazit. „Von fast jedem Fach des Elektro- und Informationstechnik-Studiums war außerdem etwas dabei, was wir angewendet haben: Systemtheorie, Digitaltechnik, Messtechnik, Informatik, Elektronik und Bussysteme.“

Und auch ihr Betreuer zeigt sich beeindruckt: „Das Ergebnis ist weit überdurchschnittlich, sie haben wesentlich mehr eigene Ideen und auch viel mehr Zeit in das Projekt investiert, als ursprünglich erwartet. Dabei kam eine sehr individuelle und passgenaue Lösung zu Stande“, so Professor Dr. Klaus Wolfrum. Er habe nur die Keimzelle zur Digitalisierung vorgegeben: die Modulation der Audio- und Datensignale auf eine 12 Volt-Leitung. „Ich bin erstaunt über das professionelle und bis ins Detail durchdachte Ergebnis“, so Wolfrum.