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Lichtwirkung auf den Menschen

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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