Der Mensch nimmt 80 % der für die Arbeitstätigkeit wichtigen Information über den optischen Analysator auf. Die Sehbedingungen hängen wesentlich von der Beleuchtung ab. Im Zuge der technischen Entwicklung nimmt die Zahl der Beschäftigten zu, deren Tätigkeit mit hohen bis sehr hohen Sehanforderungen verbunden ist. Dies gilt besonders in der Halbleiterindustrie, bei der Herstellung, Qualitätskontrolle und Verwendung mikroelektronischer Bauelemente sowie bei Bildschirmarbeit. In den traditionsreichen Zweigen der optischen, feinmechanischen und Elektroindustrie wächst die Bedeutung einer optimalen Beleuchtungsgestaltung. Soweit irgend möglich, wird dazu das natürliche Tageslicht verwandt. Die Anwendung begründeter Gestaltungsrichtlinien hat gleichermaßen gute Sehbedingungen und eine effektive Ausnutzung der eingesetzten Elektroenergie zum Ziel. Letzteres ist insofern von besonderer Bedeutung, als immer mehr Beschäftigte im Schichtsystem arbeiten und auf eine Beleuchtung mit künstlichen Lichtquellen angewiesen sind.

Physikalische Grundlagen und lichttechnische Begriffe

• Licht ist der sichtbare Teil der elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 380 bis 760 nm.
• Lichtstrom (Maßeinheit: Lumen, lm) ist die gesamte von einer Lichtquelle ausgestrahlte Leistung des sichtbaren Lichtes.
• Lichtstärke (Maßeinheit: Candela, cd) ist das Verhältnis aus dem Lichtstrom zu einem Raumwinkel, in den dieser Lichtstrom ausgestrahlt wird.
• Leuchtdichte (Maßeinheit: cd/m2) ist die Lichtstärke eines Sehobjektes im Verhältnis zur Größe der gesehenen Fläche. Sie ist für den Helligkeitsdruck einer selbstleuchtenden oder beleuchteten Fläche maßgebend.
• Beleuchtungsstärke (Maßeinheit: Lux, lx) ist das Verhältnis des Lichtstromes, der auf eine Fläche auftrifft, zu deren Größe.
• Örtliche Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke ist das Verhältnis der niedrigsten zur mittleren Beleuchtungsstärke.
• Zeitliche Gleichmäßigkeit ist die Schwankung der Beleuchtungsstärke durch zeitliche Änderungen des Lichtstromes.
• Schattigkeit ist der Anteil des gerichteten am insgesamt einfallenden Lichtstrom.
• Reflexionsgrad ist das Verhältnis zwischen dem von einer Fläche reflektierten Anteil des Lichtstromes zum auftreffenden Lichtstrom.

Messung

Die Beleuchtungsstärke wird mittels Photoelementen oder Photowiderständen bestimmt, die mit Filtern zur Berücksichtigung der spektralen Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges und Vorrichtungen zur Korrektur des Einflusses unterschiedlicher Lichteinfallsrichtungen ausgestattet sind.

Mit dem Arbeitsprozeß sind Sehaufgaben wie das Erkennen von kleinen Details, von Formen und Farben, die räumliche Zuordnung von Gegenständen nach Lage und Bewegung verbunden. Für die Schwierigkeit der Sehaufgabe ist neben der Sehschärfe, der Akkomodationsbreite, dem Adaptationsverhalten und der Farbtüchtigkeit des Arbeitnehmers, der Größe und Entfernung des Sehobjektes, seiner Farbe und dem Kontrast zum Umfeld sowie der Darbietungszeit die Güte der Beleuchtungsverhältnisse ausschlaggebend. Durch die fotochemischen Prozesse in der Netzhaut und unterstützt durch Änderungen der Pupillenweite kann das Auge große Helligkeitsunterschiede bewältigen (0,01 Lx bei sternklarer Nacht, 100 000 Lx in der Mittagssonne), reagiert aber bei zu geringer Beleuchtungsstärke mit einem Leistungsabfall in allen Komponenten der Sehleistung. Bei weniger als 50 Lx ist die Farbunterscheidung z. B. äußerst schwierig. Mit zunehmendem Lebensalter ist für gleich gute Sehleistungen eine immer höhere Beleuchtungsstärke notwendig.

Blendung

Zu geringe Schattigkeit erschwert das Formerkennen räumlicher Sehobjekte. Bei zu hoher Schattigkeit besteht Relativblendung, Details im entstehenden Schlagschatten werden schlecht gesehen.

Zeitlich nicht gleichmäßiges Licht, z. B. durch flackernde Lichtquellen oder bedingt durch das netzfrequenzabhängige Flimmern von Leuchtstoffröhren kann bei manchen Menschen Unbehagen auslösen. Inwieweit dadurch Gesundheitsstörungen möglich sind, ist noch nicht erwiesen.

Bei Betrachtung rotierender oder rhythmisch bewegter Gegenstände unter pulsierender Beleuchtung kann eine Verfälschung der Bewegungswahrnehmung (stroboskopischer Effekt) auftreten und die Unfallgefahr erhöhen.

Als ungünstig muß schließlich der Einfall von Licht verschiedenartiger Farbcharakterisistik aus unterschiedlichen Richtungen gelten (Zwielicht). Wegen der ungleich starken Brechung lang- und kurzwelliger Spektralanteile des Lichtes in Linse und Glaskörper kann eine Irritation der Akkomodation eintreten und die Ermüdung beschleunigen. Die Differenz der bei Tageslicht und Glühlampenlicht erforderlichen Nah-Akkomodation beträgt bei gleicher Sehentfernung immerhin 0,5 Dioptrien. Unzulängliche Beleuchtungsverhältnisse führen zwar nicht zu spezifischen Gesundheitsschäden, ihre Rolle als Mitursache für Unfälle, Leistungseinbußen und ein allgemeines Diskomforterleben darf jedoch nicht unterschätzt werden.

In der DIN 5035 sowie in der Arbeitsstättenrichtlinie sind Mindestforderungen für die Beleuchtung von Arbeitsräumen und Arbeitsplätzen durch Vorgabe von "Nennbeleuchtungsstärken" aufgelistet.

Eine gute Beleuchtungssituation ist folgendermaßen gekennzeichnet:

• Einhaltung einer als Minimum geforderten Nennbeleuchtungsstärke (durch Art, Anzahl, örtliche Zuordnung von Lichtquellen), die Beleuchtungsstärke ist um 30 % zu erhöhen, wenn vom Beschäftigten aufgrund des technischen Ablaufes erhöhte Konzentration verlangt wird oder im Arbeitsraum vorwiegend ältere Personen tätig sind,
• angemessene Schattigkeit (0,2 bis 0,8; Einsatz geeigneter Leuchten oder -kombinationen),
• angemessene örtliche Gleichmäßigkeit (< 0,5 an Arbeitsplätzen und im Raum, < 0,2 zwischen Raumzonen und benachbarten Räumen; richtige Leuchtenanordnung),
• zeitliche Gleichmäßigkeit (kein Flackern oder Flimmern; Dreiphasenschaltung von Gasentladungslampen),
• Blendungsfreiheit (keine unabgeschirmten Lichtquellen in der Hauptblickrichtung; hohe Lampenanbringung; Anordnung langgestreckter Lichtquellen in Blickrichtung, Mattierung potentiell reflektierender Flächen, bewußte Gestaltung der Leuchtdichteverteilung auf der Hauptarbeitsfläche sowie zwischen Hauptarbeitsflächen und Umfeld),
• richtige Lichtfarbe (z. B. weiß für Räume, in denen Tätigkeiten mit notwendiger Farbdifferenzierung verrichtet werden; keine Kombination von Lichtquellen unterschiedlicher Farbcharakteristik).

Außerdem muß die Beleuchtungsgestaltung wirtschaftlichen Anforderungen (Lichtausbeute, Wartungseigenschaften, Lebensdauer), Sicherheitsvorschriften (u. a. Schutzisolierung, Brand- und Explosionsschutz) sowie ästhetischen Anforderungen genügen.

Beispiele für Nennbeleuchtungsstärken sind in der folgenden Tabelle genannt.

Tabelle: Nennbeleuchtungsstärken

An Arbeitsplätzen mit sehr hohen Anforderungen an das optische Auflösungsvermögen, bei denen die Blickrichtung oft über den ganzen Arbeitstag auf einen kleinen räumlichen Bereich konzentriert ist, müssen oft spezifische Gestaltungsrichtlinien bezüglich Lichteinfallsrichtung, Farb- und Helligkeitskontrasten, Reflexvermeidung u. a. befolgt werden. Damit verbunden ist oft auch die Anpassung von Sehhilfen, bei deren Auswahl ärztliche Mitwirkung ebenso gefragt ist wie bei der Gesundheitsüberwachung von Arbeitnehmern an Bildschirmarbeitsplätzen.

Farbgestaltung

Farben sind spezifische Empfindungen, die in Abhängigkeit von der spektralen Zusammensetzung des auf die Netzhaut fallenden Lichtes entstehen. Als farbig erscheinen einerseits Lichtquellen, wenn sie nur einen bestimmten Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums emittieren und andererseits angestrahlte Flächen, die selektiv bestimmte Frequenzanteile absorbieren.

Im Zusammenhang mit der Beleuchtungsgestaltung ist es möglich und notwendig, auch den Faktor Farbe einzubeziehen. Die Lichtfarbe ist für den Helligkeitseindruck und die Detailerkennbarkeit bei hoher Beleuchtungsstärke von untergeordneter Bedeutung, bestimmt aber den Farbeindruck beleuchteter Gegenstände. Dieser Umstand wird genutzt, wenn z. B. durch weißes Licht eine neutrale Farbbeurteilung (Färbereien, Buntdruck) oder aber durch Einsatz von Glühlampen eine Betonung der roten Farbtöne (Hautfarbe) gewünscht wird. Eine weit größere Vielfalt der Farbwirkung ist durch das Auftragen von Farben auf Gebäudeteile, Elemente der Gebäudeausrüstung, Arbeitsmittel usw. erreichbar. Die Gestaltung erfordert viel Erfahrung.

Vorliegende Erfahrungen sprechen dafür, für kalte Räume warme Farben (rot-, orange-, gelbgetönt), für Tätigkeiten unter Einwirkung hoher Temperaturen kühle Farben (blau-, grüngetönt) vorzuziehen. Räume, in denen einförmige Arbeiten verrichtet werden, vertragen auch die Kombination lebhafter Farben.

In Produktionsräumen sollten sich die Maschinen vom Hintergrund, bewegte von feststehenden Maschinenteilen, wichtige und häufig benutzte Bedienelemente von weniger wichtigen durch Farbkontraste abheben. Helle Farbtöne sind vorrangig zu verwenden, kräftige Farben sparsam für gewollte Effekte einzusetzen.

Das Gesamtspektrum der in der Natur vorkommenden und vom Menschen erzeugten elektromagnetischen Strahlung wird durch die folgende Tabelle veranschaulicht.

Tabelle: Spektrum elektromagnetischer Wellen

Innerhalb dieses Spektrum wird zwischen "nichtionisierender" (0 Hz bis 10¹⁷  Hz) und "ionisierender" Strahlung (> 10¹⁷ Hz bzw. < 3 nm) differenziert.

Elektromagnetische Wellen und Felder werden vorrangig durch folgende physikalische Größen charakterisiert:

• die Wellenlänge (l ), Maßeinheit m,
• die Frequenz (f), Maßeinheit Hz,
• die elektrische Feldstärke (E); Maßeinheit V/m,
• die magnetische Feldstärke (H); Maßeinheit A/m oder Tesla,
• die Leistungsflußdichte (S); Maßeinheit Watt/m².

Das allgemeine Interesse für ihre biologischen Wirkungen hat in letzter Zeit unter dem Schlagwort "Elektrosmog" erheblich zugenommen.

Diese Wirkungen sind ganz allgemein durch thermische Effekte sowie Reizwirkungen und Störungen der Funktion biologischer Strukturen einschließlich der gestörten Weitergabe biologisch relevanter Informationen im lebenden Gewebe gekennzeichnet.

Sie sind allerdings derart vielfältig und so stark frequenzabhängig, daß eine gesonderte Betrachtung der verschiedenen Strahlungsarten und Wellenlängenbereiche ratsam erscheint.

Biologische Wirkungen von Wechselfeldern dieser Kategorie (bis 30 kHz) sind zwar bekannt, treten jedoch nur bei Feldstärken über 1 mA/m² auf. Erst oberhalb 100 mA/m² sind sie für Nerven-, Muskel- und Herzfunktion von Bedeutung. Die Hypothese, daß sie Leukämien und Hirntumoren auslösen, konnte bislang nicht bestätigt werden.

Berufliche Expositionsmöglichkeiten: Elektrostatische Felder finden sich an Gleichspannungs-, Elektrolyseanlagen und Beschleunigern. Bei Exponierten können elektrostatische Aufladung, Schreckreaktionen, Muskelkontraktionen, evtl. Reizwirkungen auf Sinneszellen auftreten.

50-Hz-Wechselfelder kommen bei Arbeiten unter Hochspannungsanlagen, an Elektrolysenlagen, beim Widerstandsschweißen vor.

Die durch elektrische Entladungen erklärbaren Effekte sind Reizwirkungen. Beeinflussungen des auf Biorhythmus, des Zellwachstums und der Hormonproduktion werden diskutiert, sind jedoch nicht gesichert.

Hochfrequenz- (30 kHz bis 300 Mhz) und
Höchstfrequenzfelder (300 Mhz bis 300 GHz)

Ihre Wirkung ist vorrangig auf die Erwärmung exponierter Körpergewebe zurückzuführen, wobei diese von Frequenz bzw. Wellenlänge und der Feldstärke, von der Dauer der Einwirkung, der Größe des von der Exposition betroffenen Körperanteils und den biologischen Eigenschaften des bestrahlten Gewebes abhängt.

Durch die eingeleitete Energie kann im Gewebe eine Molekularbewegung gegen die Bindungskräfte angeregt werden. Veränderungen biochemischer Prozesse, Überwärmungen, evtl. Verbrennungen können die Folge sein. Besonders empfindlich ist die Linse des Auges, welche eine Trübung (grauer Star, "Strahlenkatarakt") erleiden kann.

Wichtige Expositionsmöglichkeiten sind:

• Nachrichtentechnik (Mobilfunk), Funk, Fernsehen,
• Ortung von Objekten, Radar in See-, Luft-, Raumfahrt, Wetterdienst, Warnsysteme, Abstandshalter,
• Industrielle Materialerwärmung, z. B. Trocknen von Holz, Stoffen, Farben; Aushärtung von Kunststoffen, Klebern; Thermische Materialbearbeitung (Schmelzen, Sintern, Löten von Metallen, Kristallzüchtung); Garen von Lebensmitteln, Auftauen; Wäremetherapie in der Medizin.

Infrarotstrahlung

Im folgenden Blockbild ist der Bereich der optischen Strahlung dargestellt.

Blockbild: Wellenlängenbereich der optischen Strahlung

Die Infrarotstrahlung umfaßt darin den Wellenlängenbereich von 1 mm bis 780 nm.

Eine beruflichen Exposition besteht insbesondere für Hochofenarbeiter, Gießer, Schmelzer, Heizer, Schweißer, Brenner, Glasbläser, Beleuchter.

Als typische Wirkungen sind Schmerzreaktionen (z. B. bei 10 kW/cm² bereits nach 5 Sekunden), evtl. Verbrennungen der Haut zu nennen. Das empfindlichste Organ ist wiederum das Auge. Ab 1,2 µm absorbiert die Linse den Hauptteil der Strahlung. Trübungen der brechenden Medien, beginnend am hinteren Linsenpol (grauer Star, "Feuerstar", "Glasbläserstar", Berufskrankheit Nr. 2401), können sich enwickeln.

Zur Prävention wird die Einhaltung eins Grenzwertes von 100 W/cm² vorgegeben. Neben Abschirmungen als technischer Maßnahme kommt der Einsatz von Brillen, Schutzgläsern und Schutzscheiben in Betracht.

S.dazu auch: Leitlinie "Arbeit unter Einwirkung von Wärmestrahlung"

Ultraviolettstrahlung (UV)

Eine berufliche Belastung durch natürliches, im Sonnenlicht enthaltenes UV besteht für Beschäftigte an Arbeitsplatzen im Freien, wie z. B. Bauarbeiter, Land- und Forstarbeiter, Seeleute.

Künstlich erzeugte UV-Strahlung wird zum Trocknen und Härten von Farben und Lacken, zum Entkeimen, in der Spektroskopie, der polygraphischen Industrie, bei der Mikrochipfertigung sowie in der Medizin für diagnostische und therapeutische Verfahren eingesetzt. Es entsteht im Lichtbogen, so z. B. beim Elektroschweißen.

Die biologische Wirkung beruht auf Fotoeffekten, auf zerstörenden oder stoffwechselbeeinflussenden Effekten in Zellgeweben und speziellen Wirkungen auf Nukleinsäuren und Zellkerne.

Neben der inviduellen Empfindlichkeit des Exponierten gegenüber UV aufgrund seines "Hauttyps" sind die Frequenzcharakteristik und Energiedichte für Art und Intensität der Wirkung ausschlaggebend. Mäßige Energiedichten können für das allgemeine Abwehrverhalten günstig und stabilisierend, bei bestimmten Krankheiten (Schuppenflechte, endogenes Ekzem, Rachitis) heilend wirken.

Bei hohen Dosen werden Bindehautentzündungen des Auges ("Photokeratitis", "Verblitzen"), Rötungen (Sonnenbrand) und vermehrte Pigmentbildung der Haut beobachtet.

UV-C wird für ein beschleunigtes Altern der Haut und die Entstehung von Hautkrebs verantwortlich gemacht.

UV-A kann zum grauen Star führen.

Außerdem können photochemische und photoallergische Reaktionen auftreten, wenn gleichzeitig eine Exposition gegenüber UV und bestimmten chemischen Stoffen erfolgt. Beispiele für derartige "Photosensibilisatoren" sind Teer, Pech, Anthrachinon-Farbstoffe, einige ätherische Öle und Duftstoffe.

Als indirekte UV-Wirkungen wären schließlich die Bildung von Ozon und nitrosen Gasen (aus dem Luftsauerstoff) und die Entstehung von Phosgen (z. B. durch Photooxidation von chlorierten Kohlenwasserstoffen beim Lichtbogenschweißen) zu nennen.

Zur Prävention sind technische Vorkehrungen (Abkapselung, Abschirmung, Sicherheitsabstände) und personenbezogene Maßnahmen (Schutzkleidung, Schutzbrillen, Hautschutzsalben mit hohem Lichtschutzfaktor) erforderlich.

LASER

Dieses Kunstwort ist die Kurzform für "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". Bei dieser Strahlung handelt es sich um eine kohärente Strahlung, die je nach verwendetem Medium (Rubin-, Neodym-, Helium-, Argon-, CO₂-Laser) den weiten Wellenlängenbereich von 200 nm bis 1 mm umfaßt.

Die Wirkungen hängen von der Wellenlänge der Strahlung, von der Leistungsdichte und der Betriebsart (Dauerstrich- oder Impulslaser) ab. Es werden Leistungsdichten bis zu 4 x 10¹⁵ W/cm² erreicht.

Im Vordergrund stehen thermische Zerstörungen der Haut und des Auges. Schädigung treten in der Regel unfallartig ein. Nicht selten sind "Streustrahlen", d. h. Reflexionen des Laserstrahls die Ursache.

Technische Präventionsmaßnahmen, wie Minimierung der Leistungsdichte auf das vertretbare Mindestmaß, Umschließung der Strahlführung, Ausschluß des Einblicks in den Laserstrahl, Vermeidung reflektierender Flächen im Umfeld, Gewährleistung einer hohen Allgemeinbeleuchtung sind erforderlich, ergänzend auch eine geeignete Kleidung (z. B. Leder) und Schutzbrillen mit abgestimmten Absorptionswirkungen.

Ionisierende Strahlung

Man spricht von ionisierender Strahlung, wenn sie in der Lage ist, Atome und Moleküle so zu verändern, daß sie andere physikalische Eigenschaften erhalten. Man nennt diese so modifizierten Atome Ionen.

Es kann sich um Korpuskularstrahlen (Alpha-, Beta- und Neutronenstrahlung) oder Elektromagnetische Strahlen (l  < 3 nm; Röntgen-, Gamma-Strahlen) handeln.

Als Quellen (davon 80 % natürlich) sind das Sonnenlicht, Radon in Baustoffen und Lebensmitteln, für verschiedene Technologien künstlich erzeugte Strahlen, nur zu ganz geringen Anteilen der Fallout von Kernwaffenversuchen oder Havarien in kerntechnischen Anlagen zu nennen.

Die Wirkung am Menschen wird durch die Energie und die daraus resultierende Eindringtiefe bestimmt und beruht auf der Bildung freier Radikale oder Ionisation von Molekülen innerhalb der Zellen. Die kritische Grenze liegt bei 10 bis 15 eV.

Akute Wirkungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt

Ionisierende Strahlen zeigen eine Summationswirkung. Als chronische Wirkungen sind Gewebsveränderungen im Sinne einer Atrophie, Geschwürsbildungen an Haut und Schleimhäuten, Nervenschäden und Einwirkungen auf das genetische System bekannt. Letzteres ist die Erklärung für das Auftreten von bösartigen Tumoren vieler Organsysteme sowie von genetischen Schädigungen später geborener Nachkommen bei strahlenexponierten Personen.

Schäden durch ionisierende Strahlen werden als Berufskrankheit (BK Nr. 2402) anerkannt.

Die für Prävention bei potentieller beruflicher Exposition erforderlichen Maßnahmen werden in der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) und der Röntgenverordnung (RöV) geregelt. Diese beinhalten z. B. eine Begrenzung der zulässigen Emission und Immion sowie konkrete Maßnahmen dazu, besondere Schutzmaßnahmen für Frauen im gebärfähigen Alter und Jugendliche, ebenso Vorschriften für eine spezielle medizinische Gesundheitsüberwachung. Durch das Tragen von Dosimetern wird die stattgehabte Strahlenbelastung bestimmt.