Leuchtdioden überzeugen mit Langlebigkeit, Wartungsarmut, Effizienz, kompakten Maße – und mit einer gleichbleibend hohen Lichtqualität bei homogener Farbwiedergabe. Für Leuchtendesigner eröffnen sie damit vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten in U-Bahnen, Bussen und Flugzeugen. Einmal eingebaut leuchten sie in der Regel zuverlässig bis zum nächsten Überarbeitungszyklus des Transportmittels. So sind Wartungsarbeiten oder gar ein Austausch meist nicht erforderlich.

Auf einen Blick

Auf der Schiene und der Straße punkten LEDs mit ihrer Effizienz, Robustheit und Langlebigkeit: Sie überstehen die Abstände zwischen regulären Wartungszyklen problemlos und lassen sich viel kreativer verbauen als herkömmliche Lichtquellen. Speziell auf Langstreckenflügen profitieren Fluggäste von einer ausgefuchsten Lichtsteuerung, wie Osram in einer Studie nachweisen konnte.

Ist doch einmal ein Austausch nötig, sollte das vorhandene Helligkeitsniveau erhalten bleiben. Auf der sicheren Seite ist, wer sich vor dem Einbau über die Verfügbarkeit der Lichtquellen informiert. Osram Opto Semiconductors gibt für diesen Fall bei Bedarf eine kundenspezifische Verfügbarkeitsgarantie. Das ist nicht selbstverständlich, denn der Trend geht gerade bei weißen LEDs immer mehr in Richtung einer höheren Lichtleistung.

Zusätzlich sind die individuellen Anforderungen der unterschiedlichen Verkehrsmittel zu beachten. Während es im Schienen- und Straßenverkehr hauptsächlich auf die Vibrationsfestigkeit ankommt, ist in Flugzeugen auch der Druckunterschied zwischen Innenraum und Außenhaut zu berücksichtigen.

Auf das Transportmittel abgestimmt

LED-Lichtsysteme im Transportbereich müssen die spezifischen Anforderungen aus der Allgemeinbeleuchtung, wie Lichtqualität, Homogenität, Effizienz und Langlebigkeit ebenso erfüllen wie die Anforderungen des Automotive-Bereichs, zu denen unter anderem Robustheit und Temperaturbeständigkeit zählen. Gerade in diesen beiden Gebieten hat Osram Opto Semiconductors jahrzehntelang in Forschung und Entwicklung investiert und verfügt über gewachsenes Know-how, das sich in speziell für Verkehrsmittel entwickelten LED-Produkten widerspiegelt.

Bild 1: Wohlfühllicht auch bei langen Reisen: Die neuen Generationen der Osram LED ist speziell auf die Anforderungen der Transportindustrie abgestimmt.

Bild 1: Wohlfühllicht auch bei langen Reisen: Die neuen Generationen der Osram LED ist speziell auf die Anforderungen der Transportindustrie abgestimmt.Osram

Für Busse und Bahnen (Bild 1) ist beispielsweise die Advanced Power Topled Plus konzipiert – eine Mid-Power-LED, die alle wichtigen Kriterien für die Beleuchtung in Transportmitteln erfüllt: Sie ist kompakt, langlebig, liefert homogenes Licht und bietet eine hohe Effizienz. In Decken- oder Wandleuchten sorgt sie für die Grundhelligkeit in Abteilen oder Wagons. Integriert in Gepäckablagefächern, Trennwänden oder Orientierungsleuchten im Boden bietet sie dem Fahrgast zusätzlichen Komfort. Diese langlebigen und robusten LEDs gibt es in verschiedenen Farben und sie empfehlen sich vor allem für lineare LED-Module wie Lichtleisten.

Speziell für die Akzentbeleuchtung in Bussen und Bahnen eignet sich auch die Mini-Topled-Familie (Bild 2), die den Low-Power-Bereich bedient. Sie ist langzeitverfügbar und besonders robust. Mit der Oslon-Familie sind auch Hochleistungs-LED für Spots in Transportmitteln verfügbar, sowohl im Bereich des sichtbaren Lichts als auch im infraroten Bereich, der für optische Sicherheitssysteme benötigt wird.

Bild 2: Die Mini-Topled kombiniert spezielle Leistungsmerkmale, wie ESD-Festigkeit und verbesserte Korrosionsstabilität mit angenehmem, weißem Wohlfühllicht.

Bild 2: Die Mini-Topled kombiniert spezielle Leistungsmerkmale, wie ESD-Festigkeit und verbesserte Korrosionsstabilität mit angenehmem, weißem Wohlfühllicht. Osram

Im Biorhythmus für mehr Wohlbefinden

Licht hat aber nicht nur reine Beleuchtungsaufgaben, es steuert auch den biologischen Rhythmus des Menschen. So beeinflusst es das Wach- und Schlafverhalten, die Aktivität und Leistungsfähigkeit am Tag und auch die Erholungsphase in der Nacht. Nachgewiesen sind Wirkungen des Lichts unter anderem auf den Kreislauf und die Körpertemperatur, auf Schlafparameter oder auch auf Denk- und Wahrnehmungsvorgänge. Speziell auf langen Reisen gerät der Biorhythmus jedoch manchmal aus dem Gleichgewicht – mit unangenehmen Folgen für das körperliche Wohlbefinden.

Diese negativen Wirkungen kann eine chronobiologisch angepasste Beleuchtung reduzieren. Eine besondere Rolle spielt dabei der Blauanteil des Lichts: Ein hoher Blauanteil steigert beispielsweise die Aufmerksamkeit und die Leistungsfähigkeit, während ein geringer Blauanteil eher beruhigend wirkt und die nächtliche Ruhephase unterstützen kann.

LED-Lichtquellen sind auch hier das Mittel der Wahl, denn unterschiedliche Lichtfarben mit verschiedenen Farbtönen und Blauanteilen sowie unterschiedliche Lichtintensitäten lassen sich leicht realisieren. Aufgrund der geringen Abmessungen von LED und der wählbaren Abstrahleigenschaften gestaltet sich die Lichtmischung sehr einfach. Außerdem sind LEDs komfortabel zu dimmen – durch Pulsweitenmodulation oder Stromdimmung, was eine zusätzliche Energiesparmöglichkeit schafft. Gewünschte Wellenlängenbereiche können durch die Auswahl des entsprechenden Halbleitermaterials oder der Phosphore realisiert werden. Und nur mit LED-Technologie ist eine stufenlose Anpassung von Farbwiedergabeindex (CRI), Farbtemperatur und speziellen Wellenlängenbanden in einer Leuchte auf kleinstem Raum möglich.

Mit Licht den Jetlag mildern

Auch im Transportwesen kann man die chronobiologischen Wirkungen des Lichts nutzen. So entwickelten Partner aus Wissenschaft und Industrie die Grundlagen für eine neue, der Zeit am Zielort angepasste Kabinenbeleuchtung für Flugzeuge. Moderne Flugzeuge bieten ihren Passagieren zwar schon jetzt sanfte Übergänge zwischen Tag und Nacht. Doch mit dem gezielten Einsatz von Farben und Helligkeit lässt sich noch mehr erreichen.

Chronobiologisch angepasstes Licht kann das Wohlbefinden von Passagieren noch weiter verbessern, wie Osram, die Bergische Universität Wuppertal, das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Airbus und Diehl Aerospace in einem gemeinsamen Forschungsprojekt gezeigt haben. Als Leuchtmittel kamen Osram-LEDs in Kombination mit einem Lichtmanagementsystem zum Einsatz. Hiermit lässt sich beispielsweise der Blauanteil im Licht sehr genau dosieren. Die Vorteile einer angepassten Beleuchtung zeigen sich besonders bei Langstreckenflügen über Nacht: Reisende profitieren medizinisch messbar von einem besserem Schlaf sowie einer Steigerung des Wohlbefindens und höherer Aktivität am Zielort.

Am Modell getestet

Für das Forschungsprojekt wurde das Modell einer Flugzeugkabine am Diehl-Standort Nürnberg originalgetreu ausgestattet. In diesem Modell legten 32 Testpersonen innerhalb von sechs Tagen je drei detailgetreu nachgestellte, zehnstündige Flüge in der Nacht zurück. Die Testpersonen wurden in zwei Gruppen unterteilt: Eine Gruppe wurde herkömmlicher Beleuchtung ausgesetzt, das heißt die Anfangsbeleuchtung mit einer Beleuchtungsstärke von 100 lux wurde im Nachtmodus auf 0,1 lux abgesenkt und am Ende des Fluges wieder auf den Anfangswert angehoben.

Bild 3a: Warmweißes Licht mit hohem Rotanteil am Abend sorgt für einen guten Schlaf.

Bild 3a: Warmweißes Licht mit hohem Rotanteil am Abend sorgt für einen guten Schlaf.Osram

Die zweite Gruppe „flog“ mit angepasster Beleuchtung, das heißt, das Licht wurde während der Flüge auf die jeweiligen Flugphasen und -zeiten abgestimmt. Das anfängliche Wohlfühllicht mit einer Beleuchtungsstärke von 50 lux wurde allmählich und stufenlos auf 0,1 lux abgesenkt und am Ende des Fluges ebenso auf 140 lux angehoben. Neben der Beleuchtungsstärke wurden auch die Farbspektren der Tages- beziehungsweise Nachtzeit angepasst, um so den chronobiologischen Rhythmus zu unterstützen.

Dazu steuerte man die verwendeten LED-Module – ein Fünfersystem von RGB, kaltweißen und warmweißen LED – so, dass für die Abend- und Nachtbeleuchtung die warmweißen LED auf einen niedrigen Wert gedimmt wurden beziehungsweise auf eine Mischung aus Rot und Grün. So entsteht ein leicht orangefarbiger Eindruck (Bild 3a). Vorteil ist, dass diese Beleuchtung nahezu ohne Blauanteile realisiert werden kann und sehr entspannend wirkt. Für die aktivierende Beleuchtung wurden hauptsächlich kaltweiße LED mit einer Zumischung von Blau verwendet (Bild 3b).

Bild 3b: Kaltweißes Licht mit hohem Blauanteil am Morgen aktiviert den Körper des Fluggasts.

Bild 3b: Kaltweißes Licht mit hohem Blauanteil am Morgen aktiviert den Körper des Fluggasts.Osram

Der biologische Wirkungsfaktor – ein Maß, wie stark die biologische Wirkung einer Lichtquelle bei gleicher Helligkeit im Vergleich zum Tageslicht ist – ging bei der Nachtbeleuchtung auf 0,13 zurück. Das ist schwächer als eine Kerze. Im Gegensatz dazu lag der biologische Wirkungsfaktor bei der morgendlichen Beleuchtung bei 1,9. Das ist fast doppelt so stark wie Tageslicht, das einen Wert von 1,0 aufweist.

Medizinische Auswertung

Mithilfe von medizinischen Instrumenten wurden verschiedene Befindlichkeiten und Parameter der Testpersonen gemessen und ausgewertet. Dazu gehörten Müdigkeit, Schlafqualität, Stress, Wohlbefinden und Aktivität. Neben Selbst- und Fremdeinschätzungen anhand von Fragebögen wurden außerdem EKG-Messungen vorgenommen, der Spiegel des Schlafhormons Melatonin und des Stresshormons Cortisol erfasst sowie Bewegungssensoren an den Testpersonen eingesetzt.

Während der Entspannungsphase mit warmweißem beziehungsweise orangefarbigem Licht wird die Melatoninproduktion angeregt und auch die Herztätigkeit zeigt einen geringeren Stress, so dass es zu einem entspannten Schlaf während des Fluges kommt. In der aktivierenden Phase mit kaltweißem Licht und hohem Blauanteil wird die Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin unterdrückt. So können die Fluggäste aktiv und frisch am Ziel ankommen.

Wie die Testergebnisse zeigen, kann eine an den chronobiologischen Rhythmus angepasste Beleuchtung die Erschöpfung nach Langstreckenflügen verringern und eine erholsame Ruhephase ermöglichen. Die Studie belegt auch erstmals, dass eine schnellere Anpassung an die Ortszeit und damit eine Verringerung von Jetlag-Symptomen bereits während des Fluges realistisch ist. Geschäftsleute können auf diese Weise von einer höheren Leistungsfähigkeit beim folgenden Business-Meeting profitieren und Touristen erholt und ausgeschlafen ihren Urlaub beginnen.