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Hochschule Mittweida
University of Applied Sciences
Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner91
4. Licht, Beleuchtung, SehenFaktoren der Arbeitsumwelt wirken leistungsfördernd bzw. leistungshemmend
Belastungen = Stressoren
Beanspruchungen
Aktivationsniveau
Stressoren Arbeitsumwelt
SchallSchall LichtLicht KlimaKlima Luftverun-Luftverun-reinigungenreinigungen
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner92
Innere Uhr im Hypothalamus = Hormonzentrum, Nervenzentrum in Form SCN-Zell-haufen =SupraChiasmatische Kerne (Funktion unerforscht) plaziert; innere Uhrarbeitet im 25 h Takt; Hell-Dunkel-Wechsel zwischen Tag und Nacht synchronisiertmit 24 h Rhythmus der Erde; Taktgeber = Sonne
Lichtreize gelangen über Sehnerv zum SCN, über Rückenmark ,Stimulation Zirbeldrüse, Hormone werden frei ( bei Blinden keine Synchronisation zwischen innerer Uhr und Außenwelt,ständige Schwebe zwischen Schlafen und Wachen
Kleinhirn
Zirbeldrüse
SCN
HypothalamusSehnerv
Schon in der Schöpfungsgeschichte wird Licht zentrale Rolle eingräumt
„ Am Anfang schuf Gott Himmel und Erde, Und die Erde war wüst und leerUnd Gott sprach es werde Licht und es ward LichtUnd Gott sah, daß das Licht gut warDa schied Gott das Licht von der Finsternis
Moses 1/ 1-4
„ego sum lux mundi
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner93
Konsequenzen der Taktierung der Tagesrhythmik durch die innere Uhr
100 - 300
- Schlafbedürfnis extrem hoch; Körpertemperatur mit 36,60 C erreicht Tiefstand, Blutdruck am niedrigsten, Leistungs- fähigkeit „gleich Null“
meiste tödliche Verkehrsunfälle im Straßenverkehr
400- 500 Risiko für Asthmaanfälle (80 %)
800- 900 Puls und Körpertemperatur steigen anMassive Ausschüttung von Sexualhormonen
Optimale Liebesstunde 800
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner94
900 - 1200- Aktivitäten steigen weiter an; Herz-Kreislaufmedikamente wirken optimal; Denk- und Sprachfähigkeit sind besonders ausgeprägt Optimal für Prüfungsvorbereitung und Problemlösungen
1300 - zweites großes Tagestief Fieberkranke fühlen sich besonders matt mit Körpertemperatur geht auch „Stimmung in den Keller“ Mittagsschläfchen genauso wichtig wie Nachtschlaf
1500- geringstes Schmerzempfinden (massive Ausschüttung von Glückshormonen)
Beste Zeit für Zahnarzttermin
1600- 1800 Topathleten brechen RekordeMuskeln optimale Leistung
1900- 2000 Leber vernichtet Alkohol am effektivsten
Körpertemperatur sinkt,Entspannungsphase,Rheumamittel einnehmen
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner95
Jede Lebensform entsprechend der inneren Uhr hat einen spezifischencircardianen Lebensrhythmus
Löwe schläft 20 h / TagGiraffe schläft 20 Min./ Tag
Nicht Sonne und Jahreszeiten beherrschen den jahrmillionen geprägtenNicht Sonne und Jahreszeiten beherrschen den jahrmillionen geprägtenBiorhythmus des Menschen sondern Kunstlicht und künstlicheBiorhythmus des Menschen sondern Kunstlicht und künstlicheKlimatisierungKlimatisierung
aber
Ohne Kunstlicht hätte der Mensch nicht den derzeitigen Stand der Zivilisation erreicht
- derzeit wandelt sich die Gesellschaft in eine 24 h Gesellschaft
Im Zeitalter der Informationstechnologie hat nächtlicher Schlaf ausgedient
• Apple Computer-Chef : Versuch Etappenschlaf von 2 h
• deutsche Industrie denkt über 144 Stunden Woche nach
• Maschinenlaufzeit Belgien 1999 90h/Woche; EG-Durchschnitt 68h/Woche
Jeder 5. Erwerbstätige muß sich in Deutschland mit Nachtarbeit „plagen“
Konflikt zwischen Bedürfnissen der Gesellschaft und Bedürfnissen desständig überforderten Körpers nehmen zu
Jeder 4. Deutsche leidet unter Schlafproblemen= Epidemie aller IndustrienationenJeder 4. Deutsche leidet unter Schlafproblemen= Epidemie aller Industrienationen Störung des gesamten ImmunsystemsStörung des gesamten Immunsystems
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner96
Arbeitsmedizinische Konsequenzen/TherapienLichtbehandlung contra Winterdepression
Licht macht „wach“ bei Beleuchtungsstärken > 2500 Lux
- 40 Minuten Lichtsitzung am Morgen bei 10 000 Lux wirkt wie mehrere Tassen starker Kaffee
- in Brighham Womans Laboratoitium Bosten (Charles Crysler) Versuche zur Manipilation der inneren Uhr mittels Licht bei Schichtarbeitern Piloten und Astronauten
• 20 -30% aller „Schichtarbeiter“ in Kraftwerken und Krankenhäusern berichten von „Beinahe-Unfällen infolge Übermüdung ( Nachtschichtarbeiter nur halb so „alarmbereit“ wie Kollegen der Tagschicht)
Computerprogramme steuern in Abhängigkeit von Alter,Belastung,Tages-zeit und Schichtdauer Beleuchtungssysteme (San-Diego-Kraftwerksge-sellschaft)
da
6000 Lux macht im Kontrollraum Nacht zumTag
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner97
Lichttherapie mit dem neuen „light visor“
- Umstellung der inneren Uhr (gegen Jet-lag“ schon im Flugzeug
Licht = Werkzeug für Technologen und ArbeitsgestalterLicht = Werkzeug für Technologen und Arbeitsgestalter
Beispiele
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner98
Relative Sehleistung bei Sortiervorgängen
Häufigkeit von Dateneingabefehlern
Steigerung der Reaktions-geschwindigkeit auf akustische Signale
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner99
4.1 Bedeutung des Lichtes für den arbeitenden Menschen
Sensibilität der menschlichen Sensorik
80 % aller Informationen über Auge80 % aller Informationen über Auge
10 % aller Informationen über Ohr5 % aller Informationen taktil
Beleuchtung am Arbeitsplatz = herausragendes Thema bei der Gestaltung von Arbeitssystemen
Energiediskussion: Aufwand für private und öffentliche Beleuchtung repräsentiert lediglich ca. 1-2% des gesamten Primärenergiebedarfs !!
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Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner100
4.2 Physiologie des SehensSeitlicher Augenmuskel
Sehnerv
Sehgrube
Blinder FleckNetzhaut
LederhautGlaskörper
Pupille
Hornhaut
Linse
Regenbogenhaut
Zillarmuskel
Sehachse
12
3
ZNS
Augenfunktionen werden durch 3 Regelkreise definiert
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Prof. Dr. H. Lindner101
1. Fixieren = Hinwenden des Auges zum Sehobjekt
Blickwinkeländerung durch seitlichen Augenmuskel
Optimales Fiexierfeld = Gebrauchsblickfeld :
+/- 15+/- 1500 bezüglich der Sehachse bezüglich der Sehachse
Beispiel: Computerarbeitsplatz
Beispiel : Bildschirm• nur 8-10 Zeichen (12 dpi TimesRoman) werden ohne Fixierwechsel scharf wahrgenommen
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Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner102
2. Akkomodation = Einstellen des Auges auf Tiefenschärfe (Zillarmuskel variiert Linsenkrümmung=Brennweite)
Schwund Elastizität mit zunehmenden Alter (Altersweitsichtigkeit,Lesebrille)
Beispiel : Kinder bis 10. Lebensjahr : Nahpunkt 6 cm
Augenärztlicher Test: normale Sehschärfe liegt vor, wenn E auf 5 m mit einer Strichstärke von 1,5 mm noch erkannt wird ( Abbildungsbreite Netzhaut 5 um)
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Prof. Dr. H. Lindner104
4. Adaption = Anpassen des Auges an Leuchtdichteunterschiede
Rezeptorenwechsel in Netzhaut
Dunkeladaption : Zapfen auf Stäbchen bis 30 min
Helladaption : 0.05 s
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Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner105
Prinzipielle Anforderungen zur Gestaltung des Arbeitssystems resultierend aus der Physiologie des Auges
1. Sehaufgaben mit hohen Anforderungen im optimalen1. Sehaufgaben mit hohen Anforderungen im optimalen Gesichtsfeld plazierenGesichtsfeld plazieren
2. Optimale Zuordnung Sehentfernung - Objektgröße2. Optimale Zuordnung Sehentfernung - Objektgröße
3. Harmonische Helligkeitsverteilung am Arbeitsplatz3. Harmonische Helligkeitsverteilung am Arbeitsplatz • Kontrastverhältnisse maximal 1: 10Kontrastverhältnisse maximal 1: 10
• keine extremen Leuchtdichteunterschiedekeine extremen Leuchtdichteunterschiede ( bei Blickwechsel, Verlassen helle Räume- dunkle Gänge)( bei Blickwechsel, Verlassen helle Räume- dunkle Gänge)
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Prof. Dr. H. Lindner106
Psychonervale Reaktionen infolge Nichtbeachtung der Grundforderungen anBeleuchtungssysteme
1. Erlebens- und Befindensmerkmale • Müdigkeit• Anspannung• Nachlassen Leistungsfähigkeit
2. Leistungs- und Verhaltensmerkmale
• Verschlechterung Arbeitsqualität und Arbeitsquantiät• Veränderung Arbeitsweise Unterbrechungen,Korrekturhandlungen• psychonervale Veränderungen Wahrnehmung, Reaktion,Koordinie- rung, Willensermüdung
3. Physiologische Merkmale
• Veränderung Hirnstrombild• Erhöhung Pulsrate (>10)• erhöhte Durchblutung• Erhöhung Muskeltonus
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Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner107
5.2 Lichttechnische Größen Einordnung des Lichtes in das Spektrum elektromagnetischer Wellen
3.101
3.1012 km
3.1011
3.1010
3.109 m
3.108
3.107 cm
3.106 mm
3.102
3.100 nm
3.1016
3.10-2
3.10-4
3.10-7
Wel
lenl
änge
Freq
uenz
in H
z
1024
1021
1019
1016
1015
3.103 1014
1012
109
108
107
106
101
Kosmische Strahlung
Gamma-Strahlung
Röntgen-Strahlung
Ultraviolett
Infrarot
Mikrowellen
Kurzwellen
Mittelwellen
Langwellen
Sichtbares Licht
Wellenlänge in nm Spektralfarbe DIN 6164
380
500
580
600
780
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Prof. Dr. H. Lindner108
Physikalische Kenngrößen
1. Lichtstärke - Maßeinheit: Candela (gr. Kerze) cd- Formelzeichen I
Maß der Strahlung in einen definiertenMaß der Strahlung in einen definiertenRaumwinkelRaumwinkel
Def.: 1 cd ist die Lichtstärke eines schwarzen Strahlers von einer Fläche 1 cm2 die bei einer Temperatur des erstarrten Platins (220420 K) emittiert wird
Maßangabe für Helligkeit bei alten Leuchtsystemen
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Prof. Dr. H. Lindner109
Lambert`sches Gesetz
Die Lichtstärke einer strahlenden ebenen Fläche ist in Richtung des Austrahlungs-winkels dem Cosinus dieses Winkels proportional
cos0 II
Beleuchtungssysteme besitzen charakteristische LichtstärkeverteilungskurvenLichtstärkeverteilungskurven
Beispiele
GlühlampeLeuchtstofflampe
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Prof. Dr. H. Lindner110
Bezeichnung typischer Lichtstärkeverteilungskurven
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Prof. Dr. H. Lindner111
Lichtstärkeverteilungskurven von Lichtbändern mit Leuchtstofflampen (Siemens 1998)
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Prof. Dr. H. Lindner112
2. Lichtstrom - Maßeinheit Lumen, lm- Formelzeichen
Maß für die gesamte Lichtleistung einerMaß für die gesamte Lichtleistung einerLichtquelleLichtquelle
Def.: 1 lm ist der Lichtstrom den eine punktför- mige Lichtquelle mit der Lichtstärke von 1 cd auf ein Kugelschalensegment von 1m2 einer Einheitskugel emittiert
1 lm
1m
1 cd1m2
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Prof. Dr. H. Lindner113
Ableitung der Beziehung zur Berechnung des maximalen Lichtstromes
1m
- der von einem Kreiskegel bewgrenzte Raum- winkel = 1 sr = 1 Steradiant scnneidet aus der Oberfläche eine Kalotte der Ober- fläche A = 1 heraus ;
- eine gleichmäßig in den Raumwinkel strahlende Lichtquelle sendet in diesen Raumwinkel den Lichtstrom
I- mit der Gesamtoberfläche der Kugel (r=1) wird
424 rA
- damit ergibt sich der maximale Lichtstrom einer Lichtquelle zu
II 4maxmax
und die Lichtausbeute
PLampe
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Lichtstrom und Lichtausbeute ausgewählter Lampentypen
Nennleistung in W in Lichtstrom in lm Lichtausbeute
Einfachwendel 60 600 10,0
Einfachwendel 100 1220 12,6Natriumdampflampe 100 5500 55,0
Hg-Hochdrucklampe 200 8500 42,5
Leuchtstofflampe 40 2000 39,0
Glimmlampe 2 1 0,5Xenon-Lampe 150 3200 21.9
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Prof. Dr. H. Lindner115
3. Beleuchtungsstärke- Maßeinheit Lux, lx- Formelzeichen E
Je Flächeneinheit (Wand,Arbeitsfläche) Je Flächeneinheit (Wand,Arbeitsfläche) einfallender Lichtstrom (auch reflektierteseinfallender Lichtstrom (auch reflektiertesLicht)Licht)
Def.: Fällt ein Lichtstrom von 1 lm auf eine Fläche von 1 m2 entspricht das einer Beleuchtungs- stärke von 1 Lux
1 Lux = 1 Lumen/m2Weitere Zusammenhänge
r1
r2
1000 lm
100 lx
1 m2
E1
25 lx
4 m2
E2
Die Beleuchtungsstärke nimmtbei divergierender Strahlung imumgekehrten Verhältnis zum Quadratder Entfernung von der Lichtquelle ab
Verdopplung des Abstandes Lichtquelle -beleuchtete Fläche:Beleuchtungsstärke sinkt auf 1/4
21
22
2
1r
r
E
E
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Prof. Dr. H. Lindner117
Beleuchtungsstärke wird bestimmt durch• Sehschärfe• Kontrast • Detailwahrnehmung
Schwierigkeit der SehaufgabeKontrast gegenüber UntergrundLeuchtdichte ArbeitsflächeAlter der Arbeitskräfte
-Größe und Form des Sehobjektes-vorliegender Leuchtdichtekontrast-Anforderung an räumliches Wahrnehmungsempfinden-Farbbeurteilung-Qualitätsanforderung Arbeitsobjekt-Dauer Seharbeit-Arbeitssicherheit
Lebensalter Maßzahl Lichtbedarf
10 0,3320 0,5030 0,6640 1,0050 2,0060 5,00
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2r
IE
cos senkrechtEEBeleuchtungsstärke der Arbeitsfläche:Beleuchtungsstärke bei senkrechtemEinfall mal Cosinus Einfallswinkel
Ausgewählte Beleuchtungsstärken verschiedener Lichtquellen
Lichtquelle Beleuchtungsstärke in lx
Bemerkungen
Klare Neumondnacht 0,01 Orientierung noch möglich
Vollmondnacht 0,24 Lesen noch möglich
Straßenbeleuchtung bis 50 Beginn FarbunterscheidungGute Arbeitsplatzleuchten 200 - 2000
Trüber Wintertag bis 4000
Bedeckter Sommertag bis 30 000Sommermittag (Sonnen-schein 100 000 Absolutblendung
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Prof. Dr. H. Lindner118
Beleuchtungsstärkeverteilungen
Mastansatzleuchte
Raumbeleuchtung
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Prof. Dr. H. Lindner119
4. Leuchtdichte -Maßeinheit cd/cm2 ( 1 Stilb=1sb)- Formelzeichen L
Maß für die Lichtstärke einer ge-Maß für die Lichtstärke einer ge-sehenen Fläche (Quotient aus Licht-sehenen Fläche (Quotient aus Licht-stärke und scheinbar gesehener Leucht-stärke und scheinbar gesehener Leucht-flächefläche
LeuchtflächeLic
htstä
rke
Gesehene Fläche:A . cos ß
ß
cosAIL
AL
Leuchtdichte einer vomLichtstrom getroffenenweißen Fläche
2r
IL
Leuchtdichte einer angestrahlten weißen Fläche
Bsp.: eine weiße Fläche wird im Abstand von r=2m von einer Lampe, deren Licht- stärke in der betrachteten Richtung 60 cd beträgt angestrahlt; die Leuchtdichte beträgt
2/00048,022200
60 cmcdcm
cdL
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Prof. Dr. H. Lindner120
Zu Leuchtdichte
- Lichtstärke von 1 cd könnte von brennender Kerze oder Glimmlampe erzeugt werden
- analog dazu könnte Lichtstrom von 1 Lumen von mondbeschienener Wand oder Kerze erzeugt werden
Da alle leuchtenden Körper unterschiedlich abstrahlende Oberflächen besitzenwird zur qualitativen Differenzierung von Lichtquellen die Leuchtdichte herangezogen
weilBei zu großer Leuchtdichte wird Auge geblendet
Bsp.:Durch Mattierung von Glühlampen wird die strahlende Oberfläche bei gleicher Lichtstärke vergrößert; Leuchtdichte wird „erträglicher“
Leuchtdichten ausgewählter Lichtquellen in cd/cm2
Nachthimmel 10-3
Leuchtstofflampe 1500 W 15 000
Mattierte Glühlampe 60 W 105
Sonne 1,5 x 109
Vollmond 3000Xenon-Lampe 1010
bedeckter Himmel 3000 - 8000Kerzenflamme 6000Schriftzeichen CRT-Bildschirm 20 - 180
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Prof. Dr. H. Lindner121
5. Reflexionsgrad- Verhältnis auffallendes Licht zu reflektiertes Licht
- Formelzeichen
Die Leuchtdichte eines beleuchteten Gegenstandes entsprichtder Beleuchtungsstärke auf dem Gegenstand multipliziert mit dem Reflexionsgrad
EL
Ausgewählte Materialien und deren Reflexionsgrade
Material Reflexionsgrad
Silber,poliert 0,80- 0,95Aluminium,poliert 0,60 - 0,72
Stahl,poliert 0,66 -0,60 Zeichenpapier 0,70 - 0,85Beton 0,40 -0,50
Holzfaserplatten 0,30 - 0,40Dunkle Vorhänge 0,10 -0,30
AnstricheWeiß 0,76 -0,85Strohfarben 0,55 -0,65
Mittelbraun 0,27 -0,41Dunkelgrün 0,10- 0,22Holz
Rüster 0,60 -0,70 Eiche,hell 0,40 -0,50 Nußbaum,dunkel 0,10 -0,30 Teak 0,10 -0,20
Empfohlene Werte Arbeitsflächen: 0,20 - 0,40Instrumente : 0,20 -0,50
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Prof. Dr. H. Lindner122
5.3 Gestaltung von Beleuchtungssystemen
• Beleuchtungsstärke•Beleuchtungsverteilung• Leuchtdichteverteilung
Beleuchtungsniveau
Licht,Farbe
Gütemerkmale von Beleuchtungssystemen
Blendungsvermeidung
SchattigkeitRichtung
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Prof. Dr. H. Lindner123
Zu Beleuchtungsniveau
Schwierigkeit der Sehaufgabe NennbeleuchtungsstärkenNennbeleuchtungsstärkenDIN 5035DIN 5035
- Nennbeleuchtungsstärken beziehen sich auf 0,80 m hohe Arbeitsflächen- zusätzlich beachten: Lampenverschmutzungsgrad, Alter Arbeitnehmer
Schwierigkeitsgrad und Nennbeleuchtungsstärken nach DIN 5035 (Auszug)
Stufe Beleuchtungsstärke Zuordnung von Sehaufgaben in lx Details DIN 5035 Blatt 2
123456789101112
1530601202505007501000150020003000>5000
Orientierung, nur vorübergehender Aufenthalt
Leichte Seharbeit,große Details,hoher Kontrast
Normale Sehaufgaben,mitelgr. Details,mitl.Kontr.
Schwierige Sehaufgaben,kl.Details,ger. Kontr.
Sehr schwierige Sehaufg.,kl.Details,geringste K.Sonderbeleuchtung (Operationsfeld,Fernsehen)
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Zu Licht und Farbe
Psychologische Wirkungen der Lichtfarbe
Farbtemperaturen spezifischer Beleuchtungssysteme und geforderte Beleuchtungs-stärken lösen ergotrope Stimmungsempfindungen aus
Beeinflussung der psychophysischen LeistungsbereitschaftBeeinflussung der psychophysischen Leistungsbereitschaft
Zu Farbtemperatur- die bei der Temperaturänderung eintretende Helligkeitsänderung und Farbver- schiebung ermöglicht eine Temperaturabschätzung der Lampen
Für alle Lampentypen läßt sich eine Farbtemperatur angeben, die von der jeweiligen Glühtemperatur und dem spezifischen Spektrum der Lampe charakterisiert wird = Farbeindruck als Maß für die Temperatur der strahlenden Lampenfläche
( Vergleichsnormal : Glühtemperatur Platin 65000C, optoelektronische Messung mit Pyrometer)
Bsp. Skale Glühtemperatur in 0C für Stahl
Beginnende Rotglut 525
Dunkelrotglut 700
Kirschrotglut 850
Hellrotglut 950
Gelbrotglut 1100
beginnende Weißglut 1300
Weißglut 1500
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Prof. Dr. H. Lindner127
Ausgewählte Lichtquellen und deren Farbtemperatur in 0K
Kerzenflamme 1500 Sonnenauf -und Sonnenuntergang 2500 Glühlampe 2600-2900 Halogenlampe 3700 Sonnenlicht,mittags 5800 bewölkter Himmel 8000 blauer Himmel 10 000
Je höher der Wert, desto größer Blauanteil im Licht, je niedrigerder Wert desto größer Rotanteil ;
Videokameras zwecks natürlicher Farbwiedergabe Weißabgleich bei spezifischen Beleuchtungssystemen
Leuchtstofflampentageslichtweiß(tw) : 6500 0 Kneutralweiß (nw): 4000warmweiß (ww): 3000
Techn.Paramater Hochleistungs-Xenon-Lampe XBO 10 000 (OSRAM- 2000 Katalog)
- elektr. Leistungsaufnahme: 10 kW- Gleichstrom: 180 A- Lichtstrom: 600 000 lm- Lichtstärke:50 000 cd- Farbtemperatur: 6 0000 K
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Prof. Dr. H. Lindner128
Zusammenhang Farbtemperatur, Beleuchtungsstärke, Behaglichkeitsempfinden
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Prof. Dr. H. Lindner129
Farbwiedergabeindex für Lichtquellen
= %-Anteil des Spektrums des Beleuchtungssystems im Vergleich zumSpektrum des Sonnenlichtes
Charakterisiert Farbwiedergabequalität einer Lichtquelle
Alle Lampensysteme weisen typische emmmitierte Farbspektrenund damit spezifische Farbwiedergabeeigenschaften auf
StufeFarbwiedergabeindex
%-AnteilSonnenlicht
Anwendung
1 85 - 100 Farbmusterung2 70 - 84 Büro
3 40 - 69 mech.Werkstätten
4 < 40 Gießerei
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Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner130
Lampentypen und ihre spezifischen Farbspektren
400 nm violett450 nm lau500 nm grün600 nm gelb650 nm rot700 nm braunrot
Tageslicht
Glühlampenlicht
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Prof. Dr. H. Lindner131
400 nm violett450 nm lau500 nm grün600 nm gelb650 nm rot700 nm braunrot
Hg-Hochdruck
Na-Hochdruck
Na-Niederdruck
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Prof. Dr. H. Lindner132
Leuchtstofflampen
400 nm violett450 nm lau500 nm grün600 nm gelb650 nm rot700 nm braunrot
Neutralweiß
Warmweiß
Tageslichtweiß
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Arbeitswissenschaft
Prof. Dr. H. Lindner132
Halogen-Metalldampf
400 nm violett450 nm lau500 nm grün600 nm gelb650 nm rot700 nm braunrot
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Prof. Dr. H. Lindner133
Zu Blendung
Nach DIN werden 5035 werden Beleuchtungssysteme in 3 Güteklassen derDirektblendung eingeteilt
In Blickrichtung dürfen Leuchten innerhalb des Gesichtsfeldes bestimmteLeuchtdichten nicht überschreiten
A
B
C
3000
1500
500 500 500 500
4000
1800
7000
2700
30000
10000
< 4 5
0 ke i
ne F
ord e
r un g
e nna
c h D
I N 5
035
Werte bezogen E=500 lx , 850 mm Arbeitshöhe
850 750 650450
A : deckenbündige Einbauleuchten,langgestreckte Leuchten, parallel BlickrichtungB: quadratische und runde Leuchten mit leuchtenden Seiten, quer BlickrichtungC: leuchtende Decken
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Prof. Dr. H. Lindner134
4. Zu Licht und Schatten
- im Bereich der Schattenbildung erhebliche Senkung der Leuchtdichte- extrem gerichtete Beleuchtung Schlagschattenbildung
- je größer Winkel zwischen Lichtrichtung und beleuchteter Fläche desto geringer Beleuchtungsstärke
- extrem schräger Lichteinfall:Totalschatten
Seitlicher Lichteinfall für meiste Sehaufgaben ungeeignet
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Prof. Dr. H. Lindner135
Konsequenzen
• Lichteinfall für Einzelplatzbeleuchtung (Arbeitsplätze,Maschinenplätze) möglichst „durch den Kopf“ und parallel zur Blickrichtung - maximale Abweichung zur Senkrechten: 15 -200 (Vermeidung von Schlagschatten)
• grundsätzliche Vermeidung von Schatten und Reflexblendung durch diffuse und indirekte Beleuchtung ( Dentallabors, lithografische Industrie)
• Ausnahme: seitliche Beleuchtung zur Diagnostik von Unebenheiten
- Erkennen von Oberflächenstrukturen, Textilindustrie, Erkennen der Körperlichkeit ( Skifahrer erkennt Unebenheiten der Piste gut in Morgen- bzw. Abendsonne)
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Prof. Dr. H. Lindner136
5.4 Dimensionierung von Beleuchtungsanlagen
5.4.1 Lichtstrommethode
Voraussetzungen
1. En vorgegeben2. Leuchten haben keine Richtcharakterristik3. Raumgeometrie 5b>l >b ; a > hn (Nutzhöhe)
Bsp.: Ermitteln Sie für einen Montageraum der Elektroindustrie die erforderliche Leuchtenzahl, die zum Ausleuchten des Raumes bei vollständiger Ausnutzung der Deckenfläche zur Leuchteninstallation erforderlich sind ! (Allgemeinbeleuchtung)
gegeben
• Raumgeometrie : l=12,5 m , b=5,5 m , h=3,4m• Arbeitskategorie: feine Arbeiten, kleinstes Detail 0,1 mm• Lampentyp: LS65 ww30• Pendellänge: 0,6m• Anstrich : Decke elfenbein, Wand chromgelb
• Verschmutzungsgrad : gering
• Montagetischhöhe: 0,8 m
• Leuchtentyp: Rasterleuchte,zweiflammig
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137
Algotithmus
1. Zweck des Raumes: Montagearbeitsplatz Elektroindustrie/feine Arbeiten
2. Raumgeometrie : l=12,5m, b=5,5, h=3,4 m A = 68,75 m2
3. Erforderliche Beleuchtungsstärke :
Prof. Dr. H. Lindner
DIN 5035 EEnn= 500 lx= 500 lx
4. Beleuchtungsart: vorwiegend indirekt
Auszug DIN 5035 : Stufen der Nennbeleuchtungsstärke (12 Stufen)
5
6
7
8
500
700
1000
1500
Normale Sehauf-gaben mit mittlerenDetails
Büro,Küche,Matetallbearbei-tung,Montage Elektrotechnik,Service Rundfunk,Fernsehen(0,1 mm)
Großraumbüro,Lackiererei,Gravieren,Anreißen
Farbkontrolle,Feinstmontage,Werkzeug-Lehren-Vorrich-tungsbau (<0,1 mm)
Optiker,Uhrmacher,elektronischeBauelemente,Farbkontrolle
Schwierige Sehauf-gaben,kleine Details
Stufen En Sehaufgabe Beispiele
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5. Lampentyp/Leuchtentyp : LS65 ww30, zweilampige Rasterleuchte
Kenndaten Leuchtstofflampen (OSRAM 1999,techn.Hinweise)
WPlmLa 79;4000
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6. Pendellänge : lP= 0,60 m
7. Nutzhöhe : hN = h - lP - Tischhöhe hN= 3,4 - 0,6 - 0,80 m = 2,0 m
8. Raumkoeffizient :
nhbak 8,02,0 k = 3,45
9. Reflexionsgrad-Anstrichsystem :
50,0
65,0
WD
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10. Beleuchtungswirkungsgrad
50,0
65,0
W
D
5,0.caB
11. Verminderungsfaktor
k = 0,8
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12. Mittlere Beleuchtungsstärke : lxlxvnE
mE 6258,0
500
13 .Gesamtlichtstrom :lmmlx
B
AmE 859388,0
275,68625
14. Lampenanzahl :
lmlm
Lan
400085938
= 22 Lampen = 11 Rasterfeldleuchten
•Es müssen 11 Rasterleuchten an der Decke konzentrisch installiert werden• Die elektr. Anscnlußleistung für das Beleuchtungsystem beträgt 1,738 kW
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Zu B
- der tatsächliche Lichtstrom der Lampe beträgt lmWlmW 28000/70400
- damit müssen alle in der Lichtstärkeverteilungskurve angegebenen Werte Normierung der Kurven auf 1000lm ) um den Faktor
28100028000
lmlmk
korrigiert werden
- in Abhängigkeit der Korrektur ergeben sich für die Beleuchtungsstärken am Boden des beleuchteten Platzes
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2. Lichtstärkeverteilungsmethode
Bsp.: Ein kreisrunder Platz von 20 m Durchmesser soll durch einen in 8,6 m Höhe über seinem Mittelpunkt aufgehangenen Strahler (Kurve c,Leuchtstofflampe) so ausgeleuchtet werden,daß an seinem äußeren Rand der Boden noch mit 20 lx beleuchtet wird. Die Leuchtstofflampe hat eine Lichtausbeute von 70 lm/W
A) welche elektrische Leistungsaufnahme muß die Leuchtstofflampe aufweisen ?B) Bestimmen Sie die Beleuchtungsstärke am Boden !
Zu A
- Nach Abb. Ergibt sich für die Maßebene h= 8,4 m
- für den äußeren Rand des Platzes gilt
0504,8
10arctanarctan mm
hr
- nach der Lichtstärkeverteilungskurve c des Lampenherstellers ergibt sich für 050eine Lichtstärke von cdI 180
( * Lichtstärkeverteilungskurven auf 1000 lm Gesamtlichtstrom bezogen)
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IA
E ;
- damit beleuchtet der Lichtstrom in der Ent- fernung r eine Kalottenoberfläche
02;0
2
r
IEhA
Steradiantsr 110
(Der vom Kreiskegel begrenzte Raumwinkel schneidetdie Kalottenoberfläche von 1 m2 heraus )
- damit erzeugt der unter dem Winkel gegen das Lot ausgestrahlte Lichtstrahl die wirksame Beleuchtungsstärke von
02cos
r
IE
- damit wird lxsrcd
h
IE 678,0124,8
0503cos18002
3cos
- da IE Folgt für die geforderte Beleuchtungsstärke von 20 lx
cdcdcdlx
E
IEI 5310
678,018020
- der notwendige Lichtstrom ergibt sich nach
lmcdcdlm
I
IzuII 29500
18053101000
- mit der Lichtausbeute WWlmlmPwird
PL 400/70
29500
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Lampen in Scheinwerfersystemen für Kraftfahrzeuge
Halogenlampen -seit Mitte der 70`er Jahre im Fahrzeugbau
H1
Nur eine Glühwendel
H3
Kleiner und exakter als H1; nur eine Glühwendel
H4
Meist verwendete Lampenform;2 Glühwendeln (Fern- und Abblendlicht)
H7
Ähnlich H4; Nur eine Glühwendel; anderer Sockelals H4
Ellipsoid-Scheinwerfer
- projeziert Licht über Linse (Durchmesser 70 mm) auf Fahrbahn-umstritten,da hohe Lichtmenge durch kleine Lisenöffnung(Blendung bei Boden- wellen relativ hoch)
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Xenon-Lampen
- Lichtquellen ohne Glühwendel- Lichtbogen zwischen zwei Elektroden in Atmosphäre aus Xenon und Metall- salzen = blaues Licht- doppelt so hoher Lichtstrom wie H4; Energiebedarf 30% kleiner- Lebensdauer 6 x H4-im Scheinwerfer Projektion mittels Ellipsoid-Linsen- zum Betrieb 20 kV Wechselspannung (Steuergeräte erforderlich)-Kennzeichnungder Lampen: D (Discharge),D1,D2R
IAA 99 neue Xenon-Scheinwerfer-Systeme (HELLA) = Bi-Xenon-System(Einführung 2002/2003)- Fern- und Abblendlicht in einer Lampe- Einbau walzenförmiger Blenden in den Scheinwerfer(motorisch betrieben in ms)- Steuergerät und Lampe = 1 Baugruppe
Ab Herbst 2002 im neuen AUDI A8 weltweit erstes Abbiegelicht
• Freiflächenreflektor richtet Licht in einem Winkel von 150 zur Seite• mittels Steuergerät werden Geschwindigkeit, Lenkwinkel und Blinksignale erfaßt • Abbiegelicht wird zusätzlich zum Bi-Xenon- Abblendlicht zugeschaltet
Im Maybach 57 größte Bi-Xenon-Scheinwerfer
• Markenzeichen ist Maybach-Monogramm in der Projektionslinse• Der Strahlengang ist so berechnet, daß das MM scheinbar in der Linse „schwebt“ und nicht auf die Straße projiziert wird
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Sonderleuchten für Operationsräume
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