Laser ist nicht gleich Laser. Das Spektrum reicht vom schwachen Laserpointer bis zum leistungsstarken System, das Metall beschriftet, reinigt, schweißt oder schneidet.
Entsprechend unterschiedlich sind die Risiken. Ein leistungsstarker Laser kann die Haut verbrennen, die Augen dauerhaft schädigen und brennbare Materialien entzünden. Damit Anwender die Gefahr schnell einschätzen können, teilen internationale und nationale Normen Laser in Sicherheitsklassen ein.
Bevor wir diese Klassen betrachten, lohnt sich eine kurze Grundfrage: Was ist eigentlich ein Laser?
Der Begriff wurde 1959 vom US-amerikanischen Physiker Gordon Gould geprägt. LASER ist ein Akronym für „light amplification by stimulated emission of radiation“, auf Deutsch „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“. Vereinfacht gesagt erzeugt ein Lasersystem durch optische Verstärkung einen stark gebündelten Lichtstrahl mit hoher Energiedichte.
Die Laserklasse beschreibt, wie groß das Risiko für Augen, Haut und Umgebung ist. Je höher die Klasse, desto strenger sind die erforderlichen Schutzmaßnahmen. Für diesen Überblick verwenden wir das überarbeitete Klassifizierungssystem der internationalen Norm IEC 60825-1.
In den USA wird daneben ANSI Z136.1 verwendet. Die Bezeichnungen und Grundprinzipien beider Systeme sind weitgehend vergleichbar, auch wenn sich einzelne Vorgaben unterscheiden.
Klasse 1: im Normalbetrieb sicher
Laserprodukte der Klasse 1 gelten im vorgesehenen Betrieb als augensicher. Das gilt auch bei längerer Betrachtung und bei der Verwendung optischer Instrumente. Häufig handelt es sich um Laser mit sehr geringer Ausgangsleistung im Bereich weniger Mikrowatt.
Zur Klasse 1 können aber auch leistungsstarke Industrielaser gehören. Entscheidend ist dann nicht die Leistung der eingebauten Laserquelle, sondern die sichere Einhausung. Ein Laserdrucker enthält zum Beispiel einen Laser einer höheren Klasse, wird als vollständiges Produkt jedoch der Klasse 1 zugeordnet. Solange das Gehäuse intakt bleibt und das Gerät normal verwendet wird, ist kein Kontakt mit dem gefährlichen Strahl möglich.
Klasse 1M: mit bloßem Auge sicher, mit Optik gefährlich
Das M steht für „magnified“, also „vergrößert“. Mit bloßem Auge ist der Strahl eines Lasers der Klasse 1M in der Regel ungefährlich.
Gefährlich kann es werden, wenn der Strahl durch ein Fernglas, eine Lupe oder ein anderes optisches Instrument gebündelt wird. Korrektionsbrillen sind davon ausgenommen.
Typische Beispiele sind Laserdioden, Glasfaser-Kommunikationssysteme und Laser-Geschwindigkeitsmesser.
Klasse 2: sichtbare Laser mit geringer Leistung
Laser der Klasse 2 arbeiten mit sichtbarem Licht. Bei einem kurzen, unbeabsichtigten Blick schützt normalerweise der natürliche Lidschlussreflex: Innerhalb von ungefähr 0,25 Sekunden schließen sich die Augen oder der Kopf wird abgewendet.
Dieser Schutz funktioniert nur bei sichtbarem Licht. Unsichtbare Strahlung löst weder den Lidschlussreflex noch eine vergleichbare Abwendungsreaktion aus und kann deshalb nicht als Klasse 2 eingestuft werden.
Bei Dauerstrichlasern liegt die typische Grenze bei 1 mW, in bestimmten Fällen kann sie jedoch höher sein. Im älteren Klassifizierungssystem bezeichnete Klasse IIa eine Untergruppe, bei der erst eine sehr lange Betrachtung von mehr als 1.000 Sekunden als schädlich galt.
Klasse 2M: vergrößerte Strahlen sind gefährlich
Ohne optische Hilfsmittel gelten Laser der Klasse 2M im Allgemeinen als sicher, weil Lidschlussreflex und Abwendungsreaktion die Augen schützen. Wird der Strahl jedoch durch ein optisches Instrument betrachtet oder gebündelt, reicht diese kurze Reaktionszeit nicht mehr aus. Dann kann schon eine sehr kurze Exposition das Auge schädigen.
Klasse 3R: geringe, aber reale Verletzungsgefahr
Laser der Klasse 3R, darunter bestimmte Laserpointer und Laserscanner, sind riskanter als die Klassen 1 und 2. Bei sorgfältigem Umgang bleibt das Risiko begrenzt. Wer direkt in den Strahl blickt, kann das Auge dennoch verletzen, besonders wenn optische Instrumente verwendet werden.
Deshalb müssen Geräte dieser Klasse mit Warnhinweisen gekennzeichnet sein. Im älteren Klassifizierungssystem entspricht Klasse IIIa beziehungsweise 3a im Wesentlichen der heutigen Klasse 3R. Wie lange eine Exposition noch akzeptabel ist, hängt von der Wellenlänge ab.
Klasse 3B: direkter Strahl ist gefährlich
Bei Lasern der Klasse 3B müssen sowohl der direkte Strahl als auch spiegelnde Reflexionen vermieden werden. Sie können die Augen verletzen und kleinere Verbrennungen auf der Haut verursachen.
Nur diffuse Reflexionen gelten bei dieser Klasse als sicher.
Dauerstrichlaser mit Wellenlängen zwischen 315 nm und dem fernen Infrarot dürfen 0,5 W nicht überschreiten.
Gepulste Laser im sichtbaren Bereich zwischen 400 und 700 nm dürfen höchstens 30 Millijoule abgeben.
Laser für Lichtshows und andere Unterhaltungsanwendungen fallen häufig in diese Kategorie. Im älteren System entspricht Klasse 3B der Klasse IIIb.
Klasse 4: höchste Gefahrenklasse
Laser der Klasse 4 besitzen eine so hohe Leistung, dass der offene Strahl schwere Augen- und Hautverletzungen verursachen und Materialien entzünden kann. Ohne geeignete Einhausung und Schutzmaßnahmen ist äußerste Vorsicht erforderlich.
Genau diese hohe Leistung macht Klasse-4-Laser für industrielle Verfahren wie Laserschneiden, Laserbeschriftung, Laserschweißen und Laserreinigung interessant.
Im Gefahrenbereich sind nicht nur der direkte Strahl und spiegelnde Reflexionen problematisch. Auch diffus gestreutes Licht kann bei Klasse 4 bereits ausreichen, um Haut und Augen zu schädigen.
Brennbare Materialien dürfen sich deshalb nicht ungeschützt in der Nähe befinden.
Warnhinweise, passende persönliche Schutzausrüstung und technische Schutzmaßnahmen sind hier unverzichtbar.
In der Produktion wird die Gefahr meist durch eine geprüfte Einhausung beherrscht. Ein automatisiertes Laserbeschriftungsgerät von Laserax kann deshalb als Laserprodukt der Klasse 1 betrieben werden, obwohl im Inneren ein leistungsstarkes Lasersystem der Klasse 4 mit 20 bis 500 W arbeitet.
Die Klasse sagt also, wie gefährlich ein Laserprodukt zugänglich ist. Im nächsten Schritt sehen wir uns an, welche Arten von Schäden Laserstrahlung verursachen kann.
Welche Gefahren von Lasern ausgehen
Laserstrahlung kann vor allem Augen und Haut schädigen. Bei leistungsstarken Systemen kommt außerdem eine Brandgefahr hinzu.
Erfüllt ein Laserprodukt nicht die Anforderungen der Klasse 1, darf der Gefahrenbereich nur mit geeigneter Schutzausrüstung betreten werden. Dazu gehören eine auf die Wellenlänge abgestimmte Laserschutzbrille und, je nach Anwendung, spezielle Schutzkleidung.
Gefahren für die Augen
Das Auge ist besonders empfindlich, weil Hornhaut und Linse einfallendes Licht wie eine Lupe auf die Netzhaut bündeln. Dadurch kann selbst ein kleiner Laserstrahl auf einer sehr kleinen Fläche eine hohe Energiedichte erreichen.
Hornhaut, Linse und Netzhaut reagieren je nach Wellenlänge unterschiedlich. Deshalb ist nicht nur die Leistung des Lasers wichtig, sondern auch der Spektralbereich, in dem er arbeitet.
Viele Lasergravurgeräte arbeiten im nahen Infrarotbereich von 700 bis 2.000 nm oder im fernen Infrarotbereich von 4.000 bis über 11.000 nm. Dieses Licht ist für Menschen unsichtbar.
Ein Teil des sichtbaren Lichts wird bereits im Auge absorbiert, bevor Hornhaut und Linse es bündeln. Dadurch nimmt die Leistung ab.
Infrarotstrahlung wird dagegen nicht wahrgenommen. Es gibt keinen natürlichen Warnreiz, und energiereiches Licht kann die Netzhaut erreichen, ohne dass die betroffene Person den Strahl bemerkt.
Die konzentrierte Energie kann einen kleinen Bereich der Netzhaut verbrennen und dauerhaftes Erblinden verursachen. Bei ultraviolettem Licht unter 400 nm sind zusätzlich photochemische Schäden möglich, die unter anderem Katarakte und eine verminderte Sehleistung auslösen können.
Laserschutzbrillen absorbieren definierte Wellenlängen. Eine beliebige Schutzbrille reicht deshalb nicht aus. Für die Faserlasersysteme von Laserax muss die Brille beispielsweise Schutz bei 1.064 nm bieten.
Gefahren für die Haut
Hautverletzungen sind meist weniger folgenschwer als Augenschäden, dürfen aber nicht unterschätzt werden. Besonders bei Lasern höherer Leistung kann schon ein kurzer Kontakt zu Verbrennungen führen.
Gefährlich sind der direkte Strahl und spiegelnde Reflexionen. Je nach Wellenlänge entstehen thermische Schäden wie bei einer heißen Oberfläche oder photochemische Schäden, die einem Sonnenbrand ähneln.
Wie schwer die Verletzung ausfällt, hängt von Laserleistung, Wellenlänge, bestrahlter Fläche und Einwirkdauer ab.
Brandgefahren
Neben den gesundheitlichen Risiken kann ein leistungsstarker Laser auch die Arbeitsumgebung gefährden.
Eine echte Brandgefahr besteht vor allem bei Klasse 4. Direkter Strahl, spiegelnde Reflexionen und sogar diffuse Reflexionen können brennbare Materialien entzünden. Eine sichere Einhausung muss deshalb alle möglichen Strahlwege und Reflexionswinkel berücksichtigen.
Die wichtigsten Lasernormen im Überblick
Lasernormen legen fest, wie Laserprodukte klassifiziert, gekennzeichnet und sicher betrieben werden. Sie entstanden aus der Erkenntnis, dass auch Laser mit vergleichsweise geringer Leistung gefährlich sein können.
Die Normen beschreiben unter anderem die Berechnung sicherheitsrelevanter Parameter, erforderliche Warnhinweise und Schutzmaßnahmen. Dazu gehört der nominelle Gefahrenbereich: der Bereich, in dem der direkte Strahl sowie spiegelnde oder diffuse Reflexionen ein Risiko darstellen.
Wichtige Ressourcen zu Lasernormen:
Die internationale Grundlage für die Klassifizierung ist IEC 60825-1.
Mit der Notice 50 von 2007 und der Notice 56 von 2019 erklärte die FDA, dass sie gegen Produkte nach IEC 60825-1 grundsätzlich keine Einwände erhebt.
Worauf Sie vor dem Kauf eines Lasers achten sollten
Für die Produktion ist ein vollständiges Lasergerät der Klasse 1 in der Regel die sicherste und einfachste Lösung. Wenn Sie stattdessen ein offenes Lasersystem der Klasse 4 integrieren, benötigen Sie einen erfahrenen Integrator, der die gesamte Anlage normgerecht absichert.
Dabei geht es nicht nur um die Einhausung. Auch Verriegelungen, Absaugung, sichere Betriebsabläufe und die Rauch- und Staubabsaugung müssen zur Anwendung passen. Die Laserexperten von Laserax unterstützen Sie bei dieser Auslegung.
Häufig gestellte Fragen
Welche vier Laserklassen gibt es?
Laser werden nach dem Risiko eingeteilt, das ihre zugängliche Strahlung für Menschen und Umgebung darstellt. Maßgeblich sind unter anderem Ausgangsleistung, Wellenlänge sowie Gefahren für Augen, Haut und brennbare Materialien.
1. Klasse 1: im Normalbetrieb sicher
Keine zugängliche Gefährdung bei bestimmungsgemäßem Betrieb.
Typische Beispiele sind Barcodescanner, Laserdrucker und eingehauste Industrieanlagen.
2. Klasse 2: sichtbares Licht mit geringer Leistung
Sichtbare Laser mit typischerweise weniger als 1 Milliwatt (mW).
Ein kurzer unbeabsichtigter Blick ist durch Lidschlussreflex und Abwendungsreaktion meist unkritisch.
Häufig bei Laserpointern und Ausrichtwerkzeugen.
3. Klasse 3: mittleres bis hohes Risiko
Unterteilt in Klasse 3R mit geringerem und Klasse 3B mit höherem Risiko.
Direkter Blick in den Strahl kann das ungeschützte Auge schädigen.
Einsatz unter anderem in Forschung und industriellen Anwendungen.
4. Klasse 4: hohe Leistung und ernsthafte Gefahren
Höchste Gefahrenklasse mit erheblichem Brandrisiko.
Kann schwere Verbrennungen und dauerhafte Augenschäden verursachen.
Typisch für industrielle Verfahren wie Schneiden, Schweißen, Beschriften und Texturieren sowie für bestimmte medizinische Anwendungen.
Was bedeutet MPE?
MPE steht für „Maximum Permissible Exposure“, auf Deutsch maximal zulässige Bestrahlung (MZB). Der Wert beschreibt, wie viel Laserstrahlung Augen oder Haut höchstens ausgesetzt sein dürfen, ohne dass gesundheitsschädliche Wirkungen zu erwarten sind.
MPE-Werte sind unter anderem in ANSI Z136.1 für die USA und in IEC 60825-1 für den internationalen Einsatz festgelegt.
Was bedeutet AEL?
AEL steht für „Accessible Emission Limit“, auf Deutsch Grenzwert zugänglicher Strahlung (GZS). Dieser Wert gibt an, wie viel Strahlung aus einem Laserprodukt zugänglich sein darf, damit es die Anforderungen seiner Klasse noch erfüllt.
Der AEL wird aus der MPE abgeleitet. In die Berechnung fließen reale Betriebsbedingungen wie Strahldivergenz und Abstand zur Quelle ein. Damit ist der AEL eine wichtige Grundlage für die Einstufung eines Laserprodukts.
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Julie Maltais hat Physikalische Technik studiert und arbeitet bei Laserax als Laserspezialistin. In Kundentests findet sie heraus, welche Laserlösung technisch und wirtschaftlich am besten zur jeweiligen Anwendung passt. Als Laserschutzbeauftragte sorgt sie außerdem dafür, dass Laser in der Fertigung und in den Laboren sicher eingesetzt werden.
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