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Schichtarbeit

Licht­wir­kung auf den Menschen

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Forschende vom Fraun­ho­fer UMSICHT und dem Kran­ken­haus Porz am Rhein unter­such­ten den nicht-visuellen Nutzen von LED-Technologie, um die Beleuch­tungs­si­tua­tion für Arbeit­neh­mer mit Wech­sel­schicht zu verbes­sern. Im BMW Group Werk München wurde dazu ein rund 250 Meter langer Produk­ti­ons­ab­schnitt mit einem eigens entwi­ckel­ten Licht­sys­tem ausge­stat­tet. Wir spra­chen mit Rasit Özgüc, ILIGHTS-Gesamtprojektleiter beim Fraun­ho­fer UMSICHT, Ober­hau­sen.

Das Inter­view führte Andrea Stickel.

Herr Özgüc, was muss ich wissen, um Ihre Arbeit zu verste­hen?

Licht hat eine beson­dere Wirkung auf uns Menschen. Wir alle kennen die Gefühle, wenn die ersten Sonnen­strah­len im Früh­jahr kommen – oder an grauen, dunk­len Herbst­ta­gen. Dass aber ein weite­rer Foto­re­zep­tor im Auge des Menschen exis­tiert, der unse­ren Schlaf-Wach-Rhythmus steu­ert, hat die Wissen­schaft erst im Jahr 2002 entdeckt. Hier­mit stellt sich auch die Frage, ob und wie die nicht-visuelle Wirkung des künst­li­chen Lichts mit der Weiter­ent­wick­lung der LED-Technologie gezielt genutzt werden kann.

Was gab den Impuls für die Umset­zung der groß ange­leg­ten Studie bei BMW?

Da wir als ein Fraun­ho­fer Insti­tut ange­wandte Forschung betrei­ben, haben wir die Initia­tive ergrif­fen, eine größer ange­legte Feld­for­schung in Bezug der Licht­wir­kung auf Menschen unter Real­be­din­gun­gen durch­zu­füh­ren. Hier­aus entstand dann das Projekt mit dem Titel ILIGHTS, welches vom Bundes­mi­nis­te­rium für Bildung und Forschung (BMBF) geför­dert wurde.

Gemein­sam mit Schlaf­for­schen­den des Kran­ken­hau­ses Porz am Rhein unter­such­ten Sie den nicht-visuellen Nutzen von LED-Technologie auf Arbeit­neh­mer in Wech­sel­schicht in der Praxis. Wie lief das ab?

Wir vom Fraun­ho­fer UMSICHT hatten die Gesamt­pro­jekt­lei­tung und waren sowohl für die Koor­di­na­tion als auch für die
Konzep­tio­nie­rung und Durch­füh­rung zustän­dig. Unser Schwer­punkt lag in der Entwick­lung und Anwen­dung eines modu­la­ren Expe­ri­men­tal­sys­tems zur Unter­su­chung physio­lo­gi­scher und kogni­ti­ver Effekte in dyna­mi­schen Beleuch­tungs­si­tua­tio­nen.

Was muss­ten Sie berück­sich­ti­gen?

Unsere Aufga­ben umfasste neben der Planung und Entwick­lung der acht-kanaligen LED-Leuchten die Auswahl der notwen­di­gen Senso­ren aber auch der Bau eige­ner Sensor­mo­dule, die für die Evalu­ie­rung der Licht­wir­kung notwen­dig waren. Ein weite­rer Bestand­teil des Expe­ri­men­tal­sys­tems war die Entwick­lung eines Studi­en­de­signs, welches wir gemein­sam mit den Schlaf­me­di­zi­nern erar­bei­te­ten.

Welche Aufgabe hatten diese?

Das Kran­ken­haus Porz am Rhein mit Dr. Alfred Wiater als Schlaf­me­di­zi­ner und Teil­pro­jekt­lei­ter von ILIGHTS sorgte feder­füh­rend für die Evalu­ie­rung der Licht­wir­kung und Wahr­neh­mung. Dr. Wiater und sein Team­mit­glied Prof. Dr. Andrea Roden­beck waren, neben der Entwick­lung eines Studi­en­de­signs, für die Anamnese zu Beginn der Studie und die Durch­füh­rung der Unter­su­chun­gen mit den Teil­neh­men­den zustän­dig.

Welche Para­me­ter wurden erfasst?

Es gab etwa Tests zur Konzen­tra­ti­ons­leis­tung, zur Tages­schläf­rig­keit und zur Stim­mung, aber auch einen pupil­lo­gra­fi­schen Schläf­rig­keits­test. Dane­ben wurde das allge­meine Wohl­be­fin­den, die Licht­zu­frie­den­heit und weite­ren Fragen zur subjek­ti­ven Licht­emp­fin­dung erfasst.

Und welche tech­ni­schen Heraus­for­de­run­gen galt es zu meis­tern?

Da wir unter­schied­li­che spek­trale – also farb­li­che – Licht­zu­sam­men­set­zun­gen in den verschie­de­nen Studi­en­pha­sen testen woll­ten, war eine der vielen Heraus­for­de­rung die für das Vorha­ben opti­male Bestü­ckung der LED-Leuchten. Hier­für muss­ten wir über­le­gen, welche Einzel­far­ben in welcher Menge wir in den Leuch­ten einset­zen. Setzen wir nur mono­chro­ma­ti­sche – also einfar­bige – LEDs ein? Oder verwen­den wir nur Weißlicht-LEDs und steu­ern durch Mischen von warm­wei­ßem und kalt­wei­ßem Licht die Farb­tem­pe­ra­tur, auch tunable white genannt, und somit die Blau­licht­menge? Auch galt es zu klären, welchen Trei­ber wir für die Ansteue­rung der LEDs verwen­den.

Wie sah dann die Reali­sie­rung aus?

Sicher kennen Sie das Flackern im Licht, wie es bei konven­tio­nell betrie­be­nen Leucht­stoff­lam­pen vorkommt. Es macht müde und kann sogar zu Kopf­schmer­zen führen. Dies können auch LED-Leuchten verur­sa­chen, wenn kein hoch­wer­ti­ger Trei­ber einge­setzt wurde. Daher haben wir uns für einen flim­mer­freien Trei­ber entschie­den. Das war wich­tig, um einen weite­ren mögli­chen Einfluss­fak­tor, zum Beispiel auf die Tages­schläf­rig­keit, tech­nisch im Vorfeld weitest­ge­hend auszu­schal­ten.

Im ambi­tio­nier­ten Zeit­raum von einem Jahr galt es, das Projekt umzu­set­zen.

Genau. Dabei muss­ten wir die tech­ni­schen Rahmen­be­din­gun­gen klären, die LED-Leuchten entwi­ckeln und ferti­gen lassen. In einer seitens der BMW Group geplan­ten Produk­ti­ons­un­ter­bre­chung galt es dann, den Einbau der Lampen und dessen Funk­tion zu gewähr­leis­ten. Dieselbe Heraus­for­de­rung gab es bei der Auswahl und dem Eigen­bau von Sensor­mo­du­len, die im Rahmen des Projekts gekauft oder entwi­ckelt und gefer­tigt werden muss­ten.

Auf welche Probleme stie­ßen Sie?

Schwie­rig­kei­ten gab es bei der Synchro­ni­sa­tion der Schlaf­da­ten mit den kommer­zi­el­len Fitness­tra­ckern. Da jeder Teil­neh­mende sein eige­nes Smart­phone zur Über­tra­gung der Daten nutzen durfte, entstan­den je nach Aktua­li­tät des Betriebs­sys­tems oder auf Grund von Kompa­ti­bi­li­täts­pro­ble­men hin und wieder Daten­ver­luste. Dadurch sank teil­weise die Anzahl an verwert­ba­ren Daten.

Wie reagierte die Beleg­schaft?

Erfreut hat mich, dass der Betriebs­rat als auch die Teil­neh­mer verstan­den haben, dass es bei diesem Projekt darum geht, das Wohl­be­fin­den der Schicht­ar­bei­ter zu stei­gern und nicht darum, die Produk­ti­vi­tät zu puschen. Es wurde bei allen sehr gut erkannt, dass durch das Vorha­ben die Möglich­keit besteht, das rich­tige Licht zur rich­ti­gen Uhrzeit zu bekom­men.

Und welches Inter­esse verfolgt der Arbeit­ge­ber?

Wenn es mir besser geht, wenn ich besser geschla­fen habe, wenn ich gute Laune habe, ist das Poten­zial vorhan­den, konzen­trier­ter zu arbei­ten, weni­ger Fehler zu machen, gesund zu blei­ben. Allen war klar: Im Vorder­grund stand der Mitar­bei­ter und sein Wohl­be­fin­den. Es war ein reges Teil­nah­me­in­ter­esse vorhan­den, und so konn­ten wir leider sogar einige Inter­es­sierte nicht berück­sich­ti­gen.

Welche Rück­mel­dun­gen haben Sie von den Teil­neh­mern bekom­men?

Sie waren sehr inter­es­siert und moti­viert. So woll­ten sie wissen, wie ihre indi­vi­du­el­len Unter­su­chungs­er­geb­nisse ausse­hen, beispiels­weise ihre Wach­heit oder ihr Chro­no­typ – also ob sie der Typ Eule oder Lerche sind. Jeder hat am Ende auch seine indi­vi­du­elle Auswer­tung bekom­men.

Wie sahen die Ergeb­nisse aus?

Ein wich­ti­ges Ergeb­nis ist, dass die ausge­such­ten Metho­den zur Evalu­ie­rung der Licht­wir­kung das messen, was sie sollen. Dies haben wir unter ande­rem durch Korre­la­ti­ons­ana­ly­sen geprüft. Zum Beispiel korre­liert die Antwort auf die Frage „Wie wach sind Sie jetzt?“ signi­fi­kant mit dem Schläf­rig­keits­test, der mit einem Pupil­lo­gra­fen durch­ge­führt wurde. Auch die Licht­zu­frie­den­heit korre­liert plau­si­bel mit der Stim­mung. Die Ergeb­nisse sind konsis­tent.

Und welches Licht unter­stützt das Wohl­be­fin­den?

Bei einem blau­an­ge­rei­cher­ten, kalt­wei­ßen Licht ist das Wohl­be­fin­den signi­fi­kant besser. Die Licht­zu­frie­den­heit ist bei warm­wei­ßem Licht am gerings­ten, aller­dings war die Stim­mung hier­un­ter signi­fi­kant besser.

Wie sieht es mit dem Schlaf aus?

Es gibt bei den Schlaf­da­ten einen deut­li­chen Unter­schied zwischen Früh- und Spät­schicht, was den bishe­ri­gen Stand der Wissen­schaft bestä­tigt. In der Früh­schicht zeigte sich bei einem dyna­mi­schen, blau­an­ge­rei­cher­ten Licht eine Verbes­se­rung des Schlaf-Wach-Verhaltens. In der Spät­schicht sorgte eine Redu­zie­rung der Blau­an­teile bei gleich­blei­ben­der Hellig­keit für eine tenden­zi­elle Verbes­se­rung.

Welches Licht macht uns fit?

Bei Teil­neh­mern mit einer höhe­ren Tages­schläf­rig­keit in der Ausgangs­licht­si­tua­tion konn­ten wir sehr schön eine signi­fi­kante Tendenz erken­nen: Beim dyna­mi­schen Licht ließ sich eine klinisch bedeut­same und signi­fi­kante Verbes­se­rung der Wach­heit messen. Die Teil­neh­mer gaben zudem an, dass ihr gene­rel­les Wohl­be­fin­den gestie­gen war.

Wie geht es jetzt weiter?

Es haben sich zwei Licht­ein­stel­lun­gen heraus­kris­tal­li­siert, die sich tenden­zi­ell für Wech­sel­schicht am besten eignen würden. Mit diesen Licht­sze­na­rien haben wir für Unter­neh­men mit Schicht­ar­beit ein Licht­kon­zept in Bear­bei­tung, das wir nun gezielt mit einer über mehr als sechs Monate ange­setz­ten Studie erneut evalu­ie­ren müss­ten. Wir verspre­chen uns mit größe­ren Fall­zah­len noch bessere Ergeb­nisse.

Bis eine markt­fä­hige Lösung auf Basis Ihrer Erkennt­nisse erwor­ben werden kann, wird es sicher noch dauern …

Wir sind dabei, uns mit Leuch­ten­her­stel­lern fach­lich auszu­tau­schen, um das erar­bei­tete Licht­kon­zept in Unter­neh­men mit Schicht­ar­beit umset­zen zu können. Es wird wahr­schein­lich schon ab Juni 2019 möglich sein, weitere Feld­stu­dien mit diesen kommer­zi­ell erhält­li­chen Leuch­ten durch­füh­ren zu können.

Planen Sie weitere gemein­same Projekte mit der BMW Group?

Wir sind dabei, ein auf die Belange eines Produk­ti­ons­be­triebs mit Schicht­sys­tem zuge­schnit­te­nes Licht­kon­zept zu Ende zu entwi­ckeln. Hier müssen noch weitere Details auch in Gesprä­chen mit Frau Wolf (Anm. d. Red: siehe Kasten) und weite­ren einzu­bin­den­den Abtei­lun­gen geklärt werden. Ich bin sehr opti­mis­tisch, dass wir zeit­nah ein reali­sier­ba­res Gesamt­kon­zept präsen­tie­ren können. Dann liegt es natür­lich an der BMW Group, ob wir die weitere Evalu­ie­rung zusam­men durch­füh­ren.

Besten Dank für das Gespräch.


Foto: privat

Autorin: Dipl.-Ing. Andrea Stickel
Jour­na­lis­tin für Tech­nik und Wissen­schaft (BJV)

 


Elisa­beth Wolf aus dem Bereich Inno­va­tio­nen, Digi­ta­li­sie­rung, Netz­werk­ma­nage­ment bei der BMW Group in München
Foto: privat

Fragen an Elisa­beth Wolf, BMW Group

Frau Wolf, was gab den Ausschlag, beim ILIGHTS-Projekt mitzu­wir­ken?

Als BMW Group wollen wir die Mobi­li­tät der Zukunft gestal­ten, und der Mensch wird dabei in der Produk­tion auch weiter­hin im Mittel­punkt stehen. Daher ist es meine Aufgabe, entspre­chende Inno­va­tio­nen aufzu­spü­ren und voran­zu­trei­ben. So haben wir in eini­gen Projek­ten fest­ge­stellt, dass verbes­serte Arbeits­be­din­gun­gen sich posi­tiv auf das Arbeits­er­geb­nis auswir­ken. Als Projekt­lei­te­rin für inno­va­tive Ergo­no­mie­the­men sah ich die intel­li­gente Beleuch­tung als ein Vorha­ben mit eini­gem Poten­zial für unsere Produk­ti­ons­be­rei­che.

Was zeigen die Ergeb­nisse?

Aus der Studie lassen sich schon heute posi­tive Tenden­zen able­sen. Eine weitere, vertie­fende Unter­su­chung könnte die ersten Ergeb­nisse unter­mau­ern. Das sehen wir ähnlich wie Herr Özgüc. So ließen sich Wirkung und Wirk­sam­keit noch besser abschät­zen.

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