Lichttechnik -think ING. kompakt 06/07 | 2022 by GESAMTMETALL

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Juni | Juli 2022

kompakt D e i n E i n bli c k i n d i e We l t d e r In ge ni e u r i nn e n u n d In ge ni e u r e

LICHTTECHNIK

ERHELLENDE IDEEN AUS DER ELEKTROTECHNIK P O R T R ÄT L I C H T G E S TA LT ab Seite 2 NEWS DIE LICHTTRENDS ab Seite 4

Spots an für die Lichttechnik! Dieser Zweig der Elektrotechnik begleitet uns in jeder Lebenslage. IngenieurInnen schaffen es, durch die richtige Technik und Gestaltung Licht zu erzeugen, das ein neues Raumgefühl schafft, die Stimmung hebt und die Sicherheit erhöht. Das passiert in unterschiedlichen Branchen: vom Maschinenbau über die Mikrooptik bis hin zur Medizintechnik. Im Fokus steht der Mensch. Besonders deutlich wird dies beim Thema Human Centric Lighting. Spezielle Beleuchtungskonzepte für Innenräume sollen den menschlichen Organismus in seinem natürlichen Tagesablauf unterstützen. Als Ingenieur für Elektrotechnik beschäftigt sich Lukas Hünting bei der TRILUX GmbH mit genau diesen Wirkungsweisen. Lest auch, wie Licht Viren in Innenräumen abtötet, Pflanzen nährstoffreicher wachsen lässt und Fensterscheiben in Bildschirme verwandelt. Besonders spannend wird es mit Leuchten, durch die wir Internet empfangen, wenn das WiFi nicht funktioniert. Außerdem gibt es Infos zu Studiengängen, um selbst als IngenieurIn neue Techniken mit Licht zu entwickeln. Von ihren persönlichen Erfahrungen erzählt Studentin Antonia Weißhaar. Sie studiert den Bachelorstudiengang Optical Engineering an der Hochschule Aalen.

DIE LICHTGESTALT Im Schein der Leuchten sorgt Lukas

Hünting für bestes Licht an jedem Ort

Leuchte, Leuchtmittel oder Lampe? Was wir im alltäglichen Sprachgebrauch zumeist synonym verwenden, ist für LichtspezialistInnen klar voneinander differenziert. Die Glühbirne ist die Lampe und damit das Leuchtmittel. Das Gesamtgebilde mit Lampenschirm und Ständer ist die Leuchte. So viel zum Einstieg. Der Lichtspezialist Lukas Hünting kümmert sich beim Unternehmen TRILUX also vornehmlich um Leuchten – und zwar um ganz besondere: Um Leuchten und deren Licht, die auf das Wohlbefinden einzahlen und den Menschen mit seinen Bedürfnissen in den Mittelpunkt aller Aufmerksamkeit rücken. Das klingt nur im ersten Moment nach Esoterik, im zweiten ist es eine strahlende Mischung aus Ingenieurskunst und Biologie. Naturwissenschaft pur.

NEUE AUGE NZELLE Im Jahr 2000 konnten ForscherInnen im menschlichen Auge eine photosensitive Ganglienzelle nachweisen, die nicht am eigentlichen Sehvorgang beteiligt ist, aber trotzdem empfindlich auf Licht im blauen Wellenlängenbereich des Spektrums reagiert. Das heißt: Im Auge gibt es Zellen, 02

mit denen wir nicht aktiv sehen, die aber dennoch an Reaktionen im menschlichen Körper beteiligt sind. Mit diesem jungen Wissen lässt sich nicht nur ein dunkler Raum aufhellen, sondern im besten Fall auch unser Gemüt positiv stimulieren. Aber wie? „Es ist einfach, Räume mit monochromatischem Licht auszustatten, das heißt dieselbe Lichtfarbe über den ganzen Tag hinweg. Viel besser ist hingegen eine Lösung, bei der die Farbtemperatur des Lichtes abhängig von der Tageszeit dynamisch angesteuert wird – eine Human-Centric-Lighting-Lösung, kurz HCL“, erklärt der 33-jährige Ingenieur. Bei HCL steht der Mensch im Mittelpunkt. Es geht also darum, das Wohlbefinden zu steigern und das bedeutet auch, das richtige Licht zum richtigen Zeitpunkt zu haben. Und dabei geht es nicht nur um blaues oder gelbes Licht – kalt oder warm. Die Sache ist ein bisschen komplizierter. © Michael Bokelmann

Kerze, Glühbirne, Leuchtstoffröhre, LED, OLED. So könnte die knappe Evolution der Lichtquellen lauten. Dass Licht auch auf unsere Gefühlswelt einwirkt, ist im Vergleich ein relativ junges Themengebiet, das im Human Centric Lighting (HCL) tiefer behandelt wird.

VIELSCHICHTIGES LICHT Lukas Hünting hat Elektrotechnik studiert und ist bei dem über 5.000 MitarbeiterInnen zählenden Unternehmen TRILUX als Lighting Application Specialist tätig. In einem kleinen Team führt er u.a. Lichtberechnungen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche durch. Eine Büroleuchte muss bspw. ganz andere Anforderungen als eine Industrieleuchte erfüllen. Schutz vor Verschmutzung und Nässe spielt in der Bürowelt eine untergeordnete Rolle, eine gute Entblendung und damit verbundene spezielle Lichtoptik sind umso wichtiger. Er bildet dabei mithilfe einer digitalen Simulation nach, wie das Licht später vor Ort aus der Leuchte ausgestrahlt wird und wie dieses mit den Raum- und Gebäudekonturen interagiert. Damit aus der technischen Arbeit eine zum Wohlfühlen wird, arbeitet TRILUX beim Thema HCL u.a. mit dem Fraunhofer Institut in Forschungsprojekten zusammen. Und wieder strahlt das Thema über den vermeintlichen Tellerrand der einfachen Leuchte hinaus. Unter dem Lichtkonzept WELLUMIC wird bei TRILUX die Symbiose von Tages- und Kunstlicht beschrieben. Plötzlich kommen smarte Technologien zum Einsatz, die Sonnenlicht und Kunstlicht clever zusammenbringen, damit wir uns am Arbeitsplatz oder zuhause wohler fühlen. Spätestens jetzt wird sichtbar, dass es beim Thema HCL nicht bloß um gelbes oder blaues Licht geht. Vielmehr handelt es sich hier um eine komplexe Verknüpfung vieler technischer wie physiologischer und wahrnehmungsrelevanter Teilbereiche, die zwar alltäglich wirken, im Zusammenspiel aber massiven Einfluss auf unser Wohlbefinden nehmen.

STR AHLENDES ZUKUNFTSTHEMA Lichtsysteme setzen sich aus vielen Bauteilen zusammen,

Light Technology war bereits an der FH Dortmund Lukas Hüntings Lieblingsfach. Heute kümmert er sich um nichts anderes und denkt zunehmend an die innere Uhr des Menschen. Oder genauer an den Tag-Nacht-Rhythmus und darum, wie Licht durch Änderung der Lichtfarbe, des Spektrums und Intensität die Gesundheit und Leistungsfähigkeit des Menschen erhalten und sogar fördern kann. „Ich weiß, dass ich mit meiner Arbeit an einem echten Zukunftsthema mitarbeite“, erklärt er, während die Forschungsarbeiten weiterlaufen. Aus Elektrotechnik wird gutes Licht und jede eingeschraubte Birne bzw. LED soll ab sofort nicht nur einen Raum erleuchten, sondern auch zufrieden machen. Mit anderen Worten: HCL lässt es glücklich scheinen.

die - perfekt kombiniert - ein strahlendes Ergebnis liefern

Mehr Infos über Lukas Hünting gibt es hier zu lesen s.think-ing.de/weg-ins-licht

Mit Softwareunterstützung simuliert der Ingenieur die Lichtwirkung im realen Raum, um optimal einwirken zu können

LICHT-TRENDS

Bekannt ist, dass UV-C-Strahlung Bakterien und Viren auf Oberflächen, in der Luft und im Wasser abtötet. Da die Ozonschicht der Erdatmosphäre diese Strahlung abschirmt, haben die Erreger keine Abwehrmechanismen dagegen entwickelt. Unter UV-C-Bestrahlung brechen die chemischen Bindungen ihrer RNA- oder DNA-Helix auf und sie können sich nicht weiter vermehren. Bei welchen Strahlungsdosen das am besten gelingt, wird derzeit im Biotechnologielabor der TH Ulm untersucht. Die gute Nachricht ist: Im Bereich von 254 Nanometern reagieren beispielsweise Coronaviren und mögliche künftige Mutationen sehr UV-C-empfindlich. Schon eine relativ geringe Strahlendosis führt zu 90 Prozent Virusreduktion. Trinkwasser, das mit UV-C-Strahlen desinfiziert wird, ist praktisch frei von Coronaviren. Die schlechte Nachricht lautet: UV-C-Strahlung ist auch für Menschen schädlich. Sie kann Augen und Haut angreifen und sogar krebserregend sein. Will man die Strahler in Krankenhäusern, Großraumbüros oder Klassenzimmern einsetzen, müssen sie sicher abgeschirmt werden. Daran arbeiten IngenieurInnen bei Osram mit Hochdruck. Nicht nur Wellenlänge und Energieeffizienz müssen für den Antivireneinsatz optimiert werden. Man braucht für die Strahler auch neue Materialien, die das energiereiche UV-C-Licht transportieren und ihm langfristig standhalten. Das Fraunhofer IFAM in Bremen geht einen anderen Weg: Um Viren auf Oberflächen zu bekämpfen, experimentiert man hier mit neuartigen Materialkombinationen und Licht. UV- oder Sonnenstrahlen treffen auf Oberflächen aus Titandioxid, Kupfer und Schichtsilikaten. Dadurch werden Viren in Kontakt mit Katalysatoren gebracht, die sie dann unschädlich machen.

LiFi-Technik verwendet die Leuchtdioden in LED-Lampen als Sender

LIFI – DATEN AUF LICHTWELLEN Über 50 Milliarden Laptops, Tablets und Smartphones sind täglich online, die meisten davon drahtlos. Das WLAN-Netz ächzt schon heute unter dieser Last. Die Lösung: die Leuchte an der Decke. LiFi, so taufte es der deutsche Informatiker Harald Haas im Jahr 2011 in Anlehnung ans WiFi. Während Daten im WLAN-Netz auf Funkwellen surfen, schickt LiFi sie über Lichtstrahlen. Dazu lässt sich sichtbares und unsichtbares Licht im infraroten Bereich nutzen. Als Sender verwendet die Technik die Leuchtdioden in LED-Lampen. Jede Leuchte benötigt dazu ein eigenes Modem, das mit einem Internet-Router verbunden ist – zum Beispiel über das Stromkabel. Alle internetfähigen Geräte können im Prinzip LiFi-Signale empfangen, brauchen dazu aber einen Transceiver. Der war anfänglich noch ziemlich klobig, ist aber mittlerweile viel kleiner geworden. Der Hersteller Signify (ehemals Philips Lighting) stellte als erster ein marktreifes LiFi-System vor. Das schottische Unternehmen Purelifi will bis Mitte des Jahrzehnts nachziehen. LiFi könnte auch überall dort zum Einsatz kommen, wo Funkfrequenzen Störungen verursachen würden – zum Beispiel in Krankenhäusern, Schulen und in Flugzeugen. Das Netz wäre zudem sicher vor Hackern, da Licht nicht durch feste Wände dringt. Das Problem ist die geringe Reichweite, die bei maximal vier Metern von der LED bis zum Empfänger liegt. Damit AnwenderInnen sich mit ihren Geräten frei im Raum bewegen können, benötigt man viele LiFi-fähige Leuchten – derzeit noch ein teurer Spaß. Aber auch das könnte sich schon bald ändern.

Im Labor am Fraunhofer IFAM: Mit kupferdotierten Katalysatoren gegen Viren

Kann uns Licht vor Krankheitserregern schützen? Unterschiedliche wissenschaftliche Untersuchungen, die derzeit an der TH Ulm, am Fraunhofer Institut und bei einigen LichttechnikHerstellern laufen, zeigen das Potenzial von UV-C-Strahlung und Sonnenlicht im Kampf gegen gefährliche Viren.

MIT LICHT GEGEN CORONA

DAS SMARTE LICHT DER OLED-WELT

Das Pflanzenforschungs-System Phytofy RL kann die Intensität der Strahlung über sechs Spektralkanäle planen und kontrollieren

MIT VERTICAL FARMING INS ALL Mit neu entwickelten LED-Lampen lässt sich Pflanzen-Photosynthese und -wachstum kontrollieren. Über Lichtrezepte kann man sogar den Geschmack der Pflanzen beeinflussen. 100 Tonnen Kräuter und Gemüse pro Jahr produziert die US-amerikanische Firma 80 Acres Farms in einer 1.100 Quadratmeter großen ehemaligen Lagerhalle in Cincinnati. Die gleiche Produktion hätte nach herkömmlichen Methoden circa 324.000 Quadratmeter Land benötigt. Auch in Deutschland sprießen immer mehr Pflänzchen unter LED-Beleuchtung. Der Fortschritt bei den sogenannten Grow-Lights ist ein entscheidender Grund für den weltweiten Erfolg des Indoor-Farming. Mit neu entwickelten LED-Lampen kann man nicht nur das Sonnenlicht adäquat ersetzen und Photosynthese sowie Pflanzenwachstum besser kontrollieren als in der Natur. Man kann die Lichtintensität sogar an unterschiedliche Wachstumsphasen anpassen. Über Lichtfilterung und sogenannte Lichtrezepte lässt sich der Geschmack der Pflanzen und der Gehalt medizinisch wirksamer Substanzen in Heilkräutern regulieren. Und indem man das Licht filtert – etwa zu 450 Nanometern (tiefblau) oder 730 Nanometern (tiefrot) – spart man auch noch Energie ein. Die deutschen und niederländischen Unternehmen Osram und Philips bieten ein breites Spektrum an Gewächshaus-LEDs an und entwickeln die Technik permanent weiter. Sogar für die Schwerelosigkeit des Weltraums gibt es schon Grow-LightLichtkonzepte. Osram tüftelt derzeit speziell für die Nahrungsmittelversorgung von AstronautInnen auf NASA-Weltraummissionen am Beleuchtungssystem Phytofy RL.

Smarte Fensterscheiben und Tapeten, die sich auf Knopfdruck in Bildschirme verwandeln. Transparente Displays, die in Museen oder Shops mehrschichtige vieldimensionale Welten kreieren. Oder Mikrodisplays in ultraheller Ausführung, die MitarbeiterInnen an Helm und Revers tragen. Das ist längst keine Science Fiction mehr. Das Zauberwort heißt OLED. Die Abkürzung steht für Organic Light Emitting Diodes und bedeutet, dass Licht über organische Halbleiter erzeugt wird. Anders als die punktförmig strahlenden LEDs können OLEDs große Flächen gleichmäßig zum Leuchten bringen und gleichzeitig noch mehr Energie einsparen. Bei den Displays von Smartphones, bei Fernsehern und Designerleuchten kommt man nicht mehr ohne sie aus. Damit ist der Siegeszug der OLEDs aber noch nicht zu Ende. So sollen sie zum Beispiel für mehr Sicherheit und Komfort im Autoverkehr sorgen. Ihre Leuchtflächen lassen sich in mehrere Segmente unterteilen, einzeln ansteuern und stufenlos dimmen. Das OLED-Display ist sofort startbereit und somit eine optimale Ergänzung zum Rückspiegel. Der Audi Q5 kann über drei OLED-Kacheln am Heck nicht nur hübsche Licht-Animationen wie „Coming-Home/Leaving-Home“ erzeugen, sondern auch sicherheitsrelevante Informationen an andere VerkehrsteilnehmerInnen übermitteln. Etwa auf der Autobahn: „Achtung Nebelbank!“ oder „Achtung Stau!“ Eine Reihe weiterer Entwicklungen belegt die Vielseitigkeit der OLED-Technik. Das Fraunhofer FEP stellt zum Beispiel aktuell ultrahelle Mikrodisplays für Industrie, Logistik und Katastrophenschutz vor, die man zur Navigation an Helm oder Jacke befestigt.

Durch OLED-Displays entstehen mehrschichtige transparente Bilderwelten

OLEDs erobern Museen, Shops und Konferenzräume. Seit einiger Zeit sorgen sie auch für eine bessere Pkw-Beleuchtung.

DIE LICHT-WEISEN Im Studiengang Optical Engineering stehen optische Technologien im Mittelpunkt Licht kann man nicht nur sehen, sondern auch studieren – zum Beispiel im Bachelorstudiengang Optical Engineering an der Hochschule Aalen. Die 26-jährige Antonia Weißhaar stellt uns das Fach im Interview vor.

WAS STUDIEREN? Licht spielt in vielen Bereichen eine Rolle, zum Beispiel in der Medizintechnik, Automobilindustrie oder dem Lichtdesign. Wer in diesen Bereichen arbeiten will, legt mit einem Maschinenbau- oder Elektrotechnikstudium eine gute Basis. Es gibt aber auch spezielle Studiengänge für Photonik oder optische Technologien.

WIE K AMST DU ZU DEM STUDIENGANG? Ich bin Augenoptikermeisterin und habe mich bislang vor allem mit physiologischen und medizinischen Aspekten beschäftigt. Gleichzeitig bin ich sehr technikaffin. Deshalb habe ich gezielt nach einem Studiengang gesucht, der auch Bereiche wie Informatik, Elektronik oder Mechatronik abdeckt.

Das gesamte Interview gibt es Das gesamte Interview

engineering

gibt es online unter: s.think-ing.de/optical-

WA S H AT D I C H A N O P T I C A L ENGINEERING ÜBERZEUGT? Vor allem die vielfältigen beruflichen Möglichkeiten. Als Augenoptikerin war ich darauf festgelegt, KundInnen im Laden mit Sehhilfen zu versorgen. Klar hätte ich auch in den Vertrieb oder Außendienst gehen können. Aber die Entwicklungsmöglichkeiten nach diesem Studium sind vielfältiger. AbsolventInnen arbeiten zum Beispiel in der Medizin-, Laser- oder Beleuchtungstechnik oder in der Entwicklung von Scheinwerfern für die Automobilindustrie.

Eine Zusammenstellung einiger Studiengänge zum Thema findet ihr unter s.think-ing.de/lichttechnik-studieren

THINK ING. @SOCIAL MEDIA Spannende Einblicke und Geschichten von IngenieurInnen, Tipps, Termine und Wissenswertes rund um das Ingenieurwesen findet ihr auf unseren Social-Media-Kanälen.

ING _WERDEN WIE INTEGRIERT DER STUDIENGANG PRAKTISCHE ELEMENTE? Ich habe ein Praxissemester bei Carl Zeiss Meditec AG in Oberkochen absolviert und arbeite dort jetzt als Werkstudentin. Seit meinem Praktikum bin ich in ein Projekt involviert, in dem es um die Entwicklung eines neuen bildgebenden Verfahrens geht. Einerseits betrachten wir den Aufbau des Auges: Welche Krankheiten treten auf? Welche Strukturen des Auges sind davon betroffen? Andererseits wollen wir wissen, wie man diese Bereiche gut darstellen kann. Wir forschen an einem nicht-invasiven Verfahren, bei dem Licht zum Einsatz kommt – allerdings nicht in einer beliebigen Intensität, weil es im Auge viele Strukturen gibt, die geschädigt werden können. Genau diese Kombination aus physiologischen und technischen Aspekten reizt mich, hier kann ich mein Wissen aus Ausbildung und Studium einbringen.

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IMPRESSUM Herausgeber GESAMTMETALL Gesamtverband der Arbeitgeberverbände der Metall- und Elektro-Industrie e.V. Voßstraße 16 - 10117 Berlin Verantwortliche Leitung Indra Hadeler

Ob in der Medizin oder als Laser: Studentin Antonia Weißhaar (oben) faszinieren die technischen Facetten von Licht

W O S I E H S T D U D I C H I N Z E H N JA H R E N ? Ich kann mir gut vorstellen, im Bereich Biophotonik zu bleiben. Das Feld verbindet die Kompetenzen, die ich jetzt habe: Augenoptik und Technik. Mir macht die Arbeit außerdem total Spaß. Wenn alles so funktioniert, wie ich mir das überlegt habe, dann begeistert mich das. Außerdem habe ich das Gefühl, dass ich durch die Arbeit etwas bewegen kann. Man hilft nicht nur punktuell einem Kunden bzw. einer Kundin, sondern entwickelt Diagnose- oder Heilverfahren, die eine große Reichweite haben.

Redaktion und Gestaltung concedra GmbH, Bochum Druck color-offset-wälter GmbH & Co. KG, Dortmund Alle in dieser kompakt enthaltenen Inhalte und Informationen wurden sorgfältig auf Richtigkeit überprüft. Dennoch kann keine Garantie für die Angaben übernommen werden.