Beleuchtungsoptimierung

Wie entsteht Lichtflimmern bei LEDs? Wahrnehmung und Auswirkungen

Lichtflimmern bezeichnet eine periodische Änderung der Lichtintensität, die auftritt, wenn eine Lichtquelle nicht mit Gleichstrom betrieben wird, sondern der Strom pulsierend ist. Bei LEDs wird diese Modulation häufig bewusst zur Helligkeitsanpassung eingesetzt, etwa mittels Pulsweitenmodulation (PWM). Dabei wird die Leuchte in sehr kurzen Abständen an- und ausgeschaltet, um die wahrgenommene Helligkeit zu regulieren.

Die technische Charakterisierung von Flimmern erfolgt über die Frequenz der Pulsation und die Modulationstiefe, also den Unterschied zwischen maximaler und minimaler Lichtintensität. Eine LED mit konstantem Gleichstrombetrieb erzeugt volatil ein flimmerfreies Licht, während pulsierende Ströme ein Flimmern hervorrufen können. Das Problem entsteht oft, wenn Leuchten aus Kostengründen oder Effizienzoptimierung nicht mit hochwertigen Betriebsgeräten ausgestattet sind.

• Direkt sichtbares Flimmern tritt bei niedrigeren Frequenzen (bis ca. 90 Hz) auf, wenn das Auge einzelne Lichtpulse noch als getrennt wahrnimmt.
• Bei höheren Frequenzen verschmelzen die Lichtimpulse zu einem scheinbar konstanten Licht.
• Stroboskopeffekte entstehen vor allem in dynamischen Situationen, etwa wenn sich das Auge oder beleuchtete Objekte bewegen – auch bei Frequenzen oberhalb von 90 Hz. Dabei können Bewegungen verzerrt oder mehrfach wahrgenommen werden.

Geisterbilder sind Mehrfachbilder einer Lichtquelle, die bei schnellen Blickbewegungen in Kombination mit gepulstem Licht entstehen.

Diese optischen Effekte können nicht nur irritierend sein, sondern bergen in Industrieumgebungen auch hohe Unfallrisiken. So können beispielsweise rotierende Maschinenteile unter flimmerndem Licht aufgrund von Stroboskopeffekten als scheinbar langsamer, stillstehend oder sogar rückwärts drehend wahrgenommen werden, was zu gefährlicher Fehleinschätzung und schweren Unfällen führen kann.

Gesundheitliche Risiken und gesetzliche Anforderungen

Die Wahrnehmung von Lichtflimmern kann weit über unangenehme optische Effekte hinausgehen. Kurzfristige Folgen, besonders bei Flimmerfrequenzen im Bereich von etwa 3 bis 80 Hz, können epileptische Anfälle auslösen – eine äußerst ernste Gefahr, speziell für gefährdete Personen.

Darüber hinaus gibt es zahlreiche Berichte und Studien, die zeigen, dass auch nicht sichtbares Flimmern (bis zu Frequenzen von etwa 200 Hz) bei empfindlichen Menschen Unwohlsein, Kopfschmerzen, Augenbeschwerden und eine Beeinträchtigung der Sehleistung verursachen kann. Symptome wie Augenbrennen, vermehrter Tränenfluss, Blendempfindlichkeit oder ein Gefühl von „Sandkorn im Auge“ sind häufig. Hinzu kommt eine verminderte Konzentration und eine längere Dauer für visuelle Aufgaben, was die Arbeitsleistung beeinträchtigen kann.

Insbesondere Migränepatienten reagieren oft sehr empfindlich auf flimmerndes Licht, da niedrige Flimmerfrequenzen als besonders irritierend gelten und Migränekopfschmerzen auslösen können. Studien belegen Unterschiede bei der Gehirnaktivität von Betroffenen im Vergleich zu nicht-migräneanfälligen Personen.

• Die gesetzlichen Regelungen im Bereich Arbeitsstättenbeleuchtung (insbesondere ASR A3.4 und DIN EN 12464-1:2021) verlangen, dass Lichtflimmern keine Unfallgefahr oder belastende Ermüdung verursachen darf.
• PstLM (Short-Term Light Modulation) beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der ein durchschnittlicher Beobachter direkt sichtbares Flimmern erkennt. Ein Wert ≤ 1 gilt als Grenzwert.
• SVM (Stroboscopic Visibility Measure) misst die Sichtbarkeit des Stroboskopeffekts bei höheren Frequenzen und sollte laut EU-Richtlinien möglichst unter 0,9 liegen, ab 2024 sogar unter 0,4.

Diese Werte finden sich in den technischen Datenblättern von hochwertigen LED-Leuchten. Allerdings gilt es zu beachten, dass die gesetzlichen Vorgaben meist den nicht gedimmten Betrieb abdecken. Gerade das Dimmen per Pulsweitenmodulation kann das Flimmern verstärken, was bisher noch nicht abschließend reguliert ist.

Praktische Erkennung, Maßnahmen und Fazit

Beschwerden von Mitarbeitenden sind häufig erste Hinweise auf Lichtflimmern, insbesondere wenn sich Symptome erst nach Installation oder Umrüstung der Beleuchtung zeigen. Typische Indikatoren sind:

• Wahrnehmbares Flimmern im Sichtfeld oder der Peripherie
• Mehrfachbilder bei schnellen Blickbewegungen
• Augenbeschwerden und Kopfschmerzen, eine Zunahme von Migräneepisoden

Eine einfache qualitative Prüfung ist, die Lichtquelle seitlich im Winkel von etwa 30° anzuschauen, da das periphere Sehen besonders flimmerempfindlich ist. Ebenso kann die Methode mit schnellen Handbewegungen vor der Lichtquelle angewandt werden – Stroboskopeffekte zeigen sich hier als Mehrfachbilder. Schnelle Augenbewegungen über die Leuchte hinweg können Geisterbilder sichtbar machen.

Für eine technische Beurteilung stehen Messgeräte zur Verfügung, die PstLM und SVM quantifizieren können. Diesen Messungen sollte ein Fachlabor unter definierten Bedingungen durchführen, da Störfaktoren wie Tageslicht Einfluss haben können. Die Deutsche Lichttechnische Gesellschaft (LiTG) stellt eine Gutachterliste für Spezialisten zur Verfügung, die bei der Bewertung helfen.

In der Praxis ist der sicherste Weg zur Flimmerfreiheit die Auswahl von geeigneten LED-Leuchten und Betriebsgeräten, die mit Gleichstrom oder Konstantstrom-Reduzierung arbeiten und nicht mit Pulsweitenmodulation dimmen. Das gilt insbesondere für kritische Arbeitsplätze mit kleinen Details, sich bewegenden Objekten oder Maschinen mit rotierenden Teilen. Organisatorische Maßnahmen, wie z. B. das Arbeiten in Bereichen mit viel Tageslicht, können unterstützend wirken, sind aber kein Ersatz für eine technisch saubere Lösung.

Bei bestehenden Anlagen kann eine phasenverschobene Anschaltung der Leuchten Abhilfe schaffen, ist jedoch nur begrenzt wirksam und für Stroboskopeffekte an rotierenden Maschinenteilen ungeeignet. Im Ernstfall, wenn Stroboskopeffekte beobachtet werden, ist die sofortige Abschaltung der entsprechenden Maschinen in Kombination mit der Beleuchtung zwingend erforderlich, um Unfallgefahren zu vermeiden.

Die Bemusterung und Auswahl von LED-Beleuchtungen sollte gezielt unter Berücksichtigung der Flimmerkennwerte PstLM und SVM erfolgen. Für normale Arbeitsplätze ohne Dimmung gelten Grenzwerte von PstLM ≤ 1 und SVM ≤ 0,9, die ab 2024 sogar weiter verschärft werden. Für Arbeitsplätze mit speziellen Anforderungen, wie dynamischen Sehaufgaben oder bewegten Maschinenteilen, sind nur Leuchten mit konstantem Lichtstrom ohne gepulste Modulation zu empfehlen. Beim Dimmen sollte die Methode der Konstantstrom-Reduzierung bevorzugt werden; PWM-Dimmung ist nach Möglichkeit zu vermeiden, da sie Flimmern verstärken kann.

Darüber hinaus sollten Verantwortliche regelmäßig die Arbeitsplätze hinsichtlich Flimmerrisiken überprüfen und Mitarbeiterbeschwerden ernst nehmen. Nur ein ganzheitliches Vorgehen – von der Auswahl der Leuchte über die Installation bis zur regelmäßigen Wartung und Bewertung der Netzqualität – gewährleistet nachhaltige Sicherheit und gesundheitliche Unbedenklichkeit.

Moderne LED-Technik ermöglicht energieeffiziente Beleuchtung mit sehr guter Lichtqualität – doch nicht jede LED-Lampe oder jedes Betriebsgerät hält die Anforderungen an Flimmerfreiheit ein. Die Folgen von Lichtflimmern reichen von unangenehmen Symptomen über verminderte Leistung bis hin zu ernsthaften Unfallgefahren.

Um diese Risiken zu minimieren, brauchen Unternehmen fundiertes Wissen zur Entstehung, Wahrnehmung und Bewertung von Lichtflimmern. Entsprechende gesetzliche Vorgaben und technische Kennwerte bieten hierbei Orientierung. Die Auswahl hochwertiger, flimmerfreier Beleuchtungslösungen, insbesondere an kritischen Arbeitsplätzen, ist essenziell. Zudem müssen Beschwerden von Beschäftigten ernstgenommen und Arbeitsplätze gegebenenfalls fachkundig untersucht werden.

Als Full-Service-Partner im Bereich Beleuchtung unterstützt Lewero mittelständische Unternehmen bei der Planung, Auswahl und Umsetzung energieeffizienter und gesundheitsfreundlicher Beleuchtungslösungen. So wird nicht nur Energie gespart, sondern auch die Sicherheit und das Wohlbefinden der Mitarbeitenden nachhaltig gesteigert.

Quellen: https://www.tu-ilmenau.de/fileadmin/Bereiche/MB/lichttechnik/Literatur/2022_2023/Praevention_bei_Lichtflimmern_2023_06_30.pdf
Bearbeitet von TU Ilmenau, Fakultät Maschinenbau, Fachgebiet Lichttechnik
Quelle der Studie: BG ETEM (Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse)
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