Ergonomieabsicherung im Fahrzeug mittels Mixed Reality: Beeinflussung der Sitzposition durch die Vorgehensweise bei der Sitzeinstellung

Autoren: Stephan Lorenz, Ralf Kaiser, Ernst Assmann, Florian Engstler, Rolf Zöllner

Schlüsselwörter: Virtual Reality, Mixed Reality, Ergonomieabsicherung im Fahrzeug, Sitzposition

Zusammenfassung

An einem konkreten industriellen System werden Grundlagenuntersuchungen zur Prozessintegration von Virtual Reality in die Ergonomie-Absicherung im Fahrzeug durchgeführt. Hierzu wird die Sitzposition im Virtual Reality System und im Realfahrzeug verglichen. Der Einfluss verschiedener Vorgehensweisen auf die Sitzposition wird untersucht und damit eine Vorgehensweise entwickelt, mit der Probanden in diesem System trotz systembedingter Störeinflüsse eine dem Realfahrzeug vergleichbare Sitzposition einnehmen.

Praktische Relevanz

Die vorliegende Studie liefert mit Grundlagenversuchen zur Wahl einer realistischen Sitzposition in Mixed Reality Systemen eine Vorgehensweise für deren Einsatz in Ergonomieuntersuchungen an Fahrzeugen. Das Ergebnis ist spezifisch für die konkrete Versuchsumgebung, die Methode der Untersuchung kann aber auf andere Bedingungen übertragen werden.
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Beitrag psychologischer Erkenntnisse und Methoden zur Bewertung von Fahrerassistenzsystemen (FAS)

Autoren: Wolfgang Fastenmeier und Herbert Gstalter

Schlüsselwörter: Fahraufgaben, Anforderungsanalyse, Fahrerassistenzsysteme, Nutzenabschätzung, Fahrer-Fahrzeug-Schnittstelle

Zusammenfassung

Der Beitrag diskutiert Problembereiche, Gestaltungsaufgaben und psychologische Erkenntnisse bei Entwurf und Konstruktion von Fahrerassistenzsystemen (FAS). Bislang existiert kein Standardverfahren, um Nutzen und Risiko neuer FAS identifizieren und bewerten zu können. In einer beispielhaften Anwendung der Fahraufgabenmethodik SAFE werden Anforderungen an den Fahrer verglichen, je nachdem, ob sie mit oder ohne FAS bewältigt werden müssen und wie sich die FAS-Komponenten auf Komplexität und Risiko einzelner Teilaufgaben auswirken. Effekte ergaben sich nicht nur in einer verdichteten Bewertung, sondern ließen sich auch in einzelnen Anforderungskategorien nachweisen. Somit erscheint eine Methodik wie SAFE auch gut für solche Zwecke einsetzbar

Praktische Relevanz

FAS verändern die Aufgabenteilung zwischen Fahrer und Fahrzeug und modifizieren dadurch die mentalen und psychomotorischen Leistungen, mit denen der Fahrer die jeweiligen Fahraufgaben bewältigt. Eine Fahraufgaben- und Anforderungsanalyse mit SAFE erlaubt nicht nur eine prospektive Nutzen- und Risikobewertung eines FAS unabhängig von Fahrerbeobachtungen in Simulator- und Feldstudien, sondern ist auch als iteratives Design-Werkzeug einsetzbar, mit dem verschiedene Spezifikationen des Fahrer-Fahrzeug-Systems modelliert und bewertet werden können.
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Wie beurteilt man sicherheitskritische Fahrerassistenzsysteme?
Darstellung einer Fahrsimulatorstudie

Autoren: Nicola Fricke, Mónica De Filippis und Manfred Thüring

Schlüsselwörter: Fahrerassistenzsystem, Fahrsimulator, Kollisionswarnung

Zusammenfassung

Am Beispiel von Kollisionswarnungen wird die Notwendigkeit der Erfassung von spontanem Fahrverhalten zur Beurteilung sicherheitskritischer Fahrerassistenzsysteme dargelegt. Zudem werden die Ergebnisse der Untersuchung verschiedener Kollisionswarnungen mittels einer Fahrsimulatorstudie anhand gängiger abhängiger Variablen wie Bremsreaktionszeit und Anzahl der Kollisionen aber auch neuartiger Betrachtungsweisen wie Reaktionsmuster berichtet. In der hier dargestellten Studie werden die Warntypen „einfacher Ton“, „räumlicher Ton“, „räumliches Geräusch“ und „keine Warnung“ aufgrund dieser Parameter beurteilt. Es zeigen sich Vorteile der einfachen Tonwarnung in den gängigen Parametern, hingegen Hinweise auf angemessenere Reaktionen durch die neuartigen, räumlichen Warnungen.

Praktische Relevanz

Mit dem Beitrag wird die Untersuchungsmethode der Erfassung spontaner Fahrreaktionen in einem Fahrsimulator vorgestellt, welche es erlaubt Schlussfolgerungen über die Nützlichkeit sicherheitskritischer Fahrerassistenzsysteme - am Beispiel Kollisionswarnungen - zu ziehen. Neben traditionellen Variablen wie Bremsreaktionszeit und Anzahl der Kollisionen wird auch eine einfache Analyse der Reaktionsmuster dargestellt. Der arbeitswissenschaftliche Praktiker erhält anhand der dargestellten Vorgehensweise und der Diskussion der Studie und ihrer Ergebnisse Erkenntnisse für die Gestaltung und Beurteilung sicherheitskritischer Fahrerassistenzsysteme.
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Mastercontroller als neues Bedienkonzept für Lokomotiven und Triebfahrzeuge im grenzüberschreitenden Verkehr

Autoren: Manfred Rentzsch, Denis Seliger

Schlüsselwörter: Eisenbahnverkehr, Ergonomie, Führertisch, Mastercontroller

Zusammenfassung

Zum Steuern von schienengebundenen Fahrzeugen werden das Fahren und Bremsen sowie die Überprüfung der Wachsamkeit in einem Bedienelement, dem sog. Mastercontroller als neues Bedienkonzept vereinigt. Dieses multifunktionale Bedienelement wurde auf einem Führertisch für Lokomotiven und Triebfahrzeuge installiert und von Lokführern verschiedener europäischer Bahnen getestet. Mastercontroller und Design des Führertisches werden positiv beurteilt und finden die Akzeptanz der Lokführer.

Praktische Relevanz

Es wurde ein Führertisch für Schienenfahrzeuge entwickelt und erfolgreich getestet, der für den grenzüberschreitenden Schienenverkehr geeignet ist und eine optimale Beanspruchung des Lokführers gewährleistet. Weiterhin sind gesicherte arbeitswissenschaftliche und technische Erkenntnisse zur Überarbeitung einer UIC-Richtlinie für die Gestaltung von Führerräumen von Lokomotiven und Triebfahrzeugen abgeleitet worden.

Menschmodelle in der PKW Entwicklung

Autoren: Ernst Assmann, Ralf Kaiser, Florian Schaller, Peer-Oliver Wagner

Multimodalität bei Anzeige- und Bedienkonzepten im Fahrzeug – ein Ansatz zur Akzeptanzsteigerung der Sprachbedienung?

Autoren : Michael Mischke, Werner Hamberger und Birgit Spanner-Ulmer

Leistungsmodell für den Transport instabiler Gegenstände

Autoren : Marianela Diaz-Zeledon und Kurt Landau 

Ausgabe 2/2008

Integration arbeitswissenschaftlicher Aspekte in ein lebenszyklusorientiertes Produktmanagement

Autor: Klaus J. Zink und Dunja B. Eberhard

Schlüsselwörter: Produktergonomie, Produktionsergonomie, Produktentwicklung, Produktlebenszyklus, Produktmanagement

Zusammenfassung

Die schon seit längerer Zeit veränderten rechtlichen Rahmenbedingungen (z.B. in Deutschland das Kreislaufwirtschaftsgesetz) machen es erforderlich, ein neues Konzept eines integrativen Produktmanagements zu realisieren. Am Beispiel der Modularisierung kann gezeigt werden, dass eine derartige Integration (bezogen auf die Schaffung organisatorischer Voraussetzungen und lebenszyklusorientierter Prozessentwicklung) es ermöglicht, bisher nicht oder nur in begrenztem Maße genutzte Vorteile auf Seiten des Unternehmens wie auch seiner Anspruchsgruppen (Stakeholder) entstehen zu lassen. Die Lebenszyklusbetrachtung erhöht zwar die Komplexität des Produktentwicklungsprozesses, bietet dafür aber eine Reihe ökonomischer Vorteile für Hersteller und Kunden aber auch qualitative Vorteile für die Mitarbeiter durch verbesserte Arbeitsbedingungen.

Praktische Relevanz

Die Produktentwicklung wird in der jüngeren Vergangenheit auch verstärkt durch gesetzliche Rahmenbedingungen im Kontext der Nachhaltigkeitsdiskussion (z.B. das „Kreislaufwirtschaftsgesetz“) geprägt. Darüber hinaus werden die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit der Produkte für produzierende Unternehmen zunehmend als Differenzierungsmerkmal am Markt erkannt. Auch im Hinblick auf die demografische Entwicklung kommt dem Thema Gebrauchstauglichkeit eine wachsende Bedeutung zu. Dies führt zu erweiterten Anforderungen an die Produkt- und Prozessgestaltung.

Programme in Menschengestalt: Digitale Menschmodelle für CAx- und PLM-Systeme

Autor: Jens Mühlstedt, Hans Kaußler und Birgit Spanner-Ulmer

Schlüsselwörter: digitale Menschmodelle, rechnergestützte Konstruktion (CAD, CAx), Produktlebenszyklusmanagement (PLM), Produktgestaltung, Prozessgestaltung

Zusammenfassung

Digitale Menschmodelle sind wichtige Werkzeuge der Produkt- und Prozessentwicklung. In diesem Beitrag wird der Stand der Technik der Modelle, die in CAx- oder PLM-Systemen eingesetzt werden, dargelegt. Wichtige Eigenschaften der einzelnen Modelle sowie eine zusammenfassende Einschätzung der Vor- und Nachteile werden vorgestellt.

Praktische Relevanz

In der Forschung und Entwicklung von Unternehmen und an Hochschulen sind digitale Menschmodelle als „Werkzeuge“ im Einsatz und sollen zukünftig verstärkt eingesetzt werden mit dem Ziel, die Wirtschaftlichkeit durch eine ergonomische Produkt- und Produktionsgestaltung zu verbessern. Dieser Beitrag stellt einen Vergleich der wichtigsten Modelle an und liefert somit Hinweise für den Einsatz in der Praxis.

Persönliche Ziele, Organisationsziele und Indikatoren der Arbeitsbeanspruchung

Autor: Klaus-Helmut Schmidt und Barbara Neubach

Schlüsselwörter: Person-Organisation-Passung, Zieldivergenz, Burnout

Zusammenfassung

Aufbauend auf empirischen Befunden der Literatur zur Passung zwischen Personen- und Organisationsmerkmalen ging die vorliegende Studie der Frage nach, ob die Divergenz zwischen persönlich verfolgten Zielen und Zielen der Organisation einen eigenständigen spezifi schen Einfl uss auf Indikatoren der psychischen Beanspruchung ausübt. Zur Beantwortung dieser Frage wurde ein Maß der Zieldivergenz in Kombination mit traditionellen Formen der Arbeitsbelastung in seinen Beanspruchungswirkungen untersucht. Die bei Beschäftigten einer großen Landesverwaltung erhobenen Daten belegen, dass die Zieldivergenz signifi kante zusätzliche Varianzanteile in Indikatoren der psychischen Beanspruchung aufklären. Mit einer Zunahme der Zieldivergenz geht ein Anstieg der psychischen Beanspruchung einher. Die zur diskriminanten Validierung dieser erwarteten Zusammenhänge zusätzlich erhobenen muskuloskelettalen Beschwerden spiegeln als Indikator physischer Beanspruchung dagegen keine vergleichbar starken Einfl üsse der Zieldivergenz wider.

Praktische Relevanz

Die adversen Wirkungen der Zieldivergenz auf Indikatoren der psychischen Beanspruchung legen bestimmte Strategien zur Verbesserung der Passung zwischen persönlichen Zielen und Zielen der Organisation nahe. Dies kann erreicht werden, in dem man (a) die Ziele der Organisation im Prozess der Personalrekrutierung klar und verständlich kommuniziert, (b) die persönlichen Ziel- und Werteprofi le der Bewerber im Rahmen von Personalauswahlverfahren erfasst und mit den Organisationszielen vergleicht, sowie (c) organisationsinterne Sozialisationsprozesse fördert, die eine präzise Vorstellung vom Auftrag und den Zielen der Organisation vermitteln.

Eine Validierungsstudie des EFQM-Modells für Excellence aus arbeitspsychologischer Perspektive

Autor: Sylvie Vincent

Schlüsselwörter: Validierungsstudie, EFQM-Modell, Total Quality Management, Arbeitswissenschaft, Arbeitspsychologie

Zusammenfassung

Im Zentrum der vorliegenden Studie steht die Frage, ob der Total-Quality-Management-Ansatz originär arbeitswissenschaftliche Konzepte integriert, die die Gesundheits- und Persönlichkeitsförderlichkeit, als Zielsetzung humaner Arbeit, intendieren. Eine Analyse der Inhalte des europäischen Referenzmodells zur Implementierung von Total-Quality- Management-Strategien der European Foundation for Quality Management (EFQM) soll Aufschluss darüber geben, ob anhand des Modells tatsächlich Aspekte gemessen werden, die sich auf die Gesundheits- und Persönlichkeitsförderlichkeit der Arbeit beziehen. Kern der Untersuchung bilden Interviews zu den mitarbeiterbezogenen EFQM-Kriterien mit 25 Mitarbeitern eines Transport- und Logistikunternehmens in der Schweiz. Mittels einer Kombination von qualitativen und quantitativen Auswertungstechniken wurden 15 arbeitspsychologische Konstrukte aus dem Datenmaterial extrahiert und anhand der Multitrait-Multimethod-Methode nach Campbell und Fiske (1959) auf ihre Konstruktvalidität hin überprüft. Den Ergebnissen zufolge bilden arbeitswissenschaftliche Konzepte de facto einen integralen Bestandteil des Modells. Dies lässt den Schluss zu, dass das EFQM-Modell in seiner Funktion als Analyseinstrument potenziell geeignet ist, einen Beitrag zur Gesundheits- und Persönlichkeitsförderlichkeit der Arbeit zu leisten. Praktische Relevanz

Praktische Relevanz

Die Ergebnisse weisen einen Weg, der Forderung, gesundheitsbezogene Interventionen in ganzheitliche betriebliche Managementsysteme zu integrieren, gerecht zu werden. Ferner lassen die Ergebnisse den Schluss zu, dass die Synthese von Arbeitswissenschaft und Total Quality Management Synergiepotenziale freisetzt, indem die Integration praxisbezogener ar-beitspsychologischer Konzepte, wie die Betriebliche Gesundheitsförderung, in einen übergeordneten ganzheitlichen Qualitätsförderungsansatz ermöglicht wird.

Simulatortrainings für Prozesskontrolltätigkeiten am Beispiel von Raffinerien: Psychologische Trainingsprinzipien für die Praxis

Autor: Annette Kluge, Kerstin Schüler und Dina Burkolter

Ausgabe 3/2008

Vorschau der Bewegungstrajektorie in Fahrzeugen mittels kontaktanaloger Anzeige: Evaluation mittels Registrierung der Blickbewegungen

Autoren: Christian Lange und Heiner Bubb

Schlüsselwörter: Blickerfassung, Fahrerassistenz, kontaktanaloges Head-Up-Display

Zusammenfassung

Zu Beginn der Arbeit werden Blickkennwerte aufgeführt und erläutert, mit deren Hilfe Fahrerassistenz- und –informationssysteme beurteilt werden können. Dabei werden zunächst Kennwerte gezeigt, welche die Ablenkungswirkung von derartigen Systemen beschreiben. Bei der Bestimmung der Ablenkungswirkung anhand dieser Kennwerte ist es wichtig, dass stets alle Werte zusammen betrachtet und deren Bedeutung gegeneinander abgewogen wird, da man aufgrund der isolierten Betrachtung eines einzigen Wertes zu falschen Schlüssen kommen kann. Daraufhin werden Kennwerte beschrieben, welche Indikatoren für die Beanspruchung des Fahrers sind und die sich entsprechend einer Be- oder Entlastung des Fahrers signifikant verändern. Ein Beispiel ist die visuelle Suchaktivität, welche mit zunehmender Beanspruchung abnimmt. Im Anschluss daran wird aufgezeigt, wie die Berechnung dieser Kennwerte aus den im Versuch gewonnenen Rohdaten softwaretechnisch unterstützt werden kann. Hierzu wird im Rahmen der vorliegenden Studie das Blickerfassungssystem Dikablis verwendet. Das leichte und komfortable System ist kopfbasiert und erlaubt das Blickfeld und das linke Auge zu registrieren. Der Vorteil dieses Systems besteht darin, dass sowohl das Blickfeldvideo als auch das Augenvideo gespeichert werden, wodurch man auch nach dem Versuch vollen Zugriff auf die Blickdaten hat. Dies erlaubt beispielsweise eine Kalibrierung der Blickdaten sowie das Durchführen der Pupillenerkennung auch nach einem bereits abgeschlossenen Versuch. Dadurch lassen sich die gewonnenen Blickdaten qualitativ hochwertig aufbereiten, wodurch eine exakte Bestimmung der Kennwerte zur Ablenkungswirkung und zur Beanspruchung möglich ist. Blickzuwendungsintervalle auf Zuwendungszonen, den so genannten „Areas of Interest“ (AOI) werden mittels einer Triggerfunktionalität codiert. Hierzu drückt der Anwender immer dann eine vorab definierte Taste, wenn sich der Blick des Probanden in dem entsprechenden AOI befindet. Diese Zuwendungsintervalle werden zeitlich synchron zu dem Blickvideo in einer Textdatei gespeichert, in der sich auch die Kalibrierinformationen sowie die x- und y-Koordinaten des Pupillenmittelpunktes befinden. Diese Textdatei wird dann zur Bestimmung der Ablenkungs- und Beanspruchungskennwerte ausgelesen. Am Beispiel einer kontaktanalogen Voranzeige der Führungsgröße für das Führen des Fahrzeuges, die eine Vorschau über die Bewegungstrajektorie des Fahrzeuges gibt, wird demonstriert, wie man die aufgeführten Blickkennwerte zur Evaluierung von Fahrerassistenzsystemen verwenden kann. Dafür werden zwei Varianten dieses Assistenzsystems im statischen Fahrsimulator des Lehrstuhls für Ergonomie der TU-München implementiert. Bei der als „bar“ bezeichneten Variante, wird dem Fahrer über einen kontaktanalog auf der Straße liegenden Balken, welche immer in einer Entfernung von 1,5s mal der aktuell gefahrenen Geschwindigkeit vor dem Fahrzeug angezeigt und entsprechend dem aktuellen Lenkwinkel seitlich ausgelenkt wird, die zukünftige Bewegungstrajektorie angezeigt. Bei der Variante „tube“ werden zusätzlich die den Fahrschlauch begrenzenden seitlichen Linien des Balkens bis zur Vorderkante des eigenen Fahrzeuges verlängert. Somit wird dem Fahrer noch zusätzlich die zukünftige vom eigenen Fahrzeug überstrichene Fläche auf der Fahrbahn angezeigt. Diese beiden Varianten werden zusammen mit einer Baselinemessung, welche das normale Fahren ohne Assistenz wiedergibt, von insgesamt 27 Probanden gefahren. Während der Fahrt werden das Blick- und Fahrverhalten erfasst. Nach dem Versuch werden alle Varianten hinsichtlich der empfundenen Beanspruchung und deren Einfluss auf die Konzentration auf die Fahraufgabe beurteilt. Die Auswertung der Blickdaten zeigt einen deutlichen Einfluss der kontaktanalogen Anzeigen auf das Blickverhalten. Es ergibt sich eine signifikante Reduzierung der visuellen Suchaktivität sowie eine Verschiebung der Aufmerksamkeit hin auf die kontaktanaloge Darstellung, wenn die Probanden mit den beiden Assistenzvarianten fahren. Zählt man jedoch die Blicke auf die kontaktanaloge Anzeige zu den verkehrsrelevanten Straßenblicken, führen beide Assistenzvarianten dazu, dass insgesamt mehr auf die Straße geblickt wird. Die Bestimmung der empfundenen Beanspruchung mittels des NASA TLX Fragebogens ergibt, dass keine der beiden Assistenzvarianten einen Einfluss auf diesen Kennwert hat. Die Frage nach der Konzentration auf die Fahraufgabe zeigt, dass sich die Probanden offensichtlich durch die zusätzlichen Anzeigeninhalte bei der Variante „tube“ vom Verkehrsgeschehen abgelenkt fühlen. Dies impliziert, dass kontaktanaloge Anzeige so reduziert wie möglich zu gestalten sind. Zudem zeigt eine Auswertung der Fahrleistungsmaße, dass beide kontaktanalogen Anzeigen einen positiven Einfluss auf die Spurhaltegüte haben, jedoch die gefahrene Geschwindigkeit nicht beeinflussen. Im Ausblick wird abschließend diskutiert, wie derartige kontaktanalogen Anzeigen hinsichtlich des Wahrnehmungsphänomens der Inattentional Blindness abgesichert werden können. Bei diesem Phänomen hat der Fahrer seinen Blick zwar auf die Straße gerichtet, seine Aufmerksamkeit ist jedoch durch die kontaktanaloge Anzeige so gebunden, dass er wichtige Veränderungen in der Verkehrsszene, wie beispielsweise ein schlagartig bremsendes, vorausfahrendes Fahrzeug, nicht wahrnimmt.

Praktische Relevanz

Es wird eine Methode vorgestellt, die es erlaubt, Fahrerassistenzsysteme mit Hilfe der Blickerfassungstechnik zu evaluieren. Ferner werden mit dieser Methode statistisch abgesicherte, arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse für eine kontaktanaloge Ausgabe eines Fahrerassistenzsystems erarbeitet und vorgestellt.

Bestimmung und Darstellung der visuellen Aufmerksamkeitsverteilung im realen 3D Raum: Mögliche Implikationen für die Schnittstellengestaltung

Autoren: Gerhard Rinkenauer und Marc Grosjean

Schlüsselwörter: Fokussierte Aufmerksamkeit, Flankierreiz-Kompatibilitätseffekt, Aufmerksamkeitsverteilung, Gestaltung von 3D Schnittstellen

Zusammenfassung

Nahezu alle Aufmerksamkeitstheorien nehmen an, dass visuell-räumliche Aufmerksamkeit als eine Art Fenster innerhalb des Gesichtsfelds beschrieben werden kann. Eine zentrale Fragestellung ist dabei, wie die Größe des Aufmerksamkeitsfensters mit der Selektion von visueller Information innerhalb einer einzelnen Fixation zusammenhängt. Das Aufmerksamkeitsfenster wird hierbei oft als eine Art Scheinwerfer beschrieben und es wird angenommen, dass Reize, die sich im Lichtkegel dieses Scheinwerfers befinden, bevorzugt verarbeitet werden. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Größe des Aufmerksamkeitsfensters je nach Anforderungen variiert werden kann. Die Ausdehnung des visuellen Aufmerksamkeitsfensters bei kurzen Fixationsdauern spielt eine wichtige Rolle bei angewandten Fragestellungen. Zum Beispiel baut das Konzept des „useful field of view“ auf dieser Annahme auf und es gibt starke Evidenz dafür, dass die Performanz bei der Mensch-Maschine-Interaktion (z. B. Unfallrisiko beim Autofahren) mit der Größe des Aufmerksamkeitsfensters zusammenhängt. Erstaunlicherweise ist trotz der immensen Forschung zu Aufmerksamkeitsphänomenen fast ausschließlich die frontale Ebene zur Sehachse untersucht worden (z. B. Bildschirmebene), kaum jedoch die Aufmerksamkeit in der Tiefe und somit im 3D Raum. Neuere Untersuchungen sprechen dafür, dass es Unterschiede in der Zuweisung von Aufmerksamkeit in 2D und 3D Umgebungen gibt. Ziel der vorliegenden Studie war daher, die Ausdehnung des Aufmerksamkeitsfensters in die Tiefe zu ermitteln. Hierzu wurde das sogenannte Flankierreiz-Paradigma verwendet. In der typischen Ausführung dieses Paradigmas in der 2D Ebene besteht die Reizkonfiguration aus einem Zielreiz, neben dem seitlich Flankierreize angeordnet sind. Dabei lautet die Instruktion beispielsweise, die linke Taste zu drücken, wenn der zentrale Reiz ein X ist, und die rechte Taste zu drücken, wenn der zentrale Reiz ein O ist. In kompatiblen Durchgängen sind Zielreiz und Flankierreiz identisch (z. B. XXX), in inkompatiblen Durchgängen sind Zielreiz und Flankierreiz nicht identisch (z. B. OXO). Man findet, dass die Reaktionszeiten (RT) bei inkompatiblen (RTinkomp) Durchgängen länger sind als in den kompatiblen (RTkomp). Dieser Reaktionszeitunterschied wird als „Flanker Compatibility Effekt“ (FCE = RTinkomp – RTkomp) bezeichnet. Der FCE ist typischerweise hoch, wenn die Flankierreize nahe am Zielreiz angeordnet sind, nimmt graduell mit zunehmender seitlicher Distanz (Exzentrizität) der Flankierreize ab, und verschwindet ganz, wenn die Flankierreize außerhalb des Aufmerksamkeitsfensters präsentiert werden. Somit kann der FCE als ein Indikator für räumliche visuelle Aufmerksamkeit gesehen werden, mit dessen Hilfe die Weite des Aufmerksamkeitsfensters abgetastet werden kann. Um die Tiefenausdehnung des Aufmerksamkeitsfensters beurteilen zu können wurde in unserer Untersuchung zusätzlich zur Exzentrizität auch die relative Tiefe der Flankierreize zum Zielreiz manipuliert. Hierzu wurden mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels zwei Bildschirmebenen in unterschiedlichen Tiefen (185 cm und 222 cm) deckungsgleich dargestellt. Durch diesen Aufbau war es möglich Reizkonfigurationen zu erzeugen, in denen die Flankierreize auf einer Ebene vor oder hinter dem Zielreiz oder auf der gleichen Ebene wie der Zielreiz präsentiert wurden. Die Sehwinkel der Reize wurden dabei konstant gehalten und die Tiefenebene des Zielreizes wurde zu Beginn eines Durchgangs durch einen Fixationsreiz angezeigt. Aus den erhobenen Reaktionszeitdaten wurden die FCEs für die jeweiligen Exzentrizitäten und relativen Tiefen der Flankierreize bestimmt. Zur besseren Visualisierung der Aufmerksamkeitsverteilung wurden die FCEs normalisiert als Funktion von Exzentrizität und relativer Tiefe als Konturplots dargestellt. Es wurden zusätzliche Analysen für schnelle und langsame Reaktionen durchgeführt um beurteilen zu können, inwieweit sich die Aufmerksamkeitsverteilung über die Zeit verändert. Insgesamt sprechen unsere Befunde dafür, dass die Verteilung der Aufmerksamkeit sowohl in der Ebene als auch in der Tiefe begrenzt ist. In unserer Studie zeigt sich dabei, dass in einem engen Bereich um die Tiefenachse eine Art Aufmerksamkeitstunnel entsteht, in dem die Aufmerksamkeit über den gemessenen Tiefenbereich konstant verteilt ist. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Aufmerksamkeitsverteilung bei schnellen Reaktionen hinter dem Zielreiz breiter ist als vor dem Zielreiz. Für langsame Reaktionen hingegen manifestiert sich eher eine symmetrische Aufmerksamkeitsverteilung. Diese Befunde könnten dafür sprechen, dass das Aufmerksamkeitssystem eine bestimmte Zeit benötigt, um auf einen Reiz in der Tiefe zu fokussieren und dass der Aufmerksamkeitsfokus über die Zeit von einer beobachter- zu einer objektzentrierten Ausrichtung wechselt. Dieses Phänomen bedarf jedoch noch weiterer Untersuchungen.

Praktische Relevanz

Die Befunde dieser Studie sind von praktischer Relevanz für die Gestaltung von 3D Anzeigen bei denen die angezeigten Informationen innerhalb einer einzelnen Fixation erfasst werden können, so wie es häufig bei der Überwachung von Anzeigen im Luft- und Bodenverkehr erforderlich ist. Die hier verwendete Methode scheint uns vor allem für die Gestaltung von 3D Inhalten beispielsweise bei stereoskopischen Head-Up-Displays geeignet zu sein. Die Bestimmung der Aufmerksamkeitsverteilung in der Tiefe könnte dabei helfen, die optimalen Positionen für Anzeigeinhalte um die Tiefenachse zu bestimmen, so dass das Risiko von Interferenzen zwischen unterschiedlichen Informationen minimiert werden kann.

Grenzen der CCD-Miniaturisierung

Autoren: Nicolas Rohner und Roman Boutellier

Schlüsselwörter: Miniaturisierung, Optik, CCD, Fotographie, Technologiegeschwindigkeit, Technologiemanagement

Zusammenfassung

In der heutigen Fotographie ist der CCD-Sensor die dominante Technologie für die Bildaufzeichnung. Die großen Fortschritte der Miniaturisierung in der Vergangenheit führten zu diesem Erfolg. Bei den Kompaktkameras, welche mit über 120 Millionen verkauften Einheiten 2007 das größte Marktsegment bilden, zeigt sich jedoch ein technisches Dilemma. Einerseits hat die Bildqualität der aktuellen Kameras bereits ein so hohes Niveau erreicht, dass weitere Fortschritte für die Kunden praktisch keinen Vorteil mehr bringen. Andererseits zeigt die Erfahrung, dass die Pixelgröße der Kameras nicht unter 3 μm fallen sollte, da sonst Nebeneffekte der Miniaturisierung die Bildqualität stören. Die durchschnittliche Größe der Pixel fiel jedoch bereits 2003 unter diese Grenze, was dazu führte, dass einige neue Modelle eine schlechtere Bildqualität aufweisen, als ihre Vorgänger. Die Probleme der Abbildungsqualität haben zwei Hauptursachen: Die einzelnen Pixel auf den CCDs sind mittlerweile derart klein, dass zu wenig Licht auf ein einzelnes Pixelelement fällt. Die einzelnen Pixel beginnen ein digitales Verhalten zu zeigen. Entweder registrieren diese ein einfallendes Photon oder nicht, Farbnuancen werden wenig differenziert erfasst. Zusätzlich verhindern Beugungseffekte weitere Verbesserungen der Abbildungsqualität. Das durch das Objektiv eintretende Licht wird abgelenkt, anstelle eines Punktes erzeugt jeder Lichtstrahl eine Scheibe, die Airy-Disk. Je größer die verwendete Blende bei der Bildaufnahme, umso größer wird diese Airy-Disk. Die eintretenden Bildinformationen enthalten so oft bereits weniger Bilddetails, als dies die CCDs aufzeichnen könnten. Bei aktuellen Spiegelrefl exkameras tritt dieser Effekt ab Blende 9 und bei Kompaktkameras bereits ab Blende 3 auf. Die CCD-Sensoren stoßen an physikalische Grenzen. Linsen mit größeren Durchmessern würden dieses Problem verbessern, jedoch lassen sich diese oft nicht in die kleinen Geräte integrieren. Diese Phänomene sind bereits seit einiger Zeit bekannt, jedoch zeigt eine Analyse der technischen Merkmale von über 1000 Digitalkameras seit 1996, dass es sich hierbei um ein industrieweites Problem handelt. Im Gegensatz zu den Kompaktkameras sind die Spiegelreflexkameras noch weniger von diesen Effekten betroffen. Einerseits, weil qualitativ hochwertigere Objektive verwendet werden und andererseits, weil die Miniaturisierung weniger weit fortgeschritten ist. Die Objektive weisen größere Durchmesser auf und die CCD-Fläche ist um ein Vielfaches größer, als bei den Kompaktkameras. Die beiden Marktsegmente, Kompaktkameras für den Massenmarkt und Spiegelreflexkameras für anspruchsvolle Fotographen befi nden sich in unterschiedlichen Stadien. Während im professionellen Umfeld die technische Entwicklung fortschreitet und die Anforderungen der Fotographen immer besser erfüllt werden, sind bei den Kompaktkameras physikalische Grenzen vermehrt leistungsbeschränkend. Zusätzlich besteht nur in wenigen Situationen ein Bedarf nach mehr Auflösung und besserer Abbildungsqualität. Zudem arbeiten die Hersteller von Mobiltelefonen daran ihre Kameramodule stetig zu verbessern und verkleinern so den Abstand zu den Kompaktkameras laufend. Das Segment für die Kompaktkameras kommt so von zwei Seiten unter Druck und wird sich in Zukunft wohl verkleinern.

Praktische Relevanz

Die Produktergonomie sucht einen Kompromiss zwischen den Fähigkeiten der Menschen und deren Bedürfnissen. Dies ist für die Vermarktung von Produkten von zentraler Bedeutung. Das Marketing kann menschliche Bedürfnisse teilweise beeinflussen, was sich auch negativ auswirken kann, wenn wie im Fall von Digitalkameras Erwartungen geweckt werden, die technisch nicht machbar sind. Der technologische Fortschritt hat seine Grenzen erreicht. Für Hersteller und Kunden ergeben sich daraus unterschiedliche Konsequenzen. Während Hersteller angewiesen sind ihren Fokus im Marketing und in der Entwicklung zu überdenken, stellt sich für die Kunden die Frage ob die Anzahl Pixel als Qualitätsmaß nicht längst überholt ist.

Verbessern Multi-View Röntgensysteme die Interpretation von Röntgenbildern bei den Sicherheitskontrollen im Flughafen?

Autoren: Claudia Christina von Bastian, Adrian Schwaninger und Stefan Michel

Schlüsselwörter: Luftfahrtsicherheit, Darstellungstechnologien, Mensch-Maschine Interaktion, Objekterkennung, Visuelle Psychophysik, Röntgenbildaufnahme

Zusammenfassung

In der Luftfahrtsicherheit ist das Röntgen von Gepäckstücken bei der Sicherheitskontrolle eines der Hauptelemente zur Prävention terroristischer Anschläge. Es wurden große Investitionen in neue Technologien getätigt, wie zum Beispiel in Multi-View Röntgensysteme. Dabei handelt es sich um Röntgengeräte, die aufgrund multipler Röntgenstrahlen mehrere Röntgenbilder von einem Gepäckstück erstellen, sodass die Mitarbeitenden der Sicherheitskontrolle von diesem Gepäckstück mehrere Ansichten betrachten können. Die Erkennung verbotener Gegenstände in Röntgenbildern von Gepäckstücken hängt einerseits von wissensbasierten, andererseits von bildbasierten Faktoren ab (Hardmeier et al. 2005; Schwaninger et al. 2004). Erstere beziehen sich auf das Wissen, welche Gegenstände verboten sind und wie diese im Röntgenbild aussehen. Bildbasierte Faktoren hingegen haben einen Einfluss auf die Schwierigkeit eines Bildes. Schwaninger (2003) beschrieb drei bildbasierte Faktoren: Rotation des verbotenen Gegenstands, Verdeckung des verbotenen Gegenstands durch andere Objekte, und die Transparenz der des Gepäckstücks. In der vorliegenden Studie untersuchten wir den Nutzen der Multi-View Systeme im Vergleich zu den heutzutage üblichen Single-View Röntgensystemen. Dazu führten wir ein Experiment durch, um den Einfluss multipler Ansichten auf die Erkennungsleistung sowie die Reaktionszeit zu messen. Damit der Einfluss wissensbasierter Faktoren ausgeschlossen werden konnte, führten wir das Experiment mit 32 Laien durch und präsentierten nur Schusswaffen und Messer, da deren Erscheinungsbild relativ alltäglich ist. Unsere Hypothese lautete, dass bei der Verwendung von Multi-View Systemen die Erkennungsleistung vor allem bei schwierigen Bedingungen steigt, das heißt wenn der verbotene Gegenstand rotiert ist oder stark durch andere Objekte verdeckt wird, da eine zweite Ansicht des Gepäckstücks den Einfluss dieser beiden bildbasierten Faktoren vermindern sollte. Darüber hinaus nahmen wir an, dass die Reaktionszeiten bei Multi-View Bildern länger sind als bei Single-View Bildern, da die visuelle Suche für multiple Ansichten des Gepäckstücks mehr Zeit in Anspruch nimmt als für nur eine Ansicht. Für unser Experiment konstruierten wir einen aus Röntgenbildern von Gepäckstücken bestehenden Test. Die Hälfte der insgesamt 128 Gepäckstücke hatte eine niedrige, die andere Hälfte eine hohe Transparenz. Jedes Gepäckstück wurde zweimal verwendet, einmal in Kombination mit einem verbotenen Gegenstand (Schusswaffen und Messer) und einmal ohne. Darüber hinaus variierten wir die Rotation und Verdeckung des verbotenen Gegenstands. Alle Bilder wurden jeweils einmal als Single-View und einmal als Multi-View Trial präsentiert. Insgesamt wurden den Teilnehmenden 512 Bilder präsentiert: 16 (verbotene Gegenstände) * 2³ (bildbasierte Faktoren Rotation, Verdeckung, Transparenz) * 2 (Single- bzw. Multi-View) * 2 (Gepäckstück mit/ohne verbotenen Gegenstand). Bei jedem Bild mussten die Teilnehmenden entscheiden, ob das Gepäckstück einen verbotenen Gegenstand enthielt oder nicht. Die Resultate bestätigten unsere Hypothesen. Wir konnten zeigen, dass der verbotene Gegenstand eher mit einem Multi - View Röntgensystem als mit einem herkömmlichen System entdeckt wird, falls er auf eine non-kanonische Weise rotiert oder von anderen im Gepäckstück enthaltenen Objekten verdeckt wird. Darüber hinaus weisen die Ergebnisse darauf hin, dass die Reaktionszeiten für das Lösen der Aufgabe bei Multi-View Röntgenbildern länger als diejenigen bei Single- View Röntgenbildern sind. Ein spezifisches Training für die Mitarbeitenden der Sicherheitskontrolle könnte die Vorteile der Multi-View Röntgensysteme mehren und die Nachteile reduzieren.

Praktische Relevanz

Die zunehmende globale Mobilität wie auch verschärfte Sicherheitsbestimmungen tragen wesentlich zur Erhöhung der Belastung des Personals bei Sicherheitskontrollen am Flughafen bei. Neue Röntgengeräte ermöglichen eine Mehrfachansicht der zu untersuchenden Gepäckstücke, um dadurch die Erkennung gefährlicher Gegenstände zu erleichtern. Die Erkennungsleistung und somit die Beanspruchung hängt von der Anzahl der Ansichten ab. Eine Belastungsminderung lässt sich durch Trainieren der Wiedererkennungsfähigkeit für gefährliche Gegenstände erreichen.

Komplexitätsbewertung visueller Suchprozesse bei der Mensch-Computer-Interaktion

Autoren: Christopher Schlick, Carsten Winkelholz, Florian Motz, Sönke Duckwitz and Morten Grandt

Schlüsselwörter: Visuelle Suche, Informationstheorie, Komplexität, Navigationsinformationssysteme

Zusammenfassung

Im vorliegenden Beitrag wird eine mathematisch formulierte Theorie zur Komplexitätsbewertung der Mensch-Computer- Interaktion eingeführt, anhand eines didaktisch aufbereiteten Beispiels zur Texteingabe bei Mobiltelefonen erläutert und auf der Grundlage von Laborexperimenten zur visuellen Suche mit elektronischen Karten empirisch validiert. Die Komplexitätstheorie stützt sich auf die wegweisenden Arbeiten von Grassberger auf dem Gebiet der theoretischen Physik, die bislang in der Arbeitswissenschaft wenig bekannt sind. Aufbauend auf der Theorie lässt sich ein Komplexitätsmaß der Mensch-Computer-Interaktion defi nieren, die sog. effektive Maßkomplexität (Effective Measure Complexity, kurz EMC), die im Vergleich zu den bisher in der arbeitswissenschaftlichen Literatur genannten Ansätzen drei wesentliche Vorteile besitzt: Erstens basiert EMC ausschließlich auf informationstheoretischen Größen wie dynamischen Entropien, die konzeptionell eng mit dem menschlichen Verständnis von Komplexität verbunden sind und sich nicht lediglich auf die Zufälligkeit bzw. Vorhersagbarkeit von Interaktionsprozessen stützen. Zweitens ist das Komplexitätsmaß unabhängig von expliziten Modellen der Mensch-Rechner-Interaktion definiert und kann in vielen Fällen numerisch effizient auf der Grundlage von vergleichsweise wenigen Datenpunkten geschätzt werden. Drittens sind für diese Schätzungen lediglich Sequenzen von beobachtbaren Interaktionsereignissen notwendig, so dass auf subjektive Komplexitätsbeurteilungen und –bewertungen im Prinzip verzichtet werden kann. Die externe Validität des neuen Komplexitätsmaßes wurde anhand von Laborexperimenten zur visuellen Suche von Schiffssymbolen auf elektronischen Karten untersucht. Solche Karten sind beispielsweise ein wichtiger Bestandteil moderner Navigationsinformationssysteme von Handelsschiffen. An den Experimenten nahmen 30 Versuchspersonen teil. Die Experimente wurden in Kooperation mit der Memorial University of St. John’s, Kanada, durchgeführt. Dort stand ein qualitativ hochwertiger Brückensimulator zur Verfügung, der typische Gier-, Nick- und Rollbewegungen eines Schiffes auf hoher See zu simulieren vermochte. Es wurden sowohl die Bewegung des Computerarbeitsplatzes (keine Bewegung gegenüber typischem Seegang) als auch die Beleuchtungsstärke bei der visuellen Suche (Tageslichtbedingungen mit 800 Lux gegenüber Zwielichtbedingungen mit lediglich 30 Lux) systematisch variiert und die Komplexitätseffekte analysiert. Die Ergebnisse belegen, dass die Komplexität der visuellen Suche bei Seegang signifikant geringer ist als bei spiegelglatter See ohne externe Gier-, Nick- und Rollkräfte. Weiterhin wurden signifikant geringere Komplexitätswerte erhoben, wenn die Beleuchtungsstärke von Tageslichtbedingungen auf Zwielicht verringert wird. Die Ergebnisse deuten somit auf eine externe Validität des neuen Komplexitätsmaßes hin, die auch durch weitere Experimente der Autoren im selben Gegenstandsbereich gestützt wird.

Praktische Relevanz

Die bislang in der Arbeitswissenschaft nur wenig verbreitete Grassberger-Komplexität ist ein informationstheoretischer Ansatz, der bei der Software-ergonomischen Gestaltung und Bewertung von Mensch-Computer-Schnittstellen nützlich ist. Beispielsweise kann sie verwendet werden, um die Informationseingabe und –ausgabe in frühen Phasen der ergonomischen Produktentwicklung zu analysieren und unnötige informatorische Belastungen des Arbeitsgedächtnisses des Benutzers zu vermeiden. Weiterhin lässt sich mit ihrer Hilfe die mentale Beanspruchung bei der Mensch- Computer-Interaktion ergonomisch-experimentell bewerten. Somit stellt die Grassberger-Komplexität eine interessante Ergänzung von psychophysiologischen und subjektiven Beanspruchungs – Bewertungs - Methoden für die Labor- und Feldforschung dar.

Wechselwirkungen im Augen – Nacken/Schulter Bereich bei anstrengender Naharbeit

Autor: Hans O. Richter

Schlüsselwörter: Akkommodation, Asthenopie, Konvergenz, Muskuloskeletal, Schmerz, Arbeitsplatz

Zusammenfassung

Über 60 Millionen Menschen arbeiten in der Europäischen Union heute am Computer. Viele von ihnen leiden im Zusammenhang mit dem Arbeiten am Computerbildschirm unter visuellen Problemen, wie beispielsweise einer Ermüdung der Augen, Augenschmerzen, einem Gefühl wie Druck in den Augen, Trockenheit usw., die häufig mit Kopfschmerzen und Schmerzen im Nacken- und/oder Schulterbereich einhergehen. Die Ermittlung der Ursachen für diese arbeitsplatzbezogenen Probleme gehört zu den Hauptaufgaben internationaler Organisationen, wie der Internationalen Arbeitsorganisation (ILO) und der Weltgesundheitsorganisation (WHO). Das Fixieren eines Sehobjektes erfordert die Koordination verschiedener Nerven- und Muskelgruppen im Auge sowie im Nacken- und Schulterbereich. Arbeiten im Nahbereich können dabei zu einem erhöhten Ziliarmuskeltonus und/oder einer abnehmenden Konvergenzfunktion führen. Eine starre Akkommodation bzw. Vergenz kann sich in einer eingeschränkten Fähigkeit zum Fokussieren in der Nähe widerspiegeln, woraus eine reduzierte Amplitude der Akkommodation resultiert. Werden freiwillig Akkomodations oder Vergenzübungen durchgeführt, kann trotz erheblicher Ermüdung und Belastung der Augen ein funktionierendes binokulares Sehen aufrechterhalten werden. Die aus der Akkommodation und Vergenz resultierende Überbeanspruchung kann jedoch zu wachsenden Tonusstörungen und/oder verringerten Belastungsänderungen in der Hals-, Schulterund oberen Rückenmuskulatur führen, da zum Einstellen des Blicks ein universelles Programm der Auge-Kopf-Nacken- Schulter-Motorik in Gang gesetzt wird. Der Gegenstand dieser Übersichtsarbeit besteht darin, Auswirkungen auf die Gesundheit aufzuzeigen, die durch visuell-muskuloskeletale Interaktionen im Rahmen anstrengender Arbeiten im Nahbereich verursacht sein können. Der althergebrachte Ausspruch „die Augen steuern den Körper“ hat in den vergangenen Jahren angesichts der neu entdeckten Mechanismen, die das visuelle und das muskuloskeletale System miteinander verbinden, weiter an Relevanz gewonnen. Deshalb scheint eine systematische Überprüfung der Umstände, unter denen eine Veränderung der Akkommodations- und Vergenz- Belastung tatsächlich zu Veränderungen des physiologischen Niveaus des muskuloskeletalen Tonus führen und umgekehrt, zeitlich angemessen. Das grundlegende Ziel dieses Beitrags besteht jedoch lediglich darin, die Aufmerksamkeit auf diesen Sachverhalt zu lenken und die Basis für weitere Diskussionen und eine eingehende Untersuchung zu legen.

Praktische Relevanz

Teilweise können Beschwerden im Hals- und Schulterbereich auf visuell vermittelte Hirnstammreflexe im muskuloskeletalen zurückgeführt werden. Bei diesem Mechanismus könnten die Akkommodation und die Vergenz, die eine anhaltende Aufmerksamkeit erfordern, eine zentrale Rolle spielen. Demnach könnte eine Reduktion der notwendigen Akkommodation und Vergenz und/oder des Grads an visueller Aufmerksamkeit, die für eine Arbeitsaufgabe notwendig ist, eine Maßnahme der Vorbeugung einiger muskuloskeletalen Beschwerden oder gar als Heilung dieser darstellen. Die visuelle Ergonomie des „inneren Auges“, die noch nicht allgemein üblich ist, könnte sich als neue und nützliche Praxis am Arbeitsplatz erweisen. Derzeit besteht ein starkes Interesse an den Augen- bzw. Nacken- und Schulterfunktionen und ihren gegenseitigen Wechselwirkungen. Die Einheit dieser interdisziplinären Wissenschaft wird bereits als vollendete Tatsache anerkannt. Allerdings kann das Wachstum des Kenntnisstands in diesen Bereichen bisher nicht mit den enormen Fortschritten in der Neurophysiologie, der Neurobiologie und der visuellen Neurowissenschaft Schritt halten. Dies rechtfertigt den akademischen Lehrplan derart zu erweitern, dass die Praxiserfahrung stärker einbezogen wird und dabei die interdisziplinäre Interaktion gefördert wird. In Bezug auf die Bedeutung der visuellen und muskuloskeletalen Ergonomie für die Beanspruchung bei der modernen Bürotätigkeit, besteht vollkommener (Piccoli, 2003) Konsens. Wird bei Design und Beurteilung von Arbeitsplätzen sowohl den visuellen als auch den muskuloskeletalen Aspekten volles und ebenbürtiges Gewicht verliehen, resultiert dies in einer Erhöhung der Lebensqualität jedes einzelnen Arbeitnehmers und in einer Produktivitäts- und Gewinnsteigerung für den Arbeitgeber.

Feldstudie zur Untersuchung der Eignung verschiedener Gleitsichtgläser

Autoren: Marino Menozzi, Esther Bergande and Philipp Sury

Schlüsselwörter: Gleitsichtglas, Sehen, Presbyopie, Gleitsichtglasanpassung

Zusammenfassung

Presbyopie bezeichnet die mit dem Alter abnehmende Fähigkeit, nahe gelegene Objekte scharf zu sehen. Der Effekt lässt sich durch Verwendung einer Brille für das Nahsehen kompensieren. Dank einer in der Vertikalen, kontinuierlich variierenden Stärke, ermöglicht das Gleitsichtglas durch Neigung des Blickes die Wahl einer optimalen, auf die Sehdistanz ausgerichteten Brechkraft. Durch den vertikalen Brechkraftgradienten entstehen ungewollte, astigmatische Fehler im Glas, welche die Sehleistung mindern. Auf dem Markt sind Gleitsichtgläser unterschiedlichen Designs erhältlich. Die Designs unterscheiden sich unter anderem im Verlauf des vertikalen Brechkraftgradienten als auch in der Verteilung der astigmatischen Fehler im Glas. In einer Feldstudie mit 105 Presbyopen wurden vier verschiedene Gleitsichtglasdesigns mittels Trageversuch auf ihre Verträglichkeit hin untersucht. Jede Versuchsperson trug jedes Glasdesign drei Wochen lang. Die Reihenfolge der getragenen Gläser wurde quasi randomisiert und über die Versuchspersonen balanciert. Im Sinne einer Blindstudie wurden die Versuchspersonen nicht über die getragenen Gläser informiert. Die Anpassung der Gläser erfolgte nach den praxisgängigen Verfahren (Refraktion, Zentrierung, Additionsbestimmung etc.) und berücksichtigte designspezifische Vorschriften. Zur Beurteilung der vier Gläser dienten sowohl objektive Parameter der Sehleistung, wie die Sehschärfe für Nah und für Fern, als auch eine mittels Fragebogen durchgeführte subjektive Bewertung. Um den zeitlichen Verlauf der subjektiven Bewertung zu erfassen, wurde der Fragebogen 15 Minuten, 1 Stunde, 3 Tage und 3 Wochen nach dem ersten Tragen der Brille ausgefüllt. Am Ende des Trageversuches rangierten die Versuchspersonen die vier Gläser gemäß einer allumfassenden, persönlichen Präferenz. Statistisch signifikante Unterschiede in der Verträglichkeit der vier untersuchten Designs konnten nachgewiesen werden. Die Datenanalyse zeigt, dass objektive und subjektive Bewertungsgrößen nicht im selben Masse variieren. Zum Teil mag hierfür die als grob einzustufende Auflösung der praxisgängigen Methoden verantwortlich sein, die zur Erhebung objektiver Parameter der Sehleistung verantwortlich verwendet werden. Das Ergebnis könnte darauf hindeuten, dass die subjektive Beurteilung ein umfassenderes Bild der Glasverträglichkeit wiedergibt, als dies mit den gewählten, objektiven Messgrößen möglich ist. Wie auch anderweitig berichtet, besteht demnach ein Forschungsdefizit bei der Objektivierung des subjektiven Eindruckes über die Güte von Gleitsichtgläsern. Die Schließung dieser Wissenslücke ist für eine Optimierung des Designs von Gleitsichtgläsern von Vorteil. Das in unserer Studie am besten abschneidende Glas berücksichtigt individuelle Bedürfnisse und Gewohnheiten des Trägers. Bei diesem Glas wird das optimale Design gemäß der individuellen Gewichtung der Sehbedürfnisse in verschiedenen Blickfeldern ermittelt. Ein PC Programm visualisiert das Resultat der individuellen Gewichtung, sodass mit einem interaktiven Vorgehen die Gewichtung optimal den individuellen Sehbedürfnissen angepasst werden kann.

Praktische Relevanz

Die Ergebnisse der Studie heben die Bedeutung der Berücksichtigung individueller Präferenzen bei der Wahl des Gleitsichtglases hervor. Für eine erfolgreiche Abschätzung der Verträglichkeit von Gleitsichtgläsern reicht die isolierte Betrachtung von Basisfunktionen des Sehens nicht aus.

Eine explorative Studie zu Augenbewegungen im Büroalltag

Autoren: Philipp Sury, Sylvia Hubalek and Christoph Schierz

Schlüsselwörter: Licht, Büroumgebung, Augenbewegungen

Zusammenfassung

Die Forschung basierend auf Eye Tracking Daten wird immer beliebter mit der Verfügbarkeit einfach zu bedienender und portabler Systeme. Es gibt eine Fülle von Eye Tracking Studien im Zusammenhang mit der Arbeit an Bildschirmen, aber es wurde noch nie untersucht, wo Büroarbeitende während ihrer Arbeit im normalen Alltag überall hingucken. Seit geraumer Zeit sind die Auswirkungen des Tageslichts in der Behandlung affektiver Störungen bekannt und es gibt verschiedene DIN Normen, welche die Beleuchtung von Büroarbeitsplätzen regulieren. Neueste Ergebnisse weisen darauf hin, dass wechselnde Beleuchtungsverhältnisse das Aktivitätsniveau von Büroarbeitenden erhöht. Das Ziel dieser Studie ist es, die Blickbewegungen von Büroarbeitenden zu untersuchen in Abhängigkeit der aktuellen Beleuchtungsverhältnisse. Da in dieser Studie Büroarbeitsplätze mit PC-Arbeit untersucht wurden, war es relativ offensichtlich, dass der Blick der Büroarbeitenden die meiste Zeit auf dem PC-Monitor ruht. Uns interessierte aber die Frage, wo die Büroarbeitenden hingucken, wenn sie eine kurze Pause von der Bildschirmarbeit machen, etwa um nachzudenken oder zu telefonieren. Würden Sie beispielsweise den Kopf in den Nacken legen und die Decke anstarren, zum Fenster hinausschauen oder das Bild an der gegenüberliegenden Wand mustern? Diese Fragen sollten in einer explorativen Studie geklärt werden. Zu diesem Zweck wurden 24 Büroarbeitende während ihrem normalen Arbeitsalltag mit einem Eye Tracker ausgestattet, der es ihnen erlaubte, ungehindert ihrer normalen Arbeit nachzugehen. Eye Tracking Daten wurden pro Versuchsperson 4 mal während einer Stunde aufgezeichnet zu 4 verschiedenen Beleuchtungsbedingungen: 1.Nachts mit heruntergelassenen Rollläden 2.Nachts mit eingezogenen Rollläden 3.Tags mit heruntergelassenen Rollläden 4.Tags mit eingezogenen Rollläden Mit Ausnahme des Eye Trackers und der Manipulation der Rollläden wurde nichts unternommen, was sich vom normalen Arbeitstag einer Versuchsperson unterscheiden würde. Mitarbeitende wurden mit Schildern auf die Studie aufmerksam gemacht, damit sie mit der Versuchsperson natürlich interagierten und sich ebenfalls wie an einem normalen Arbeitstag verhielten. Alle Versuchspersonen waren zwischen 18 und 45 Jahren alt, damit sie einerseits mündig waren und andererseits Auswirkungen einer Presbyopie vermieden werden konnten. Alle Büroräume hatten sowohl natürliche wie auch künstliche Lichtquellen, die Fenster zeigten in alle Himmelsrichtungen. Ein typisches Büro ist in Bild 2 zu sehen. Bei dem so erhaltenen Videomaterial wurden sämtliche Blickwechsel zwischen 10 verschiedenen Zonen von Interesse kodiert (s. Legende Bild 2). Die Anzahl Male, in denen der Blick in einer bestimmten Zone ruhte, wurde anschließend für alle weiteren Berechnungen verwendet. Deskriptive Resultate können in Tabelle 1 abgelesen werden. In einer One-Way ANOVA mit REGWQ post hoc Test wurde ein signifikanter Effekt der Beleuchtungsbedingung auf den Blick in die Zone „Fenster“ registriert. Tagsüber schauten die Versuchspersonen signifikant öfter auf das Fenster als nachts, sogar wenn die Rollläden heruntergelassen waren (s. Bild 3). Für alle anderen Zonen wurden keine signifikanten Effekte gefunden. Dieses Resultat bestätigt die Wichtigkeit des Fensters mit Tageslicht an Arbeitsplätzen, denn wenn die Angestellten die Möglichkeit haben, durch ein Fenster zu schauen, nehmen sie diese gehäuft wahr. Sogar nachts mit heruntergelassenen Rollläden, also dann, wenn das Fenster am unattraktivsten ist, hat es eine ähnliche Attraktivität als Blickfang wie z.B. Bilder und andere Ornamente, was auf eine besondere Wichtigkeit des Fensters als Ruheort für den Blick hinweist. Die weitere Arbeit wird eine detailliertere Auswertung der Zonen in Zusammenhang mit Arbeitstätigkeiten und verschiedenen Leuchtdichten beinhalten.

Praktische Relevanz

Die Resultate dieser Studie können als weiteres Puzzle Teil zur bereits bestehenden DIN EN ISO 9241-6:1999 und DIN EN 12464-1:2003 Norm betrachtet werden zur weiteren Optimierung der Lichtgestaltung von Büroarbeitsplätzen.

Schallschutz bei Musikern gemäß der neuen EU-Richtlinie 2003/10/EG

Autor: Helmut V. Fuchs

Schlüsselwörter: Musiker-Arbeitsplatz, Schallbelastung, Gehörschutz, Raumakustik, akustische Ergonomie, Orchestergraben

Zusammenfassung

Im Februar 2008 treten mit einer entsprechenden Verordnung, welche die UVV „Lärm“ aus dem Jahre 1997 ablöst, schärfere Grenzwerte für die Schallbelastung auch an Musiker- Arbeitsplätzen in Kraft. Es wird deshalb ein bereits vielfach bewährtes alternatives raumakustisches Konzept vorgeschlagen, welches den umgebenden Raum breitbandig (besonders zu den tiefen Frequenzen hin) absorbierend gestaltet. Dies schafft eine höhere akustische Transparenz, die besseres Ensemblespiel mit weniger Kraftaufwand ermöglicht und – bei entsprechend rücksichtsvoller Intonation aller Musiker und verantwortungsvollem Dirigat insbesondere während der Probenarbeit – die erforderliche Pegelminderung realisierbar macht, ohne das künstlerische Ergebnis zu schmälern.

Praktische Relevanz

Die neue EU-Richtlinie fordert einen strengeren Schutz auch der Ohren von Musikern an ihren Arbeitsplätzen. Mit Hilfe einer neuartigen baulichen Konditionierung der Räume zum Proben, Darbieten, Unterrichten und Üben von Musik sowie mit organisatorischen Maßnahmen können die hier herrschenden Expositionspegel zwischen 85 und 95 dB(A) um 5 bis 10 dB(A) gesenkt werden.

35 Jahre „Menschengerechte Gestaltung der Arbeit“ (MGdA) – Für eine neue Humanisierungsinitiative

Autor: Manfred Schweres

Ausgabe 4/2008

Physiologische Reaktionen von Herzschlagfrequenz und Blutdruck beim Kommissionieren in tiefer Kälte
 

Autoren: Karsten Kluth, Helmut Strasser
 
Schlüsselwörter: Arbeitsphysiologische Feldstudie, Kältebeanspruchung, Herzschlagfrequenz, Blutdruck, Manuelle Lastenhandhabung
 
Zusammenfassung

Im Gegensatz zu Hitzearbeit, die – bedingt durch technologische und technisch-wirtschaftliche Veränderungen – in der letzten Zeit deutlich abgenommen hat, kommt Kältearbeit beschäftigungspolitisch immer mehr Bedeutung zu, zumal der Verzehr von Tiefkühlkost mittlerweile recht populär geworden ist. Das Lagern und „Kommissionieren“ von tiefgekühlten Lebensmitteln konnte bislang nicht automatisiert werden und bedingt deshalb den Einsatz des Menschen in Tiefkühlhäusern bei konstanten Temperaturen von mindestens -24°C. Je nach vorliegenden kälteklimatischen Parametern und erforderlichen körperlichen Tätigkeiten kann selbst bei optimaler Kälteschutzkleidung nur ein zeitlich begrenzter Aufenthalt bei diesen extremen Temperaturen mit mehr oder weniger langen Aufwärmphasen in geeigneten nahe gelegenen Sozialräumen vorgesehen werden.
 
Abgesehen von einigen älteren Laborexperimenten gibt es kaum Studien zu den Auswirkungen von Kältearbeit auf den Menschen bei realen Tätigkeiten. Somit sind auch geeignete und humanverträgliche Arbeits-Pausen-Regime bislang arbeitswissenschaftlich wenig gesichert. Deshalb wurde versucht – neben der Erhebung des subjektiven Empfindens von Arbeit in Kälte und ihren Auswirkungen auf den körperlichen Erlebensbereich an einem größeren Kollektiv – in arbeitsphysiologischen Felduntersuchungen die physische Beanspruchung zu objektivieren. Außer der Erfassung von Körperkern- und Hauttemperatur interessierten vor allem die Auswirkungen der Kälteexposition auf die Herzfrequenz und den Blutdruck. Dazu wurden an einer Gruppe von 7 männlichen und 5 weiblichen Arbeitspersonen kontinuierliche Registrierungen der Herzfrequenz über jeweils eine ganze Arbeitsschicht vorgenommen. Der systolische und diastolische Blutdruck wurde diskontinuierlich unmittelbar nach und vor den Kältearbeitsphasen ermittelt. Das eingesetzte handelsübliche halbautomatische Blutdruckmessgerät gestattete auch die gleichzeitige punktuelle Messung der Pulsfrequenz.
 
Die Blutdruckwerte der kälteakklimatisierten Arbeitspersonen lagen unmittelbar nach der Kälteexposition stets im oberen Normalbereich bzw. allenfalls (beim systolischen Wert) im Grenzwertbereich von 140-160 mmHg (systolisch) bzw. 90-95 mmHg (diastolisch). Im Mittel wurden über das Kollektiv Maximalwerte von 146±10 mmHg bzw. 85±7 mmHg bei Pulsfrequenzen von 96±14 Schlägen/min gemessen. Die während der Kälteexposition kontinuierlich erfassten Herzfrequenz-Werte hoben sich zwar viel deutlicher von den Werten während der Aufwärmphasen ab. Bei individuell unterschiedlich starken Reaktionen mit einem Steady State selbst noch bei 140 Schlägen/min waren dennoch kaum „Kältepulse“ extrahierbar, zumal die Arbeit mit erheblichen physischen Komponenten, zusammen mit dem Tragen der ca. 5-6 kg schweren Kälteschutzkleidung, bereits für die Erhöhungen verantwortlich gemacht werden muss. Die Ergebnisse verdeutlichen starke interindividuelle Unterschiede sowohl im Ausgangsniveau der physiologischen Parameter als auch in den arbeits- bzw. kälte-bezogenen Reaktionen. Während das „Ansprechen“ bzw. die Reaktivität des Blutdrucks und der Herzschlagfrequenz auf die Kältebelastung noch relativ gut reproduzierbar war, war die Ausgangslage dieser Größen nur bedingt stabil. In Übereinstimmung mit andernorts berichteten Erkenntnissen kann festgestellt werden, dass unabhängig von Kältearbeit – bedingt z. B. durch inter- und intradianes physiologisches „Rauschen“, selbst nur gering variierende Messbedingungen und haltungsbedingt unterschiedliche statisch/dynamische Belastungskomponenten – Schwankungen um ±10 mmHg und mehr bzw. ±10 Schläge/min keine Seltenheit sind. Pathologischer Bluthochdruck (Hypertonie) als zumindest potentielle Langzeitauswirkung aufgrund von repetitiver kältebedingter peripherer Vasokonstriktion kann jedoch ohne eine Follow-up-Studie nicht völlig ausgeschlossen werden.
 
Praktische Relevanz
 
Zurzeit sind in Europa noch in Normen, Richtlinien und in Gesetzen zum Arbeitsschutz konkrete, den Anschein von hoher Genauigkeit erweckende Zahlenangaben aus Laboruntersuchungen zur Tolerabilität verschiedener Kältebelastungen und zur Gestaltung von Kälteschutzkleidung zu finden. Diese Empfehlungen und Vorgaben werden aber im Schrifttum kontrovers diskutiert, weil der arbeitsmedizinische und arbeitswissenschaftliche Erkenntnisstand in derartigen Grenzbereichen von Belastung und Beanspruchung in einer Grauzone zwischen Wissen und Vermutung liegt. Dieses Defizit gilt es aufzuarbeiten, um für präventiven Arbeitsschutz zu sorgen und letztendlich auch die Arbeitsprozess-Effizienz zu steigern.

Physiologische Reaktionen in der Körperkern- und Fußsohlentemperatur auf Kälteexposition von -24°C und subjektives Kälteempfinden von Tiefkühlhaus-Kommissionierern

Autoren: Helmut Strasser, Karsten Kluth

Schlüsselwörter: Kälteexposition, Kommissioniertätigkeit, Körperkern- und Hauttemperatur, Kälteempfinden

Zusammenfassung

Tiefkühlkommissionierer müssen sich heutzutage mehrmals täglich ununterbrochenen Kälteexpositionen von -24°C und mehr bis zu 90 min aussetzen, ehe sie sich nach einer Aufwärmphase von ca. 20 min in einem besonderen Pausenraum mit wiedererwärmten Körperteilen und u.U. getrockneter oder gewechselter Schutzkleidung erneut derart extremen Belastungen aussetzen können. Die physisch belastende Arbeit des manuellen Kommissionierens muss dabei, der „Heizwirkung“ wegen, eher als hilfreich und notwendig, denn als unzuträglich gesehen werden. Schließlich ist trotz peripherer Vasokonstriktion und Schutzkleidung immer mit gewissen Wärmeverlusten zu rechnen, die es zu kompensieren gilt. Um zu überprüfen, ob die Arbeit langfristig erträglich ist, und um u.U. Defizite in der Schutzkleidung beheben zu können, wurden neben Parametern der Kreislaufreaktion (Herzfrequenz und Blutdruck) auch die Körperkerntemperatur (im Tympanum) und die Fußsohlentemperatur von 12 Tiefkühlhauskommissionierer(innen) unmittelbar nach, während und vor den Kälteexpositionen gemessen. Ferner konnten die Arbeitspersonen auf einer 4-stufigen Skala ihr Kälteempfinden in verschiedenen Körperteilen von 0 bis 4 (unerträglich kalt) 6 mal für die Arbeitszeit im Kühlhaus im Abstand von 15 min sowie am Ende der Aufwärmphase einschätzen.

Die mittels eines Ohrthermometers am Trommelfell erfasste Kerntemperatur lag mit im Mittel 35.8°C nach der Kälteexposition nur wenig unter dem Maximum (36.7°C als Ausgangswert). Die im Ohr gemessene Temperatur, die von Haus aus um bis zu ca. 2°C niedriger ist als die im Rektum gemessene Temperatur, wies also keine substantiellen Abnahmen auf. Ähnliches gilt für die Fußsohlentemperatur, für die in einer Reihe von Laboruntersuchungen Abnahmen um bis zu 15°C während der Kälteexposition bestimmt wurden. Der hier ermittelte Rückgang der Hautoberflächentemperatur an der Fußsohle betrug, interindividuell verschieden, lediglich 2 K bis 5.7 K, wobei in der Aufwärmphase fast stets das Ausgangsniveau wieder erreicht wurde. Dennoch wurden von 83% bzw. 77% von insgesamt 30 befragten Tiefkühlhaus-Kommissionierern spätestens nach 90 min „ziemliche“ Kälteempfindungen an Füßen und Zehen angegeben (2.1 und 2.4 auf der 4-stufigen Skala). Wogegen in den meisten anderen Körperregionen (vor allem im Rumpf sowie in den Armen und Beinen) die Kälteempfindungen wieder völlig verschwanden (0.0) bzw. auf ein mäßiges Niveau (1.0) zurückgingen, wurde hier noch unangenehm spürbare „Restkälte“ (1.4 bzw. 1.6 auf der 4-stufigen Skala) empfunden, so dass Verbesserungen im System „Fuß-Socke-Schuhwerk“ (z. B. zusätzliche „Einziehsocken“) anzuregen waren.

Die ansonsten bereits weitgehend gelungene Schutzkleidung führte im Verbund mit der körperlichen Arbeit offensichtlich zu einer fast gänzlich kompensierbaren Kältebeanspruchung. Letztlich scheint die Vielzahl von Körperhaltungswechseln und die mit Bewegungen der Arme und Beine „durchsetzte“ Kommissioniertätigkeit eine eher durchblutungssteigernde Wirkung zu haben, die bis in die Zehen und Fußspitzen hinein sich positiv auswirkt, als stereotype Tätigkeiten, die bisher in Laborstudien simuliert wurden.

Praktische Relevanz

Für den sicheren Schutz des Menschen im Arbeitsbereich sind grundsätzlich schichtbegleitende Untersuchungen der Auswirkungen der Belastungen im körperlichen Bereich unverzichtbar. Neben den hier untersuchten arbeitsphysiologischen Veränderungen in der Körperkern- und Hauttemperatur bei extremen Kältebelastungen sind auch gesicherte Erkenntnisse zu subjektiv erfahrbaren Kälteempfindungen unabdingbar.

Manuelle Einschränkungen durch Kälteexposition der Hände

Autoren: Karl Jochen Glitz, Uwe Seibel, Ulrich Rohde, Alexander Sievert, Daniel Ridder, Dieter Leyk

Schlüsselwörter: Kälteexposition, Hände, Manuelle Einschränkungen, Manuelle Koordination, Greifkraft

Zusammenfassung

Handschuhe führen zu manuellen Einschränkungen. Dieses gilt auch bei der Kälteexposition ungeschützter Hände. Um über einen Handschuhverzicht zu entscheiden, wird oft nach Grenzwerten gefragt. Die Literatur nennt z. B. 15 °C für die Hauttemperatur der Hand.

Während einer einstündigen Kälteexposition (-5 °C, v_Luft <1 m·s^-1) von 16 männlichen, kälteakklimatisierten Probanden mit adäquater Bekleidungsisolation des Körpers und geringer metabolischer Wärmeentwicklung (ohne Handschuhe bzw. Ablegen der Handschuhe nach der 43. Minute) wurden Hauttemperaturen am kleinen Finger der dominanten Hand bis zu einem Minimum von 7,3±1,8 °C (±SD) beobachtet. Die Kältewirkung auf manuelle Koordination und Greifkraft war vernachlässigbar. Die vorliegenden Grenzwerte der Literatur erlauben keine sichere Vorhersage über manuelle Tätigkeiten in der Kälte.

Praktische Relevanz

Verzichten kälteakklimatisierte Arbeitnehmer bei geringem Arbeitsenergieumsatz und ausreichender Bekleidungsisolation des Körpers auf isolierende Handschuhe, so können sie auch mit kalten Händen noch eine adäquate Arbeitsleistung erbringen, da Kälte nicht in dem Ausmaß zu manuellen Einschränkungen führt wie dicke Handschuhe. Dünne („Kontakt-“) Handschuhe können bei der Berührung von kalten Metallen jedoch notwendig sein. Außerdem sind Expositionsdauer und insbesondere Wind und Nässe zu beachten. Eine Faustregel eignet sich als Sicherheitshinweis: Nur der warme Körper darf in die Kälte! In der Kälte muss er warm gehalten werden!

Wärmetransport durch Schutzbekleidung bei symmetrischer und asymmetrischer langwelliger Wärmestrahlung

Autoren: Peter Bröde, Kalev Kuklane, Victor Candas, Emiel den Hartog, Barbara Griefahn, Ingvar Holmér, Harriet Meinander, Wolfgang Nocker, Mark Richards, George Havenith

Schlüsselwörter: Hitzebelastung, Schutzkleidung, Wärmestrahlung, Hauttemperatur, Wärmebilanzrechnung, Thermopuppe

Zusammenfassung

Arbeitskleidung, die zum Schutz vor chemischen, biologischen, mechanischen oder thermischen Gefährdungen getragen wird, stellt für den Nutzer eine zusätzliche thermische Belastung dar. Zum einen steigern ihr Gewicht und ihre Steifigkeit die metabolische Wärmeproduktion während der Arbeit, gleichzeitig behindern ihre erhöhte Wärmeisolation und ihr Wasserdampfwiderstand die für die Abkühlung des Körpers essentielle Schweißverdunstung. Die Generierung von Daten und Modellen zur adäquaten Berücksichtigung dieser thermischen Eigenschaften von Schutzkleidung bei der Bewertung von Klimabelastungen war Gegenstand des von der EU geförderten Projektes THERMPROTECT (G6RD-CT-2002-00846). Heizbare anthropometrische Dummys, sog. Thermopuppen zur standardisierten Messung von Bekleidungsisolation und Wasserdampfwiderstand, wurden zur validen und reliablen Registrierung der Wärmeabgabe mit Schutzbekleidung unter dem Einfluss von Feuchte und Wärmestrahlung eingesetzt.

Dieser Beitrag vergleicht die Körpererwärmung durch symmetrische und asymmetrische langwellige Wärmestrahlung gleicher Strahlungsintensität (279 W/m²) in Relation zu einer Referenzbedingung, in der die mittlere Strahlungstemperatur der Lufttemperatur entsprach, für prototypische Arbeitsbekleidungen mit unterschiedlichen Reflexionsgraden und Wärmeisolationen.

Mit einer Thermopuppe, bei der die unbekleideten Hände, Füße und der Kopf durch Aluminiumfolie gegen die Strahlung abgeschirmt waren, wurde die Wärmeabgabe für Oberbekleidungen aus Baumwolle und schwer entflammbarer Aramidfaser (Nomex®) in verschiedenen Farben sowie für einen mit Aluminium beschichteten reflektierenden Anzug ermittelt. Die Messungen erfolgten mit einer Polypropylen- sowie einer Woll-Unterwäsche, wodurch eine Variation der intrinsischen Wärmeisolation der Gesamtbekleidung zwischen 1.1 und 1.6 clo erzielt wurde. Um neben dem trockenen, d. h. dem kombinierten konvektiven, konduktiven und radiativen Wärmefluss auch die Evaporation zu berücksichtigen, wurden zusätzliche Versuche mit befeuchteter Woll-Unterwäsche durchgeführt. Die Erwärmung der Thermopuppe durch Wärmestrahlung wurde als Differenz der unter Referenz- und Wärmestrahlungsbedingung gemessenen Wärmeabgabe für die gesamte bekleidete Oberfläche sowie einzelne Körperareale berechnet.

Die auf die Gesamtfläche bezogene Erwärmung durch Wärmestrahlung fiel mit der stärker isolierenden Unterwäsche geringer aus und war sowohl für den rein trockenen als auch für den mit Evaporation gekoppelten Wärmeaustausch von der Strahlungsasymmetrie unbeeinflusst. Jedoch wurden bei vorwiegend frontal oder lateral applizierter Strahlung an den hauptsächlich exponierten Körperstellen größere Erwärmungen und Oberflächentemperaturen registriert.

Praktische Relevanz

Den Ergebnissen zufolge kann in Situationen, in denen die physiologische Beanspruchung beim Tragen von Schutzkleidung unter Wärmestrahlungsbelastung mit Wärmebilanzmodellen bewertet werden soll, die horizontale Verteilung der Strahlungsintensität vernachlässigt werden. Dagegen sollten Strahlungsasymmetrien und die Hauptwärmequelle bei möglichen Beeinträchtigungen des thermischen Komforts sowie zur Beurteilung des Risikos für Schmerzempfindungen oder Verbrennungen auf der Haut berücksichtigt werden.

Der PSI (Physiological Strain InDex) bei Akklimatisation an Hitzebelastung

Autoren: Martin Schütte, Peter Bröde, Bernhard Kampmann, Barbara Griefahn

Schlüsselwörter: Akklimatisation, Körperkerntemperatur, Herzschlagfrequenz, PSI

Zusammenfassung

Akklimatisation - als eine Reaktion des menschlichen Körpers auf eine wiederholt auftretende Hitzebelastung - führt allgemein zu einer Beanspruchungsreduktion, die sich in Abhängigkeit von den gegebenen klimatischen Bedingungen und der jeweils zu verrichtenden physischen Arbeit in einer Verminderung der Körperkerntemperatur und Absenkung der Herzschlagfrequenz bei gleichzeitiger Zunahme der Schweißproduktion zeigt. Die in heißer Umgebung am Ende einer Arbeitsperiode erreichte absolute Beanspruchungshöhe wird dabei von der individuellen Hitzetoleranz bestimmt. Darüber hinaus hängt das am Ende einer Hitzeexposition auftretende Beanspruchungsniveau von den jeweiligen Ausgangswerten ab, wobei während der Akklimatisation die Körperkerntemperatur bereits in den der Hitzebelastung vorausgehenden Ruhephasen sinkt. So ließ sich z. B. in einer experimentellen Studie die akklimatisationsbedingte Reduktion der Endwerte der Körperkerntemperatur zu 37% und die der Herzschlagfrequenz zu 32% durch die Absenkung der Ruhewerte erklären.

Mit dem sogenannten “Physiological Strain Index (PSI)” steht ein Parameter zur Verfügung, in den die Körperkerntemperatur (T_co) und Herzschlagfrequenz (HR) gemeinsam gleichgewichtet eingehen und der damit sowohl die Beanspruchung des kardiovaskulären als auch thermoregulatorischen Systems unter Hitzebelastung beschreiben soll (0 = keine Beanspruchung, 10 = hohe Beanspruchung). Mit der vorliegenden Untersuchung sollte geprüft werden, ob der PSI akklimatisationsbedingte Beanspruchungsveränderungen insbesondere unter Berücksichtigung der Verminderung der Ruhewerte von T_co und  HR erfasst.

Die Analyse basiert auf den Rektaltemperatur- und Herzschlagfrequenzmessungen von drei jeweils aus 8 Personen bestehenden Gruppen, die an 15 aufeinanderfolgenden Tagen an ein trocken-heißes, an ein feucht-warmes Klima sowie an eine Wärmestrahlungsbelastung mit einem WBGT von jeweils 33.5 °C akklimatisiert wurden. Jeder Versuchstag begann zunächst mit einer 10-minütigen bei 22 °C im Sitzen zu verbringenden Ruhephase. Danach wechselten die Teilnehmer in die Klimakammer, wo sie eine weitere 10 Minuten dauernde Ruhephase absolvierten, an die sich vier, durch 3-minütige Pausen unterbrochene Arbeitsperioden von je 25 Minuten Dauer mit Laufbandarbeit anschlossen (4 km/h in der Ebene), auf die erneut eine Ruhephase bei 22 °C folgte. Eine vierte ebenfalls 8 Personen umfassende Gruppe arbeitete für 12 Tage in einem neutralen Klima. Herzschlagfrequenz sowie Rektaltemperatur wurden als Minutenmittelwerte und die Ruhewerte als Mittelwerte über die letzten 5 Minuten der ersten Ruhephase aufgezeichnet. Die Endwerte repräsentieren jeweils den Durchschnitt der letzten Arbeitsperiode. Basierend auf diesen Werten erfolgte die Berechnung des PSI. Um die während der Akklimatisationsphase auftretenden Veränderungen der Ruhe- und Endwerte sowie des PSI zu quantifizieren, wurde der am ersten Tag gemessene Wert jeweils von dem der nachfolgenden Tage subtrahiert.

Die durchgeführte Varianzanalyse belegte signifikante Unterschiede im PSI zwischen dem Neutralklima und der Hitzebelastung. Darüber hinaus differierten die unter dem Neutralklima auftretenden Veränderungen überzufällig von denen der trocken-heißen und der Wärmestrahlungs-Bedingung.

Die weiterhin ermittelte Korrelation zwischen den Veränderungswerten des PSI und der unter der Ruhebedingung erhaltenen T_co betrug nach abgeschlossener Hitzeakklimatisation +0.28, deren Vorzeichen allerdings überrascht, da - ausgehend von der Berechnungsvorschrift des PSI – ein negativer Zusammenhang zu erwarten war, der sich auch bei der Partialkorrelation beider Größen einstellte (r = - 0.88, p < 0.01), wobei der Einfluss der Endwerte von T_co und HR sowie des Ruhewerts der HR herausgerechnet wurde. Die entsprechende Korrelation zwischen den am Ende der Akklimatisationsphase erreichten Veränderungswerten des PSI und der Endwerte der Körperkerntemperatur betrug r = 0.81 (p < 0.01) und entspricht in ihrer Richtung den Erwartungen. Die für die Herzschlagfrequenz auf Grundlage der Veränderungswerte vorgenommenen Korrelationsanalysen führten zu ähnlichen Ergebnissen. So zeigte sich auch hier zunächst eine unplausible positive Korrelation zwischen den Ruhewerten der Herzschlagfrequenz und dem PSI (r = 0.52, p < 0.01). Bei Berechnung der entsprechenden Partialkorrelation resultierte dann ein negativer Wert von r = -0.65 (p < 0.01). Zwischen den Endwerten von Herzschlagfrequenz und PSI bestand ein positiver Zusammenhang von r = 0.90 (p < 0.01).

Der PSI ist somit ein einfach anwendbarer, die physiologische Beanspruchung bei Hitzebelastung beschreibender Index, der allerdings den Einfluss der Akklimatisation, insbesondere die Absenkung der Ruhewerte der Körperkerntemperatur und der Herzschlagfrequenz nicht angemessen abzubilden erlaubt.

Praktische Relevanz

Die vorliegende Studie gibt Hinweise auf den Anwendungsbereich des PSI (Physiological Strain Index), der zur Bewertung der bei Hitzebelastung auftretenden Beanspruchung entwickelt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass der PSI die bei Akklimatisation auftretenden Beanspruchungsveränderungen, insbesondere die Absenkung der Ruhewerte der Herzschlagfrequenz und der Körperkerntemperatur, nicht adäquat abbildet.

Längsschnittanalyse der intraindividuellen Variabilität der Beanspruchung bei Hitzebelastung oberhalb eines thermoregulatorischen Gleichgewichts

Autor: Bernhard Kampmann, Georg Bresser

Schlüsselwörter: intraindividuelle Variabilität, Herzschlagfrequenz, Körpertemperatur, Hitzebelastung

Zusammenfassung

Vier Mitglieder der Grubenwehr führten drei unterschiedliche, standardisierte Übungen bei verschiedener klimatischer Belastung, Bekleidung und Ausrüstung bei Beanspruchungen oberhalb eines thermoregulatorischen Gleichgewichts durch. Belastungen dieser Art sind typisch für Übungen und Einsätze von Grubenwehrmitgliedern und Feuerwehrleuten, sowie für andere Formen schwerer körperlicher Arbeit unter Schutzkleidung. Während der Übungen wurden Herzschlagfrequenz und Körpertemperatur erfasst. Diese Übungen wurden über  zehn Jahre mehrfach wiederholt. Eine signifikanter zeitlicher Trend der erfassten Größen ergab sich nur für die Körpermasse von drei der Probanden. Spezifische Fitness (Fitness pro Körpermasse), Herzschlagfrequenz und Körpertemperatur zu Beginn oder am Ende der Übungen zeigten keinen signifikanten Trend während der Untersuchungszeit. Die Variabilität der Beanspruchungsgrößen lässt sich für die einzelnen Probanden gut durch eine Normalverteilung beschreiben, so dass sich mittels einer ANOVA Konfidenzintervalle für Messungen bestimmen lassen bzw. auch umgekehrt die erforderliche Anzahl von Messungen für ein vorgegebenes Konfidenzintervall der Beanspruchungsgrößen.

Praktische Relevanz

Während der zehn Jahre der Längsschnittuntersuchung zeigte sich keine systematischer zeitlicher Trend der Beanspruchungsgrößen.