Aspekte der Lichtwirkung
auf Rinder und Schweine
Fachtag Bau und Technik,
Arbeitsthema „Effiziente Stallbeleuchtung für Rind und Schwein“
Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Dr. Daniel Werner

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Dr. agr. Daniel Werner
Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen
Haus Düsse, FB 71 - Tierhaltung & Tierzuchtrecht
Wiss. Mitarbeiter Forschungsprojekt iCurS
Fachhochschule Bielefeld
Institut für Technische Energie-Systeme
Labor für Intelligente Licht- und Energiesysteme
Lehrbeauftragter Effiziente Lichttechnik
Promoviert an der Martin-Luther-Universität in Halle-Wittenberg
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Inhalt
Licht und Lichtquellen
Evolution und Habitat von Rind und Schwein
Sehvermögen von Mensch, Rind und Schwein
Farbsehvermögen und biologische Wirksamkeit
Sehschärfe und Sehbereich
Wahrnehmungsfrequenz
Zusammenfassung
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Licht aus technischer Sicht
Elektromagnetische
Strahlung, deren Bereiche für
das menschliche Auge
sichtbar sind
380 - 780 nm
Spektrale Zusammensetzung
bestimmt die Farbe
Intensität bestimmt die
Helligkeit
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[Lic06]

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Licht aus physiologischer Sicht
Licht ist die Grundlage des Sehens,
wirkt auf photosensitive Ganglienzellen in der Retina und
steuert den Zeitgeber bzw. die „innere Uhr“
Tag/Nacht- & Jahres- Rhythmus
Tiergesundheit und Wohlbefinden
Stoffwechsel und Hormonbildung
Wachstum und Fruchtbarkeit
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[eigene Darstellung]

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Sonnenlicht als natürliche Lichtquelle
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[Kle20]

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Sonnenlicht als natürliche Lichtquelle
Kostenlos, frei verfügbar, lange Lebensdauer
Dynamisch und kontinuierlich
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November
August
Abends (Sonnenuntergang)
November
August
Mittags
[eigene Darstellung]

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Künstliche Lichtquellen
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[Led20]
[Tri20]
[Lam20]
[Itw20]

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Vergleich verschiedener Lampentechnologien
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Thermische
Strahlungsquellen
Entladungs-
lampen
LEDs (Elektro-
lumineszenz)
Lebensdauer
1.000 Std. bei
Glühlampen
30.000 - 35.000 Std.
bis zu 100.000 Std.
mit guter Kühlung
Effizienz
20 lm/W
95 % Wärme /
5 % Licht
75 - 130 lm/W
75 % Wärme /
25 % Licht
bis zu 140 lm/W
50 % Wärme /
50 % Licht
Farbwieder-
gabe
R
a
= 100
R
a
= 40 -90
R
a
= 60 -95

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Verschiedene Lampentechnologien
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[Gre20]
Tageslicht
Glühlampe
Leuchtstofflampe
Halogenlampe
Kaltweiße LED
Warmweiße LED

Evolution und Habitat
von Rind und Schwein

Evolution und Habitat
Sehvermögen und der Lichtwirkung immer unter Aspekten der
Evolution und des natürlichen Habitats beachten
Evolution der Säugetiere seit mehr als 300 Millionen Jahren
Domestizierung von Schwein, Rind, Hund, Schaf und Ziege vor rund
10.500 Jahren
Erste Glühlampen seit 1850, Leuchtstofflampen kommerziell seit
1940 und LEDs seit rund 10 Jahren im Einsatz
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Kann die moderne Beleuchtungstechnik schon
evolutionär auf das Tier gewirkt haben?

Evolution und Habitat von Rind und Schwein
Rinder als Bewohner offenen Graslandes
Sorgen im Zusammenleben mit anderen großen
Pflanzenfressern für den natürlichen Erhalt dieser Flächen
Aber auch Waldbüffel als Bewohner der Wälder bekannt
Schweine bevorzugen Wälder und baumbestandene Gebiete wie
Savannen – trockene Regionen werden gemieden
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Sehvermögen von
Mensch, Rind und Schwein

Farbsehvermögen von Mensch, Rind und Schwein
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Mensch
Rind
Schwein
Farbsehvermögen Trichromat
Dichromat
Dichromat
Maximale
Sensitivität der
Zapfen
S-Zapfen: 430 nm
S-Zapfen: 455 nm
S-Zapfen: 439 nm
M-Zapfen: 535 nm
M/L-Zapfen:
554 nm
M/L-Zapfen:
556 nm
L-Zapfen: 565 nm

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Können Rinder und Schweine rot wahrnehmen?
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Aus der Werbung eines Herstellers:

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Farbsehvermögen Mensch
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[eigene Darstellung]

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Farbsehvermögen Rind (vglb. Schwein)
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[eigene Darstellung]

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Können Rinder und Schweine rot wahrnehmen?
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[eigene Darstellung]

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Rot-Grün-Schwäche am Bsp. Ishihara Tafel
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[Fri14]

Bedeutung des Farbsehens und Spektrums
Farbsehen zur qualitativen Unterscheidung
Erkennbarkeit Artgenossen
Gefahren und „Fressfeinde“
Teilweise zur Futteraufnahme
Biologische Wirksamkeit
Steuerung der physiologischen Vorgänge
Beeinflussung der biologischen Rhythmen
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Biologische Wirksamkeit von Beleuchtung
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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[eigene Darstellung]

Bedeutung des Spektrums / biologische Wirksamkeit
Besonders kurzwelliges Licht wirkt auf die Ganglienzellen
LEDs besitzen zumeist hohen Blauanteil mit hoher Wirksamkeit
Natriumdampflicht emittiert sehr wenig biologisch-wirksames
Licht und zudem nicht in den Bereichen der Zapfen von Rind und
Schwein
Lichtwirkung aber immer auf Mensch
und
Tier beachten
(melanopische Lichtwirkung = nicht-visuellen Wirkungen von Licht)
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Sehschärfe von Mensch, Rind und Schwein
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Mensch
Rind
Schwein
Sehschärfe
[Winkelminute]
1′
7-24′
8′
Sehschärfe beschreibt wann zwei Sehobjekte noch als getrennt
wahrgenommen werden
1′ (eine Winkelminute) entspricht etwa 1,5 mm bei 5 m Abstand
je kleiner die Winkel-Sehschärfe ist, desto besser ist die Sehschärfe

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Sehschärfe Mensch, Rind und Schwein
[Das20], [Mou14]

Einordnung der Sehschärfe zu anderen Tiere
Wanderfalke: 0,4′
Mensch:
0,4′ bis 2,0′
Katze:
5′
Rind:
7′ - 24′
Schwein:
8′
Ziege:
20′
Ratte:
60′
Maus:
120′ - 150′
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Sehschärfe = Fähigkeit zur
Wahrnehmung von Konturen
und Musterdetails
Wichtig für die Orientierung
in der Stallumgebung

Sehbereich von Mensch, Rind und Schwein
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Mensch
Rind
Schwein
monokular
200°
330°
310°
binokular
120°
50°
30°
Winkel zwischen optischer
Achsen und Sehachse
57°
33°

Bedeutung des Sehbereichs
Jäger oder Gejagter bzw. fokussiert oder großräumig?
Binokularer Bereich
räumliches Sehen
Einschätzung von Größe und Geschwindigkeit
Monokularer Bereich für Wahrnehmung
Wahrnehmung
Frühes Erkennen von Fressfeinden
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Vom Sehbereich zur Wahrnehmungs- und
Bewegungszone
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[Mou14]
[For14]

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Bewegung des Einzeltiers
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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[For14]
[For14]

Wahrnehmungsfrequenz Mensch - Rind
Frequenz der Vorschaltelektronik sollte hoch gewählt werden,
sodass kein Flackern oder eine unterbewusste Störung entsteht
Empfohlen wird eine Konstantstromregelung (CCR) oder
Vorschaltfrequenzen >> 1 kHz bei Pulsweitenmodulation (PWM)
* derzeit keine wiss. Studie bei Schweinen hierzu bekannt. Diverse Empfehlungen lassen aber auf eine vglb. Wahrnehmungsfrequenz
zu Rinder schließen
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Mensch
Rind
Schwein
Wahrnehmungsfrequenz
[Bilder pro Sekunde]
20 - 30
40 - 60
50*

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Wahrnehmung Mensch - Tier
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Aufnahme mit 60
Bilder pro Sekunde,
was einer Wahr-
nehmungsfrequenz
vom Rind und
Schwein gleich-
zusetzen ist
[eigene Darstellung]

Fazit und Zusammenfassung
Unterschiedliches Sehvermögen von Mensch und Tier
Beleuchtung immer ein Kompromiss für Mensch und Tier
Gleichmäßigkeit, spektrale Zusammensetzung und Lichtdauer
entscheidend für das Tier
Intensität eher untergeordnet für das Tier, wichtig für den
Menschen
(Grundintensität für Arbeitssicherheit und -komfort beachten)
Biologische Wirksamkeit berücksichtigen
Gute Beleuchtung für Tierbewertung und -kontrolle notwendig
Daniel Werner, Aspekte der Lichtwirkung auf Rinder und Schweine
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Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit
Bei Rückfragen:
LWK NRW - VBZL Haus Düsse
Dr. Daniel Werner
Tel: 02945 / 989 - 754
Email:
daniel.werner@lwk.nrw.de

Quellen
[Das20]
https://dasauge.at/-sascia-d%C3%A4umichen/piktogramme/, letzter Zugriff 11.2020
[Fri14]
Frings, S.; Müller, F.: Biologie der Sinne - Vom Molekül zur Wahrnehmung, Springer, 2014
[For14]
Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL): Erfolgreiches Rinderhandling: wahrnehmen, verstehen,
kommunizieren, (CH) Frick, 2014
[Gre20]
http://www.greenfilmtools.com/themen/licht/basics/,
letzter Zugriff 11.2020
[Itw20]
http://www.itwissen.info/Lampensockel-lamp-socket.html,
letzter Zugriff 01/2020
[Kle20]
https://www.klein-klein-aktion.de/mittagssonne-uvb-strahlung/,
letzter Zugriff 10.2020
[Lam20]
https://www.lampe.de/magazin/leuchtdiode,
letzter Zugriff 01/2020
[Led20]
https://www.ledvance.ch/de/produkte/produktwissen/hochdruckentladungslampen/professionelles-
wissen/funktionsweise-hochdruckentladung/index.jsp, letzter Zugriff 01/2020
[Lic06]
licht.de, Fördergemeinschaft Gutes Licht - eine Brancheninitiative des ZVEI e.V.: licht.wissen 01 - Die Beleuchtung mit
künstlichem Licht, e&b engelhardt und bauer Kraft Druck GmbH, Ettlingen, 2006
[Mou14]
Mounaix, B. et al.: Cattle behaviour and the human animal relationship. Variation factors and consequences in
breeding, Le Rheu, 2014
[Tri20]
https://www.trilux.com/de/beleuchtungspraxis/leuchtmittel/leuchtmittelarten/niederdruck-entladungslampen/,
letzter
Zugriff 01/2020
35