Veröffentlicht von Julie Maltais, 17. January 2020
Lasersicherheit
Lasertechnologie bietet eine große Bandbreite an Ausführungen vom weitgehend ungefährlichen Laserpointer bis zu äußerst leistungsstarken Beschriftungslasern und Reinigungssystemen. Manche Laser haben ausreichend Leistung, um ernsthafte Verletzungen an der Haut und den Augen zu verursachen oder einen Brand auszulösen. Regierungen und internationale Organisationen haben aus diesem Grund strenge Richtlinien entwickelt, um die Lasersysteme nach ihrer Gefährdungsstufe in verschiedene Sicherheitsklassen einzuteilen.
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Beginnen wir mit der Frage, was ein Laser ist. Der Ausdruck wurde im Jahr 1959 von Gordon Gould, einem amerikanischen Physiker, geprägt. Es handelt sich dabei um ein Akronym für “light amplification by stimulated emission of radiation”. Lasersysteme produzieren durch optische Verstärkung hochkonzentrierte, energiereiche Lichtstrahlen.
Laserklassen kurz erklärt
In diesem Artikel stellen wir Ihnen die verschiedenen Laserstandards und Laserrisiken vor. Dazu gehört im ersten Schritt ein genauerer Blick auf die verschiedenen Laserklassen und wie sie sich voneinander unterscheiden.
Der Einfachheit halber legen wir den Fokus auf das überarbeitete Laser-Klassifizierungssystem der IEC 60825-1. In den USA kommt der Standard ANSI Z136.1 (das vorherige Klassifizierungssystem für Hochleistungslaser) zur Anwendung, welcher sehr ähnlich ist.
Laser der Klasse 1
Laserklasse 1 gilt in allen Anwendungen als augensicher - auch über einen längere Zeit und beim Einsatz von optischen Instrumente (wie Lupen oder Ferngläser). Diese Laser haben üblicherweise eine sehr geringe Ausgangsleistung (wenige Mikrowatt).
Industrielle Beschriftungssysteme höherer Klassen (zum Beispiel der Klasse 3, oder 4) können durch den Einsatz eines Sch(ein sogenannter eingeschlossener Laser) auf Laserklasse 1 heruntergestuft werden. So sind beispielsweise die in einem Laserdrucker verwendeten Laser in Klasse 4 eingestuft. Der Einschluss innerhalb eines Gehäuses macht den Drucker zu einem Laserprodukt der Klasse 1. Solange der Drucker nicht beschädigt ist und es keine zugängliche Laserstrahlung gibt, müssen Sie während des normalen Betriebs keine weiteren Vorsichtsmaßnahmen treffen.
Beispiele für Laserprodukte der Klasse 1:
Laser der Klasse 1M
Die Laserklasse 1M (oder Laserklasse 1 "magnified" für vergrößert) istgrundsätzlich sehr ähnlich zu Klasse 1 Laser, da sie generell als sicher für das bloße Auge gelten.
Wo liegt also der Unterschied zu Laser der Klasse 1?
Betrachtet man deren vergrößerten Strahl durch optische Instrumente , zum Beispiel einem Fernglas, kann dies schädlich sein (hiervon ausgenommen sind verschriebene Sehhilfen). Da der Strahl verstärkt ist, überschreitet er die maximal zulässige Bestrahlung (definiert als die maximale Energiedichte, die bei der Betrachtung als sicher gilt).
Laserdioden, Glasfaser-Kommunikationssysteme und Laser-Geschwindigkeitsmesser sind Laser der Klasse 1M.
Laser der Klasse 2
Normalerweise verhindert der Lidschlussreflex, dass wir gefährliche (und sichtbare) Wellenlängen nicht länger als 0,25 Sekunden anschauen. Solange wir also nicht gegen unsere natürlichen Instinkte ankämpfen, ist es sicher, einen Laserstrahl anzuschauen. Schädigungen der Augen treten nur dann auf, wenn man dei Laserstrahlung absichtlich fokussiert.
Laser können nur dann als Laserklasse2 eingestuft werden, wenn das Laserlicht sichtbar ist. Dies ist wichtig, da der Lidschlussreflex sowie andere Schutzreaktionen (zum Beispiel Kopfbewegungen) andernfalls nicht ausgelöst werden.
Laserklasse 2 Laser sind typischerweise beschränkt auf 1 mW für Laser mit konstanter Welle (in bestimmten Zusammenhängen kann dieser Wert aber auch höher liegen). Nach dem alten Klassifikationssystem sind Laser der Klasse IIa eine Unterklasse und gelten nur dann als schädlich, wenn die Dauer der Exposition länger als 1.000 Sekunden beträgt.
Laser der Klasse 2M
Laser der Klasse 2M gelten grundsätzlich als sicher. Wie bei Klasse 2 Laser schützt der Lidschlussreflex Ihre Augen vor nicht vergrößerten Strahlen. Schauen Sie sich allerdings den Strahl mit einem optischen Gerät (auch aus Versehen) an, reicht der Lidschlussreflex nicht mehr aus, um die Augen vor Verletzungen zu schützen. Selbst die kürzeste Expositionsdauer kann schädlich sein und deshalb ein absichtliches hineinschauen vermieden werden.
Laser der Klasse 3R
Lasersysteme der Laserklasse 3R, beispielsweise in Form eines Laserpointer und Laserscanners, stellen im Vergleich zu den vorherigen Klassen ein größeres Sicherheitsrisiko dar. Bei gewissenhaftem Umgang mit der Klasse 3R gelten sie allerdings dennoch als sicher. Bei direkter Betrachtung des Strahls, vor allem durch optische Instrumente, können in der Klasse 3R Augenverletzungen verursacht werden. In der Regel wird aber ein kurzer Kontakt mit den Augen diese nicht gleich schädigen (die akzeptable Expositionsdauer variiert je nach Wellenlängenbereich).
Die Einwirkung des Strahls ist zwar mit einem geringen Risiko behaftet, aber dennoch potenziell schädlich. Daher die Laserklasse 3R mit entsprechenden Warnhinweisen versehen werden (dies gilt auch für höhere Laserklassen). Wenn Sie noch das alte Klassifikationssystem einsetzen, werden Sie feststellen, dass prinzipiell das gleiche für die Laser-Einrichtungen der Klasse IIIa (oder Laserklasse 3a) Laser gilt.
Laser der Klasse 3B
Bei Laserklasse 3B gilt es, den Kontakt mit dem Laserstrahl oder mit spiegelnden Reflexionen (auch bekannt als Spiegel-ähnliche Reflexionen) unbedingt zu vermeiden. Diese können Verletzungen der Augen oder kleinere Verbrennungen der Haut verursachen.
Nur diffuse Reflexionen gelten beim Einsatz von Laserklasse 3B Lasern als sicher.
Für einen Überblick der maximal zulässigen Emissionen von Klasse 3B Lasern sorgen die folgenden Grenzwerte der zugänglichen Strahlung (GZS):
- Laser mit konstanter Welle dürfen 0,5 Watt nicht überschreiten, wenn ihre Wellenlänge zwischen 315 nm und dem ferninfraroten Bereich liegt.
- Pulslaser dürfen 30 mJ nicht überschreiten, wenn sie innerhalb des Bereichs des sichtbaren Laserlichts liegen (zwischen 400 - 700 nm).
In diese Kategorie fallen beispielsweise Unterhaltungsshows mit Licht. Im vorherigen Klassifizierungssystem entspricht Klasse 3B der Klasse IIIb.
Laser der Klasse 4
Laserklasse 4 umfasst die gefährlichsten Laser. Gehen Sie mit äußerster Vorsicht vor, wenn der Hochleistungslaser nicht ordnungsgemäß eingeschlossen ist.
Die Ausgangsleistung von Laserklasse 4 Laserprodukten ist so hoch, dass für einige Materialien Brandgefahr besteht. Diese Leistung macht sie attraktiv für Laserschneiden, Laserbeschriftung, Laserschweißen und Laserreinigen.
Laser-Einrichtungen der Klasse 4 stellen die höchste Klasse hinsichtlich der Gefahr von Lasern dar. Befinden Sie sich innerhalb der Gefahrenzone, sind Sie dem Risiko eines schwerwiegenden Augenschadens und größeren Hautverletzungen ausgesetzt. Zudem sollten im Bereich des Lasers keine brennbaren Materialien sein, um die Brandgefahr zu vermeiden.
Auch diffuse Reflexionen von Lasern der Klasse 4 sind gefährlich. Allein das Betrachten eines sich zu diesem Zeitpunkt im Verarbeitungsprozess befindlichen Werkstücks kann zu Verbrennungen oder dem Verlust des Augenlichts führen.
Als Faustregel bei Laser-Einrichtungen und optische Instrumente gilt, auf Warnhinweise zu achten, wenn notwendig Schutzkleidung zu tragen und zusätzlichen Kontrollmaßnahmen zur Lasersicherheit Folge zu leisten.
Glücklicherweise können Laser der Klasse 4 ordentlich in Einhausungen integriert werden, was sie im Grunde unschädlich macht. So gelten beispielsweise automatisierte Laserbeschriftungsmaschinen von Laserax als Laserprodukte der Klasse 1, obwohl sie mit leistungsstarken Lasersystemen im Bereich zwischen 20 und 500 Watt arbeiten.
Nach diesem Überblick über die verschiedenen Laserklassen, sollten wir uns nun die Arten der Gefahren anschauen.
Die verschiedenen Gefahren der Laser
Laserstrahlung bringt drei verschiedene Risikoarten mit sich: die Gefahr für Augen, Haut und Brandgefahr.
Entspricht das Lasersystem nicht der Klasse 1, sollten Arbeiter über eine entsprechende Schutzausrüstung verfügen, bevor sie den Gefahrenbereich betreten. Diese umfasst Sicherheitsbrillen zum Schutz der Augen und spezielle Anzüge zum Schutz der Haut.
Augenverletzungen
Von allen Risiken, die von Lasern ausgehen, sind Augenverletzungen die gravierendsten. Schließlich stellt der Verlust des Augenlichts einen schwerwiegenden Einschnitt dar. Darum sollte genauer betrachtet werden, wie es zu Augenverletzungen kommt und wie man diese verhindern kann.
Wenn Licht auf das Auge trifft, wirken Hornhaut und Linse als Verstärker. Ganz nach dem Funktionsprinzip einer Lupe konzentrieren sie das Licht auf die Netzhaut (an der hinteren Innenseite des Auges). Von hier aus erfolgt dann die Weiterleitung des Reizes an das Gehirn, wo er zu einem Bild verarbeitet wird. Diese drei Bestandteile des Auges (Hornhaut, Linse und Netzhaut) sind am anfälligsten für Schäden durch Laserstrahlung.
Alle Arten von Lasern sind für das Auge gefährlich, aber die verschiedenen Bestandteile des menschlichen Auges reagieren schon bei einigen Lichtwellenlängen stärker. Die meisten Laserbeschriftungsgerat produzieren Licht im nahen Infratot- (700 - 2000 nm) und im fernen Infrarotbereich (4000 nm - 11.000+ nm) - Bereiche, die für das menschliche Auge unsichtbar sind.
Ein Teil des sichtbaren Lichts wird vom Auge absorbiert, bevor es von Linse und Hornhaut verstärkt wird. Die Reduzierung der Ausgangsleistung des Lichts sorgt somit für Ihren Schutz.
Aber Infrarotlicht ist nicht sichtbar und wird auch nicht von den Augen absorbiert. Gelangt unsichtbares Licht bis zur Netzhaut, ist es stärker und gefährlicher als das Licht aus dem sichtbaren Bereich.
Diese Energie entlädt sich in einem kleinen Bereich der Netzhaut und führt zu schwerwiegenden Verletzungen des Auges bis zum vollständigen Verlust der Sehkraft. Fotochemische Schäden können auch bei Wellenlängen von weniger als 400 nm (im Ultravioletbereich) entstehen, was eine Linsentrübung (eingeschränktes Sehvermögen) verursachen kann.
Augenschutz, zum Beispiel in Form von Laserschutzbrillen, gewährleistet Schutz durch Absorption des Lichts. Da unterschiedliche Brillen verschiedene Wellenlängen absorbieren, müssen Sie sicherstellen, dass Sie die für Ihr Lasersystem richtige Schutzbrille tragen. Kommt bei Ihnen zum Beispiel ein Laserax Faserlasersystem zum Einsatz, benötigen Sie eine Brille, die Sie vor einer Wellenlänge von 1064 nm schützt.
Hautgefährdungen
Wenn Sie vor der Wahl stünden, Ihre Augen oder Hände auf einen Ofen zu legen, würden Sie sich sicherlich für die Hände entscheiden. In diesem Sinne ist es einfach zu verstehen, warum Hautverletzungen weniger ernsthaft sind als Augenverletzungen. Nichtsdestotrotz sind auch die Risiken von Hautverbrennungen nicht zu unterschätzen.
Direkter Kontakt mit dem Laserstrahl und mit spiegelnden (Spiegel-ähnlichen) Reflexionen kann zu Hautverletzungen führen. Diese Verletzungen werden in der Regel verursacht durch thermische Schäden, zum Beispiel wenn man einen Ofen berührt, oder durch fotochemische Schäden in Form von Sonnenbrand. Der Grad der Verbrennung hängt dabei von der Ausgangsleistung des Lasers, der Wellenlänge, der Größe des betroffenen Bereichs und der Dauer der Einstrahlung ab.
Brandgefahren
Abgesehen von Gefahren für die Gesundheit kann Laserlicht auch Brände entfachen und somit Ihre Arbeitsumgebung gefährden.
Allerdings stellen ausschließlich Laser der Klasse 4 wirkliche Sicherheitsrisiken im Hinblick auf Feuer dar. Ihr direkter Strahl ebenso wie jegliche Form von Reflexion können brennbare Materialien entzünden. Für eine sichere Integration sollten solche Laser in einem entsprechenden Gehäuse eingebaut sein. Dabei gilt es auch, alle möglichen Winkel der Reflexion, einschließlich diffuser Reflexionen, zu berücksichtigen.
Überblick über Lasernormen
Lasernormen wurden erstmals eingeführt, als Wissenschaftler feststellten, dass sogar Laser mit niedriger Leistung potenziell gefährlich sein können. Sie stellen angemessene Sicherheitsmaßnahmen für Laser bereit, um Gesundheits- und Brandgefahren vorzubeugen.
Alle Normen erklären die verschiedenen Klassen, wie spezielle Laserparameter berechnet werden, welche Etiketten notwendig sind, welche Sicherheitsmaßnahmen im Umgang mit Lasern zu beachten sind und vieles mehr. Sie setzen zudem Sicherheitsmaßnahmen wie die nominale Gefahrenzone durch. Diese definiert, in welchen Bereichen direktes Laserlicht, spiegelnde und diffuse Reflexionen gefährlich sind.
Quellen für Lasernormen:
- Die internationale Norm für die Klassifizierung von Lasern ist die IEC 60825-1 (in Vergleich zu Din EN 60825-1).
- Das Äquivalent in Nordamerika ist die ANSI Z136.
- In den Vereinigten Staaten reguliert die FDA (Food and Drug Administration) Laserprodukte über den Code of Federal Regulations Title 21 (auch bekannt als 21 CFR 1040).
- Mit der in 2007 veröffentlichten Notice 50 und der im Jahr 2019 veröffentlichten Notice 56 hat die FDA erklärt, dass sie keine Einsprüche gegen Laserprodukte erhebt, die mit der IEC 60825-1 konform sind.
Bevor Sie einen Laser kaufen
Wenn Sie ein Laserprodukt kaufen, sollten Sie darauf achten, dass Sie sich für eine Lasermaschine der Klasse 1 entscheiden. Sollten Sie ein Klasse 4 Lasersystem erwerben, achten Sie darauf, dass Sie mit einem Integrator kooperieren der sicherstellt, dass dieses mit Klasse 1 konform ist. Bei Laserax bieten Ihnen Laserexperten Beratung an, um sicherzustellen, dass alle Produkte zu 100 % Lasersicherheit gewährleisten.
Einen schnellen Überblick der Lasersicherheitsklassen bietet Ihnen unsere Lasersicherheits-Klassifikationstabelle.
