Großflächiger Laserschutz

09.10.2018: LASERVISION

Mit der zunehmenden Wellenlängenvielfalt und stetig steigenden, mittleren Ausgangsleistungen industrieller und wissenschaftlicher Laserquellen, wachsen auch die Anforderungen an den Laserschutz kontinuierlich weiter. Das betrifft sowohl persönliche Schutzkomponenten wie Laserschutzbrillen oder -kleidung, aber auch die sichere Abschirmung der Umgebung eines Lasers höherer Leistung. Dazu spielt neben der obligatorischen Risikobeurteilung auch die genaue Kenntnis der Laserbelastungsgrenzen der verschiedenen Materialien bei unterschiedlichen Spotdurchmessern eine wesentliche Rolle.

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Um eine ausreichende passive Lasersicherheit von Komponenten des großflächigen Laserschutzes (Kabinen, Stellwände, etc.) gewährleisten zu können, muss die Eignung der Werkstoffe bzw. Wandmaterialien für diese Umhausungen und Abschirmungen stetig neu, mit Bezug auf die steigenden Ausgangsleistungen speziell von Faserlasern hoher Strahlqualität, bewertet werden. Dies bedingt ebenso kontinuierliche Tests neuer Werkstoffe auf ihre Laserfestigkeit. Ein Beispiel für einen Hochleistungswerkstoff sind spezielle Platten aus Aluminium-Schaum. Hierbei sind die Technologie des Aufschäumens und damit die Morphologie des Al-Schaums von entscheidender Bedeutung für die Widerstandsfestigkeit gegenüber der Laserstrahlung. Bei Beschuss mit Hochleistungslasern werden so signifikant höhere Standzeiten (Zeit bis zur Transmission von Laserstrahlung oberhalb der entsprechenden Schutzgrenzbestrahlung) erzielt, als z. B. mit entsprechend dicken Platten aus Aluminium-Vollmaterial.

Aktiver Laserschutz

In Fällen, in denen mit passiven Wandmaterialien keine ausreichend langen Schutzzeiten zu gewährleisten sind (z. B. stundenlanger, automatischer Anlagenbetrieb ohne Überwachung durch einen Anlagenbediener; T1 Einstufung in der Maschinenrichtlinie), müssen aktive Systeme eingesetzt werden. Hier kommen sehr häufig Wandkonfigurationen zum Einsatz, die einen lichtdichten Hohlraum aufweisen, der von einem Strahlungsdetektor überwacht wird.

Im Falle eines versehentlichen Beschusses mit Laserstrahlung wird entweder Wärme, -Plasma oder die eindringende

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Laserstrahlung detektiert und in wenigen Millisekunden eine Sicherheitsabschaltung des Lasers ausgelöst. In all diesen großflächigen Abschirmeinrichtungen können Fenster zur regelmäßigen Prozessüberwachung eingebracht sein. Diese Fenster müssen dabei natürlich mindestens das gleiche Sicherheitslevel erfüllen wie die nicht-transparenten Wandelemente.

Fenster aus Kunststoffwerkstoffen

Den Entwicklungsaktivitäten der letzten Jahre in Richtung höherer Schutzstufen ist es zu verdanken, dass Fenster aus Kunststoffwerkstoffen wie Polykarbonat (PC) und Polymethylmethacrylat (PMMA) als Alternative zu laminiertem oder gehärtetem Mineralglas zunehmend an Bedeutung gewinnen. Kunststofffenster sind in deutlich größeren Scheibendimensionen (z. B. bis 2.000 x 3.000 mm²) verfügbar und weisen flächenbezogen bessere Preis- und Gewichtsverhältnisse auf als Glasfenster. Laser-Beschusstests (nach DIN EN 60825-4) an Kunststofffenstern der Dicke 3 bzw. 6 mm ergaben leistungsabhängig Standzeiten von über 10 (T3-Einstufung) bzw. über 100 Sekunden (T2-Klassifizierung).

Auch Laserschutzfenster können aktiv ausgelegt werden, indem z. B. zwischen zwei, die Wellenlänge des verwendeten Lasers absorbierende Kunststofffenster eine hochtransparente Kunststoffscheibe eingeklebt wird. Bei Beschuss der ersten absorbierenden Scheibe wird gestreutes Plasma – oder Laserlicht – innerhalb der transparenten Schicht durch Multireflektion auf einen optischen Detektor geleitet, der wiederum eine schnelle Sicherheitsabschaltung des Lasers bewirkt.

Halle 11, Stand A127