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Beleuchtung industrieller und handwerklicher Arbeitsstätten

Beleuchtung einzelner Bildschirmarbeitsplätze
Nahrungs- und Genussmittelindustrie
Lichttechnische Anforderungen gemäß DIN EN 12464-1

Seit etwa vier Jahrzehnten dominiert die Digitalisierung die Veränderungen in unserer Arbeitswelt. Dies betrifft in der jüngeren Vergangenheit insbesondere die zeitliche und räumliche Organisation der Arbeit. Menschen, die auf der anderen Seite der Erde gerade den Arbeitstag beginnen, arbeiten an den gleichen Projekten wie ihre Kollegen des gleichen Unternehmens, die dann gerade die Nacht erleben.

Auch in den klassischen industriellen Bereichen, den Produktionsprozessen, ist diese Entwicklung nun angekommen. Räumlich getrennte Teilprozesse verschmelzen zu einem optimierten Gesamtprozess.

Vor diesem Hintergrund nimmt die menschengerechte Gestaltung der Arbeitsumgebung eine vorrangige Stellung ein. Qualitative und bedarfsgerechte Beleuchtung ist dabei ein unverzichtbarer Faktor. Licht und Gesundheit sind neben dem mehr auf die visuelle Wahrnehmung ausgerichteten Arbeitsschutz zu einem wichtigen Thema geworden (siehe auch Kapitel „Licht und nicht-visuelle Wirkungen“).

Aber auch weitere Aspekte der Digitalisierung eröffnen der Nutzung von Beleuchtungsanlagen heute ganz neue Perspektiven. So können Betriebsdaten anhand der DALI-Parameter abgefragt und in einer
Cloud gespeichert werden, um den Energieverbrauch und Betrieb der Beleuchtungsanlage zu protokollieren und zu optimieren (siehe Monitoring). Die flächendeckende Präsenz im Raum prädestiniert die Beleuchtungsanlage andererseits als idealen Träger für digitale Infrastrukturen aller Art. Ob zur Spannungsversorgung der Repeater der DECT-Telefonanlage oder des WLAN-Netzwerks oder zur räumlichen Anordnung der Empfänger für ein Positionserkennungssystems– Lichtbandsysteme, die in der Regel freie Bereiche der Tragschienen aufweisen, in denen keine Leuchteneinsätze installiert sind, können diese Komponenten aufnehmen und mit Energie versorgen.

Bereich der Sehaufgabe

Abbildung 3.80: Der maximale Greifraum bei Männern (links) und Frauen (rechts), Maße in cm.

Die Ermittlung des Bereiches der Sehaufgabe, für den die Gütemerkmale der Beleuchtung gelten, dürfte in Räumen mit industriellen und handwerklichen Tätigkeiten wohl zu den schwierigen Aufgaben bei der Planung der Beleuchtung gehören. Hinweise dazu sind in Kapitel „Lichttechnische Kriterien der Beleuchtung'', Abschnitt „Bereich der Sehaufgabe'', gegeben, wobei auch auf Kriterien der Arbeitsplatzgestaltung zurückgegriffen wurde.

Für die Bestimmung des Bereiches der Sehaufgabe bei manuellen Tätigkeiten in Industrie und Handwerk kann man sich auch nach den ergonomischen Regeln richten. Meist kann der Sehbereich durch den Greifraum beschrieben werden (Abb. 3.80). Der Greifraum nimmt etwa eine Fläche von 0,60 m · 1,60 m ein. Der ergonomisch definierte Blickwinkelbereich gibt weitere Hinweise zur Bestimmung des Bereiches der Sehaufgabe (Abb. 3.81 und Abb. 3.82).

Die genaue Ermittlung des Bereiches der Sehaufgabe wird vor allem für anspruchsvollere Sehaufgaben relevant (siehe unten, Abschnitt „Beispiele für Bereiche der Sehaufgabe"). Für einfachere Sehaufgaben mit Beleuchtungsstärken bis zu 300 lx ist in der Regel eine Allgemeinbeleuchtung im gesamten räumlichen Bereich aller Arbeitsplätze vorzusehen. Ggf. sind Kontextmodifikatoren einzubeziehen und eine steuerbare Beleuchtungsanlage vorzusehen (siehe Kapitel „Beleuchtungsstärke“).

Abbildung 3.81: Horizontale Blickwinkel bei stehender Arbeit (horizontaler Sehbereich, links) und vertikaler Blickwinkel (vertikaler Sehbereich, rechts)

Der Bereich A erfasst Sehaufgaben im optimalen Blickfeld ohne Augen- und Kopfbewegungen: horizontal ± 15° zur Blickrichtung und vertikal bis -30° zur horizontalen Bezugslinie
Der Bereich B erfasst Sehaufgaben im maximalen Blickfeld ohne Augen- und Kopfbewegungen: horizontal ± 35° zur Blickrichtung und vertikal von +25° bis -35° zur horizontalen Bezugslinie
Der Bereich C erfasst Sehaufgaben, die ohne Kopfbewegungen erfüllt werden können (maximaler Sehbereich): horizontal ± 90° zur Blickrichtung und vertikal von +65° bis -60° zur horizontalen Bezugslinie
Der Bereich D kann nur durch zusätzliche Kopfbewegungen eingesehen werden

Abbildung 3.82: Bei stehender Tätigkeit beträgt die natürliche und entspannte Kopfneigung und damit die Neigung der Blickrichtung gegen die Horizontale bis -30°, optimal sind jedoch -15°, bei sitzender Tätigkeit beträgt dieser Winkel bis -38°, für viele Sehaufgaben (z. B. Schreibarbeiten) beträgt er sogar bis -65°.

Unmittelbarer Umgebungsbereich

Aus der Geometrie de Bereiches der Sehaufgabe ergibt sich weiterhin die Ausdehnung des unmittelbaren Umgebungsbereiches. Unter der Annahme, dass der Bereich der Sehaufgabe mit der Tiefe a (siehe auch Abb. 3.83) dem ergonomisch entsprechenden Greifraum ähnlich ist (siehe auch Abb. 3.80), sollte aus visuellen Gründen der unmittelbare Umgebungsbereich allseitig mindestens um das Maß a größer sein als der Bereich der Sehaufgabe. Um rechtwinklige Koordinaten für die Berechnung der Beleuchtungsstärke und der Gleichmäßigkeit anwenden zu können, ist es zweckmäßig, beide Bereiche durch tangierende Rechtecke zu ersetzen (Abb. 3.83, vgl. Kapitel „Umgebungsbereich").

Abbildung 3.83: Beispiel für Mindestmaße des unmittelbaren Umgebungsbereiches um den Bereich der Sehaufgabe sowie für maximale Leuchtdichteverhältnisse.

Beispiele für Bereiche der Sehaufgabe

Die Abbildungen 3.84 bis Abbildung 3.89 zeigen Beispiele industrieller Arbeitsplätze. Die Bereiche der Sehaufgabe sind als farbige Teilflächen gekennzeichnet.

Industrielle Arbeitsplätze können auf Grund des Auftretens verschiedener Bereiche der Sehaufgabe am gleichen Arbeitsplatz sehr komplex sein. Das Beispiel eines Montage-Arbeitsplatzes in Abbildung 3.84 zeigt dies exemplarisch. Hier liegen Bereiche der Sehaufgabe mit unterschiedlicher Lage (Neigung) und Sehleistung, d. h. mit unterschiedlichen lichttechnischen Anforderungen, vor. Eine Anforderung an modernen Industrie-Arbeitsplätzen ist dabei in der Regel die Sehaufgabe am Bildschirm (siehe Abschnitt „Beleuchtung einzelner Bildschirmarbeitsplätze").

Je nach der in Abbildung 3.84 aufgeführten Seh- bzw. Arbeitsaufgabe muss die betreffende Beleuchtungsstärke und deren Gleichmäßigkeit auf den Teilflächen T1 bis T5 nach Tabelle 3.65 vorhanden sein. Die Orientierung der Teilflächen ist nicht nur horizontal sondern z. B. für die Bildschirme vertikal und im Ablagebereich T4 geneigt. Sowohl eine ausreichende horizontale Beleuchtungsstärke Eh auch eine entsprechende vertikale Komponente Ev sind hier bereitzustellen.

Im Falle einer nicht arbeitszonalen Allgemeinbeleuchtung sollten deshalb zu sehr tiefstrahlende Leuchten vermieden werden. Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen horizontaler und vertikaler Beleuchtungsstärke fördert zudem ein gutes räumliches Sehen im gesamten Raum (siehe Kapitel „Modelling”).

Ggf. kann für feinteiligere Sehaufgaben eine am Arbeitsplatz befindliche Zusatzbeleuchtung erforderlich sein (siehe Abbildung 3.84, Bereich T5 und Abbildung 3.86, Bereich T4). Insbesondere in Bereichen mit Beleuchtungsstärken über 500 lx kann dies aus energetischen Gründen vorteilhaft sein.

Wo möglich, sollte ein großflächiger Tageslichteinfall genutzt werden (siehe Abbildung 3.85). Eine intensive Tageslichtnutzung ist unter ökonomischen, ökologischen und auch physiologischen Gesichtspunkten (siehe Kapitel „Human Centric Lighting”) vorteilhaft. Mit geeignet ausgelegten Beleuchtungsanlagen kann die künstliche Beleuchtung mit circadianer Wirksamkeit durch variierende Farbtemperatur bereitgestellt werden (siehe Kapitel „Sanierungsbeispiele”).

Abbildung 3.84: Bereiche der Sehaufgabe an einem Montage-Arbeitsplatz.

Abbildung 3.85: Qualitätskontrolle von Blech-Werkstücken mit dem Laserscanner: Ausrichten des Werkstücks (horizontale Sehaufgabe, T1) und Überprüfung der Maßhaltigkeit am Bildschirm (T2).

Abbildung 3.86: Konfiguration (T1) und Bedienung (T2) einer automatischen Fertigungsanlage und nachträgliches Prägen (T3) und Abkanten (T4) der Teile.

Abbildung 3.87: Arbeitsplatz mit unterschiedlichen Sehaufgaben: Einsetzen von Werkstücken in eine Fräsmaschine (T1), Steuerung der Maschine (T2), Messen und Nachbearbeitung am Werkstück und Ablage der Werkzeuge (T3).

Abbildung 3.88: Arbeitsplatz mit unterschiedlichen Sehaufgaben an einer Tiefziehpresse: Konfiguration am Bildschirm (T1), Aufnehmen von Blechen (T2) und Einlegen der Teile mit vertikalen und horizontalen Sehaufgaben (T3). Die Entnahme und Weiterbearbeitung erfolgt an einem weiteren Arbeitsplatz auf der Rückseite der Presse.

Abbildung 3.89: Arbeitsplatz mit unterschiedlichen Sehaufgaben: Einlegen und Entnehmen von extrudierten PMMA-Platten am Strahlungsofen (T1), Tiefziehen der Werkstücke (T2), Nachbearbeitung und Qualitätskontrolle (T3).

Bereich des Arbeitsplatzes und Umgebung

Bezüglich der Forderungen der Technischen Regeln für Arbeitsstätten ASR A3.4 an die Beleuchtung des Bereichs des Arbeitsplatzes ist der Bereich der Sehaufgabe um den Bewegungsbereich zu ergänzen. (siehe Kapitel „Anforderungen an den Arbeitsschutz in Deutschland”). Der unmittelbare Umgebungsbereich gemäß der Norm EN 12464-1 ist nun bis zum nächstgelegenen Verkehrsweg, zum angrenzenden Arbeitsbereich oder zur Wand zu erweitern.

In einem Industriebetrieb mit typischer Anordnung der Arbeitsplätze ist deshalb insbesondere für arbeitszonale Beleuchtungskonzepte die Erfüllung aller Forderungen der Arbeitsschutzvorschriften im Einzelfall sorgfältig zu prüfen.

Hohe Beleuchtungsstärke

Bei hohen Beleuchtungsstärken, z. B. bei Anreißarbeiten und Kontrollen in der Metallbearbeitung mit 750 lx, bei Farbprüfungen mit 1.000 lx oder bei Montagearbeiten von Messinstrumenten mit 1.000 lx, kann – je nach der räumlichen Ausdehnung des Bereiches der Sehaufgabe – eine arbeitsplatzorientierte Allgemeinbeleuchtung oder eine Einzelplatzbeleuchtung zusätzlich zur Allgemeinbeleuchtung sinnvoll sein. In diesen Fällen ist ein genügend großer Umgebungsbereich mit der dazugehörigen Beleuchtungsstärke vorzusehen. Empfohlen wird, diesen Umgebungsbereich möglichst groß zu wählen und mit mindestens 500 lx zu beleuchten, um Adaptationsstörungen beim Blickwechsel in den Raum zu vermeiden (zur Größe des Umgebungsbereiches siehe Abb. 3.83). Die übrigen Flächen im Raum – vornehmlich die vertikalen Flächen des Gesichtsfeldes – müssen mit Beleuchtungsniveaus ausgestattet sein, die eine ausgewogene Leuchtdichteverteilung im Gesichtsfeld gewährleisten.

Leuchtdichteverteilung

In großen Arbeitsräumen, wie sie insbesondere in industriellen und handwerklichen Arbeitsstätten vorkommen, muss auf die ausgewogene Helligkeitsverteilung im Gesichtsfeld besonders geachtet werden.

Maßgebliche Gründe dafür sind folgende:

Beim ständigen Blickwechsel zwischen der Sehaufgabe und einem zu dunklen Arbeitsraum wird Adaptationsarbeit geleistet, die eine visuelle Belastung darstellt und Unbehagen auslöst. Die Folgen sind Konzentrationsmängel, Seh- und Arbeitsfehler und eine frühzeitige Ermüdung.
Bei großen Helligkeitsunterschieden können drohende Gefahren aus der Umgebung, z. B. in Industriehallen durch Annäherung von Fahrzeugen, Laufkranen mit Lasten usw., nicht rechtzeitig erkannt und es kann daher darauf nicht rechtzeitig reagiert werden. Ein heller, gesamter Arbeitsraum trägt wesentlich zur Arbeitssicherheit bei.
Helle Arbeitsräume verbessern die Kommunikation mit dem Arbeitsteam und dem Arbeitsumfeld und fördern somit Wohlbefinden, Motivation und Produktivität.

Zwischen dem hellen Bereich der Sehaufgabe und dem nahen Umfeld sollen deshalb keine größeren Leuchtdichteunterschiede als 3 : 1 vorliegen. Zwischen dem Bereich der Sehaufgabe und entfernten, ausgedehnten Flächen soll der Unterschied nicht größer als 10 ∶ 1 sein.

Die sich auf diesen Flächen ergebenden Leuchtdichteanforderungen können mit Hilfe der Abbildung 3.13 in Beleuchtungsstärken umgerechnet werden (siehe Kapitel „Leuchtdichteverteilung“). Die so ermittelten Beleuchtungsstärken sind bei der Planung der Beleuchtung durch ein geeignetes Beleuchtungskonzept und die entsprechende Anordnung der Leuchten umzusetzen.

Bezüglich der Beleuchtung der entfernteren Umgebung siehe auch Kapitel „Hintergrundbeleuchtung“.

Hohe Hallen

In hohen Hallen ist in der Regel ein relativ hoher Lichtbedarf zu erwarten. Der große Abstand der Leuchten von der Nutzebene führt zu einem geringen Beleuchtungswirkungsgrad.

Um den Energiebedarf für den großem Lichtstrom der eingesetzten tiefstrahlenden Leuchten zu begrenzen, sind für diese Bereiche in der Vergangenheit z. B. Natriumdampf-Hochdrucklampen zugelassen gewesen. Diese weisen nur eingeschränkte Farbwiedergabeeigenschaften auf (Farbwiedergabe-Index 40 bis 60), zeichneten sich aber durch ihre hohe Lichtausbeute aus (siehe auch Kapitel, "Leuchtmittel, Lichtausbeute”).

Bei Einsatz von LED-Leuchten lässt sich dieses Problem heute weitestgehend umgehen. Diese sind mit guter Farbwiedergabe bei gleichzeitig sehr hoher Lichtausbeute verfügbar. Die hohe Effizienz sowie der geringe Wartungsaufwand machen sie auch wirtschaftlich attraktiv.

In einigen Ausnahmefällen lässt EN 12464-1 niedrige Farbwiedergabewerte jedoch weiterhin zu, unter der Bedingung, dass an ständig besetzten Arbeitsplätzen und an Stellen mit Sicherheitshinweisen mit einer Zusatzbeleuchtung für eine höhere Farbwiedergabe gemäß den Anforderungstabellen Tabelle 3.54 bis Tabelle 3.72 gesorgt wird.

Wartungsfaktor

In industriellen und handwerklichen Arbeitsstätten ist der zeitliche Rückgang des Lichtstroms einer Beleuchtungsanlage in besonderem Maße von den örtlichen Verschmutzungsbedingungen abhängig.

Der zu erwartende Verschmutzungsgrad muss bei der Planung der Beleuchtung durch die Wahl eines geeigneten Wartungsfaktors bzw. ausreichenden Neuwertes der Beleuchtungsstärke berücksichtigt
werden.

Bei starker Verschmutzung könnte einem geringen Wartungsfaktor, der einen hohen installierten Lichtstrom erfordert und damit hohe Energiekosten verursacht, nun grundsätzlich mit verkürzten Wartungsintervallen (Reinigungsintervallen) entgegengewirkt werden. In vielen industriellen Anwendungen muss jedoch das Wartungsintervall seinerseits im Hinblick auf auf hohe Kosten der Wartung betrachtet werden. Den Neuwert von Beleuchtungsanlagen in schwer zugänglichen Bereichen, z. B. über Kranbahnen oder in großer Hallenhöhe, wird man deshalb eher höher ansetzen, um ein längeres Wartungsintervall und damit verringerte Wartungskosten zu erreichen.

Mit dem Einsatz eines Lichtmanagementsystems mit Konstantlichtregelung kann die Leistungsaufnahme der Beleuchtungsanlage im Neuzustand um den Wartungsfaktor reduziert werden. Erst im Verlauf des Wartungsintervalls wird zum Ausgleich der Verschmutzung auf die volle Leistungsaufnahme hoch geregelt. So ergeben sich unter Umständen hohe Energie-Einsparpotentiale, die zusätzlich zur Einsparung durch die Tageslichtnutzung erzielt werden können (siehe auch Kapitel „Deutsche Norm DIN V 18599“).

In der Nahrungs- und Genussmittelindustrie werden meist sehr hohe Anforderungen an die Raumhygiene gestellt, so dass in diesen Fällen die Kriterien „sehr saubere Räume“ zur Bestimmung des Wartungsfaktors gelten und somit bei Einhaltung weiterer Kriterien wie der Nutzung modernster Lampen- und Leuchtentechnologie, der Verwendung von Leuchten hoher Schutzart usw. der Wartungsfaktor von 0,8 zutreffend sein kann (siehe auch Kapitel „Wartungsfaktoren in Beispiel-Anwendungen“).

Sind zum Zeitpunkt der Planung die betrieblichen Bedingungen sowie die Art und die Methode der Wartung nicht hinreichend bekannt, ist eine spezifische Bestimmung des Wartungsfaktors nicht möglich. In diesen Fällen sind für die Planung der Beleuchtung die Referenz-Wartungsfaktoren 0,67 für saubere, 0,57 für normale und 0,50 für schmutzige Räume zu verwenden (siehe auch Kapitel „Erhalt des Beleuchtungsniveaus [Wartungsfaktor]“).

In der Nahrungs- und Genussmittelindustrie werden meist sehr hohe Anforderungen an die Raumhygiene gestellt, so dass in diesen Fällen die Kriterien „sehr saubere Räume'' zur Bestimmung des Wartungsfaktors gelten und somit bei Einhaltung weiterer Kriterien wie der Nutzung modernster Lampen- und Leuchtentechnologie, der Verwendung von Leuchten hoher Schutzart usw. auch der Wartungsfaktor von 0,8 zutreffend sein kann (siehe auch Kapitel, „Wartungsfaktoren in Beispiel-Anwendungen”).

Lichttechnische Anforderungen gemäß DIN EN 12464-1 Beleuchtung einzelner Bildschirmarbeitsplätze

Kapitelübersicht

TRILUX Beleuchtungspraxis

Beleuchtung industrieller und handwerklicher Arbeitsstätten

Bereich der Sehaufgabe