Laserstrahlung
Was beim Betrieb von Laserschweißanlagen zu beachten ist
Beim Betrieb von Laserschweißanlagen müssen einige wichtige Randbedingungen erfüllt werden. Die DIN EN ISO 11553-1, die DIN EN 207/208, die DIN EN 12254/60825-4, die DIN EN 60825-1 und die BGV B2 (+ DA 2007) legen einige Regeln zu Sicherheitsmaßnahmen fest.
Der Gesetzgeber fordert einige organisatorische Maßnahmen zum Betrieb einer Laserschweißanlage
Gesetzliche Regelungen zum Betrieb einer Laserschweißanlage
Beim Betrieb von Laserschweißanlagen müssen einige wichtige Randbedingungen erfüllt werden. Zu beachten sind die laserspezifischen Gefahren der freigesetzten Laserstrahlung.
Auch der Gesetzgeber fordert einige organisatorische Maßnahmen zum Betrieb einer Laserschweißanlage. So sind in der DIN EN ISO 11553-1, der DIN EN 207/208, der DIN EN 12254/60825-4, der DIN EN 60825-1 und der BGV B2 (+ DA 2007) Regeln festgelegt, die Sicherheitsmaßnahmen und Anforderungen an die Anlagentechnik beinhalten.
Gefährdungen während des Laserstrahlschweißens
In erster Linie ist die Laserstrahlung selbst zu nennen. Diese stellt eine konzentrierte Energie dar, die beim Auftreffen auf einen Gegenstand mit diesem interagiert. Dieser beim Schweißen gewünschte Effekt gilt auch für Strahlung, die nicht auf das Werkstück trifft oder von diesem reflektiert wird.
Insbesondere beim Wärmeleitungsschweißen wird ein Großteil der Energie des Laserstrahls reflektiert. Trifft diese auf in der Nähe befindliche Komponenten der Schweißanlage, werden diese erwärmt und/oder beschädigt. Aus diesem Grund muss auf eine ausreichende Kühlung der Anlagenkomponenten in der Nähe des Schweißprozesses geachtet werden, da sich die sogenannte Streustrahlung aus dem Laserschweißprozess nicht gänzlich verhindern lässt.
Insbesondere für das menschliche Auge ist die Strahlung gefährlich. Sie befindet sich im nicht sichtbaren Bereich des Lichts und wird somit nicht wahrgenommen. Je nach Wellenlänge des verwendeten Systems werden beim Auftreffen auf menschliches Gewebe unterschiedliche Verletzungen hervorgerufen.
Während CO2-Laser auf der Hautoberfläche Verbrennungen hervorrufen, dringen Festkörperlaser in die Haut ein und geben ihre Energie erst unterhalb der Hautoberfläche ab, die tief liegend zerstört wird. Besonders die Verletzungen durch einen Festkörperlaser erscheinen erst harmlos.
Durch die innen liegende Verletzung entstehen jedoch oft Entzündungen, die erst später hervorbrechen. Diese Form der Verletzung tritt in der Regel nur auf, wenn ein konzentrierter Strahl auf die Haut trifft, und ist deshalb sehr selten.
Gefährlicher ist die Streustrahlung von Festkörperlasern für das menschliche Auge, da diese die Strahlung auf die Netzhaut konzentriert und die Intensität auf ihr schnell zu deren Zerstörung führt. CO2-Laser werden bereits von der Iris absorbiert und bewirken eine Trübung der Linse.
Das Tragen einer Schutzbrille ist auch bei geringen Laserleistungen erforderlich. Zuvor sollte jedoch der Bereich, in dem die Streustrahlung auftreten kann, durch Einhausungen gegenüber dem Bediener abgeschirmt werden und ein Betrieb der Anlage sollte nur möglich sein, wenn diese geschlossen ist.
Gefährdung für den Bediener
Ob ein Bediener gefährdet ist, kann der DIN EN 60825-1 entnommen werden. Hier sind die maximal zulässigen Bestrahlungsstärken (MZB) festgelegt und ihre Bestimmung erläutert. Auch die Berufsgenossenschaften können hierüber Auskunft geben.
Neben der direkten Gefährdung durch reflektierte Strahlung sind in Laserschweißanlagen die Vorschubgeschwindigkeiten in der Regel höher als in anderen Schweißanlagen. Auch entstehen beim Schweißen mit dem Laserstrahl Schweißrauche und es können Schweißspritzer auftreten, die Verbrennungen hervorrufen.
Hinsichtlich der Laserstrahlquelle sind hohe Spannungen zur Anregung der laseraktiven Medien notwendig. Diese sind neben der elektrischen Gefährdung selbst auch von einem elektromagnetischen Feldelektromagnetisches Feld umgeben, das besonders für die Träger von Herzschrittmachern gefährlich ist. Dieser Personenkreis sollte einen ausreichenden Abstand zu Laserquellen halten.
Laserklassen und ihre Merkmale
Laser werden entsprechend ihrem Gefährdungspotenzial in Laserklassen eingeteilt. Einteilungskriterien sind dabei die Laserleistung und die Zugänglichkeit der Laserstrahlung. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die Laserklassen und ihre Merkmale sowie die Laserleistung.
Tab.: Einteilung der Laserklassen
| Klasse 1 |
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40 μW im blauen Spektralbereich 400 μW im roten Spektralbereich (Messblenden für Lupen oder Ferngläser) kein Strahlaustritt, auch nicht bei einer Fehlbedienung |
| Klasse 1M | augensicher für das Auge, auch bei längerer (absichtlicher) Bestrahlung, möglicher Augenschaden bei Bestrahlung mit Lupen und Ferngläsern | wie Klasse 1, aber Messblende für das Auge |
| Klasse 2 | sichtbare Laserstrahlung, augensicher bei kurzzeitiger Bestrahlung, auch bei Bestrahlung mit Lupen und Ferngläsern | 1 mW (Messblenden für Lupen und Ferngläser) |
| Klasse 2M | sichtbare Laserstrahlung, augensicher bei kurzzeitiger Bestrahlung für das freie Auge, möglicher Augenschaden bei Bestrahlung mit Lupen und Ferngläsern | wie Klasse 2, aber Messblende für das freie Auge |
| Klasse 3R | praktisch keine Gefahr für die Augen bei kurzzeitiger unabsichtlicher Bestrahlung, Gefahr bei unsachgemäßer Verwendung durch nicht eingewiesenes Personal |
5 x Klasse 2 im sichtbaren Bereich (d.h. 5 mW) 5 x Klasse 1 außerhalb des sichtbaren Bereichs |
| Klasse 3B | Gefahr für die Augen durch den direkten Strahl und spiegelnde Reflexionen; möglich sind geringfügige Hautverletzungen bei Leistungen nahe der Obergrenze | 500 mW |
| Klasse 4 | Gefahr für die Augen durch den direkten und diffus reflektierten Strahl, Gefahr für die Haut, Brandgefahr nach oben hin offen | nach oben hin offen |
In der Regel fallen Laserschweißanlagen unter die Laserklasse 1. Die Voraussetzung hierfür ist die vollständige Einhausung der Anlage. Ist eine Schädigung von Personen durch die Strahlung jedoch möglich, muss die Anlage entsprechend ihrer Leistung anderen Laserklassen zugeordnet werden.
Laseranlagen müssen bei den Behörden für Arbeitsschutz und der Berufsgenossenschaft angemeldet werden, um in Betrieb genommen werden zu dürfen. Insbesondere gilt dies, um einen Versicherungsschutz für die Anlagen zu gewährleisten.
Dipl.-Ing. Peter Kallage
Peter Kallage ist seit 2005 ist als wissenschaftlicher Mitarbeit am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) tätig. Seit 2007 leitet er die Gruppe Fügetechnik am LZH.
