Die Frage nach der richtigen Norm

Laserschutzfenstern kommt eine große Bedeutung zu, hängt doch die Gesundheit von Menschen, vor allem ihrer Augen, von der Schutzwirkung ab. Daher wird diese Wirksamkeit streng geprüft. Doch nicht immer passen die einschlägigen Normen zur Realität.

14. Juni 2019
Die Frage nach der richtigen Norm
Schutzscheibenprobe nach intensivem Laserbeschuss. (© Laservision)

Passive Laserschutzfenster aus Kunststoff oder Glas sind in Klasse-1-Lasersystemen Stand der Technik, um eine augensichere Prozessbeobachtung zu gewährleisten. Für die Auswahl des für die jeweilige Anwendung am besten geeigneten Fenstermaterials ist die Kenntnis der Widerstandsfähigkeit bei unterschiedlichen Belastungsfällen notwendig. Diese wird durch unterschiedliche Prüfbedingungen der Laserschutznormen, jedoch nicht für alle Parameterkombinationen korrekt beschrieben.

Für die richtige Auswahl von Laserschutzmaterial sind Belastungstests extrem wichtig.

Prüfbedingungen der Laserschutznormen

Die bisher überwiegend zur Charakterisierung der Widerstandsfähigkeit herangezogenen Normprüfungen nach EN 207 (Persönlicher Augenschutz) und EN 12254 (Temporäre Abschirmungen, bis 100 Watt Laserleistung) haben den erheblichen Nachteil, dass für fünf beziehungsweise 100 Sekunden bei einem sehr kleinen Strahldurchmesser von D63 = 1 Millimeter geprüft wird.

Ein solcher versehentlicher Beschuss eines Beobachtungsfensters ist in industriellen Laseranlagen allerdings sehr unwahrscheinlich. Da in den meisten Fällen zur Materialbearbeitung eine fest verbaute Optik mit nach unten gerichteter Fokussierung verwendet wird, kann der Strahl, zum Beispiel nach der Reflexion an einem Bauteil, nur aufgeweitet auf das Laserschutzmaterial treffen. Für die damit notwendige Extrapolation der Zertifizierungsergebnisse zu größeren Durchmessern oder höheren absoluten Leistungen bieten beide Normen sogenannte Überhöhungsfunktionen an. Die dafür im Rahmen einer Studie experimentell für zehn Millimeter Strahldurchmesser D63 gewonnenen Daten erlauben gesicherte Aussagen jedoch nur für eine Belastungsdauer von fünf Sekunden.

Eine Abschätzung der Beständigkeit von Laserschutzfenstern für den Fall des teilbeobachteten Betriebs mit einem Beobachtungsintervall von 100 Sekunden ist damit allerdings sehr schwierig bis unmöglich, da einerseits ein Fenstermaterial naturgemäß für kurze Zeit deutlich höheren Leistungsdichten standhält als für längere Belastungsdauern und andererseits die Vergrößerung des Strahldurchmessers zu anderen Wechselwirkungsmechanismen führen kann.

Die der Sicherheit von Laseranlagen zugrunde liegende Norm ist die EN 60825, die in ihrem vierten Teil die Vorgaben zur Prüfung des Einhausungsmaterials auf seine Laserbeständigkeit für unterschiedliche Beobachtungsintervalle (10, 100 und 30.000 Sekunden) zusammenfasst. Dementsprechend ist das auch die anzuwendende Norm für die Zertifizierung von Laserschutzfenstern als Teil der Laseranlage. Der für die Prüfung eines Wand- oder Fenstermaterials einzustellende Strahldurchmesser D86 sollte in etwa dem am Ort der dreifachen Fokussierbrennweite entsprechen.

Damit erhält man aus der Prüfung nach EN 60825–4 Schutzgrenzbestrahlungswerte für deutlich größere Spotdurchmesser als nach EN 207 und EN 12254. Beim Vergleich der Ergebnisse für ein Fenstermaterial für einen kleinen Spot (nach EN 12254) und einen großen Spot (nach EN 60825–4) fällt auf, dass die zulässigen Leistungsdichten bei kleinen Bestrahlungsfleckabmessungen um einigen Größenordnungen höher sind als bei großen Strahldurchmessern. Anders ausgedrückt, sind Angaben zur Schutzgrenzbestrahlung (Leistungsdichte) unterschiedlicher Wand- oder Fenstermaterialien, die bei verschiedenen Strahldurchmessern bestimmt wurden, nicht miteinander vergleichbar.

Ohne exakte Kenntnis dieser Messkurve ist die einzige Aussage, die sicher getroffen werden kann, diejenige, dass ein Material die bei einem größeren Strahldurchmesser ermittelte Leistungsdichte auch bei kleineren Belichtungsfleckgrößen für die vorgegebene Belichtungsdauer aushält, nicht jedoch umgekehrt. Für die richtige Auswahl eines Laserschutzmaterials sind daher realitätsnahe Belastungstests extrem wichtig, um die Lasersicherheit eines Gesamtsystems gewährleisten zu können.

Erschienen in Ausgabe: 04/2019
Seite: 52 bis 53