Betrieb von offenen Laser-Einrichtungen zur Materialbearbeitung mit Handführung oder Handpositionierung

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1 INFORMATIONEN Spezial Betrieb von offenen Laser-Einrichtungen zur Materialbearbeitung mit Handführung oder Handpositionierung Beurteilung der arbeitssicheren Ausrüstung und des arbeitssicheren Betriebes 1 Einleitung Seit einigen Jahren werden Laser-Einrichtungen zur Materialbearbeitung eingesetzt, bei denen der Laserbereich während des Betriebes zumindest teilweise offen und zugänglich ist. Handgeführt und handpositioniert werden hierbei entweder das Werkstück, ein Laserkopf oder ein Laserhandgerät. Zum Einsatz kommen Lasergeräte, deren Leistung eine Materialbearbeitung ermöglicht. Damit sind Verletzungen der Augen und der Haut durch die Laserstrahlung möglich. 2 Anwendungsbereich Laser-Einrichtungen, bei denen ein Laserbereich aufgrund von Sonderbetriebsarten zugänglich ist oder sein kann, werden hier nicht betrachtet. Dies betrifft beispielsweise Robotersysteme im Teach-In-Betrieb. 2.1 Werkstückpositionierung von Hand Bei Systemen, bei denen die Werkstückpositionierung von Hand erfolgt, wird das Werkstück unter einem ortsfesten Laserbearbeitungskopf geführt. Die Werkstücke haben eher kleine Dimensionen und Gewichte, die ein exaktes Führen von Hand erlauben. Der Arbeitsraum kann nahezu vollständig gekapselt sein, die Hände werden über Öffnungen in den Arbeitsraum gebracht. Daneben existieren Systeme, die nicht oder nur teilweise umschlossen sind. Während des Bearbeitungsvorganges wird die Prozessstelle über ein Okular beobachtet. Zum Einsatz kommen typischerweise gepulste Nd:YAG-Laser mit Pulsspitzenleistungen von einigen Kilowatt und mittleren Leistungen um 100 W. Eingesetzt werden diese Laser-Einrichtungen z.b. im Dentalbereich, bei der Schmuckherstellung, mit deutlich zunehmender Tendenz auch in der industriellen Materialbearbeitung, z.b. bei der Reparatur von Werkzeugen. 2.2 Kraftunterstützte Positionierung von Werkstück oder Laserkopf Die unter 2.1 genannten Laser-Einrichtungen können auch durch kraftunterstützte Positionierung des Werkstückes erweitert werden. Die Systeme sind beispielsweise mit einem achspositionierbaren Tisch ausgerüstet, die Positionierung erfolgt über eine Joystick-Steuerung. Ergänzende Programmsteuerungen werden angeboten. Bild 1: Dentallaser (hier muss im Normalbetrieb der Anwender keinen Augenschutz tragen) Ähnlich aufgebaut sind Systeme, bei denen der Laserbearbeitungskopf an sog. Strahlarmen zur Strahlführung über auch großvolumigen Werkstücken positioniert werden kann. Bei der Bearbeitung erfolgt eine Fein- Positionierung des Laserkopfes beispielsweise über einen Joystick.

2 INFORMATIONEN Spezial 1/2008 Bild 2: Laser-Einrichtung vollständig offen Bild 3: Handgeführtes Laserbearbeitungsgerät mit freiem Strahlgang 2.3 Handgeführtes Laserbearbeitungsgerät Bei handgeführten Laserbearbeitungsgeräten hält oder führt der Bediener einen Laserbearbeitungskopf am oder über das Werkstück. Entweder ist ein Abstand zwischen Bearbeitungskopf und Werkstück vorhanden oder der Bearbeitungskopf wird aufgesetzt. Der Arbeitsvorschub erfolgt in der Regel manuell. Es kann eine motorische Vorschubunterstützung oder eine Vorschubkontrolle gegeben Das sog. Lasersystem besteht aus der Energieversorgung und der Laserquelle. Es ist eine bauliche Einheit und kann stationär oder verfahrbar Andere Systeme können rucksackartig getragen werden. Die Verbindung zum handgeführten Laserbearbeitungsgerät erfolgt meist über Glasfaser. Typische Einsatzgebiete sind das Oberflächenreinigen von Werkstücken bis hin zu historischen Bauwerken und Statuen, die Beschriftung von Teilen, Schweißen und Schneiden. Beim Reinigen und Beschriften sind mittlere Leistungen bis 100 W typisch, beim Schweißen und Schneiden können mehrere Kilowatt Leistung zur Anwendung kommen. 2 Eingesetzt werden hauptsächlich Nd:YAG- Laser, daneben andere Festkörperlaser oder Faserlaser. 2.4 Selbstverfahrende Laserbearbeitungsgeräte Das Laserbearbeitungsgerät wird von Hand aufgesetzt. Es läuft motorisch angetrieben entlang eines Schweißstoßes oder einer Schnittkante. Typischerweise werden diese Geräte als Traktorsysteme bezeichnet. 3 Gefährdungen Allgemeine Gefährdungen, die bei jedem System zu betrachten sind, werden hier nicht behandelt, wie z. B. die elektrische Gefährdung. Es werden im Folgenden nur die Gefährdungen durch Laserstrahlung beschrieben. 3.1 Verletzungen von Auge und Haut Bei den aufgeführten Laser-Einrichtungen zur Materialbearbeitung handelt es sich überwiegend um Laser der Klasse 4. Können Augen und/oder Haut der direkten, reflektierten oder gestreuten Laserstrahlung ausgesetzt sein, besteht eine Verletzungsgefahr. Die Gefahr von irreversiblen Augenverletzungen ist immer gegeben. Bei Hautverletzungen hängt deren Schwere vereinfacht betrachtet von der Laserleistung und dem Abstand zum Laserfokus ab. Bei gepulsten Lasern mit mittleren Leistungen um 100 W kann davon ausgegangen werden, dass beim Auftreffen des Lasers im Fokus beispielsweise auf die Hand in der Regel leichte reversible Brandverletzungen auftreten. Aufgrund des Reaktionsverhaltens werden schwere Verletzungen vermieden. Bei Abständen vom Laserfokus von deutlich mehr als einem Meter ist eine Verletzungsgefahr der Haut in der Regel nicht mehr gegeben. Bei den aufgeführten Laserbearbeitungsgeräten hoher Leistung besteht eine Gefahr von schweren Hautverletzungen auch noch über einen Bereich von mehreren Metern bis mehreren zehn Metern. Bei Nd:YAG-Lasern findet eine Schädigung oft tief im Gewebe statt. Es wird empfohlen, Verletzungen ärztlich beobachten zu lassen, da die Gefahr einer Entzündung der Wunde groß ist. 3.2 Gefahrstoffe Bei der Lasermaterialbearbeitung werden in der Regel Rauche und/oder gasförmige Gefahrstoffe erzeugt oder freigesetzt. Ohne wirksame Absaugung ist davon auszugehen,

3 dass Arbeitsplatzgrenzwerte oder Anhaltswerte zulässiger Luftbelastung überschritten werden. 3.3 Brand- und Explosionsgefahr Bei der Lasermaterialbearbeitung werden Materialien, Stoffe und Oberflächen-Beschichtungen hoch erhitzt. Der Wärmeeintrag kann an im Voraus nicht definierten Positionen erfolgen. Die Möglichkeit des Brandes oder einer Explosion kann gegeben 3.4 Beleuchtung Bearbeitet werden teilweise sehr kleine und diffizile Werkstücke. Die Tätigkeit erfordert eine ausreichende Beleuchtung. Die zu tragenden Laser-Schutzbrillen (siehe 4.3) können einen geringen Tageslichttransmissionsgrad aufweisen. Gegebene Beleuchtungen können dadurch nicht ausreichend 3.5 Ergonomie Arbeiten insbesondere an kleinen handgehaltenen Werkstücken erfordern eine hohe Konzentration und eine weitgehend statische Körperhaltung. Es sind kleine und eng umgrenzte Handbewegungen in engen Bewegungsbereichen erforderlich. 4 Erforderliche Maßnahmen Die folgende Aufzählung erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit. Es werden grundlegende Maßnahmen beschrieben, mit denen bei den betrachteten Lasergeräten in der Regel ein ausreichendes Niveau der Arbeitssicherheit erreicht werden kann. 4.1 Umhausung des Arbeitsbereiches Schutzmaßnahmen sind in der Reihenfolge TOP technisch-organisatorisch-persönlich durchzuführen. Bereits bei der Beschaffung sind diese Grundsätze zu berücksichtigen. Es ergibt sich an erster Stelle die Anforderung, den Arbeitsraum (bzw. Arbeitsbereich, dieser entspricht dem Laserbereich) vollständig oder weitestmöglich zu umhausen. Die Verwendungsmöglichkeit kann durch die Umhausung eingeschränkt Eine vollständig geschlossene Laser-Einrichtung kann demgegenüber aber ohne weitere Schutzmaßnahmen betrieben werden. Dabei gilt eine Laser-Einrichtung auch dann als geschlossen, wenn zur Bearbeitung die Hände durch Öffnungen in den Arbeitsraum gebracht werden. Kann eine Umhausung geöffnet werden, wird die Position der Umhausung über einen Sicherheitspositionsschalter abgefragt und ausgewertet. Bei geöffneter Umhausung darf es nicht möglich sein, die Laserstrahlung zu aktivieren. Wird die Umhausung herstellerseitig mitgeliefert und ist die Konformität bescheinigt, kann davon ausgegangen werden, dass diese den sicherheitstechnischen Anforderungen genügt. Auch bei umhausten Systemen kann in Sonderbetriebsarten ein offener Betrieb erforderlich Die Anwahl der Sonderbetriebsarten erfolgt in der Regel über einen abschließbaren Betriebsartenwahlschalter. Es gelten dann die Anforderungen an den offenen Betrieb. Wird ein Laserbearbeitungsgerät auf ein Werkstück aufgesetzt, kann der Arbeitsbereich dann als geschlossen gelten, wenn eine Aufsatzkontrolle vorhanden ist und sichergestellt ist, dass keine Spalten oder sonstige Öffnungen verbleiben. Ein Austreten der Laserstrahlung beispielsweise auf der Werkstückrückseite darf nicht möglich 4.2 Beobachtungsfenster Ist eine vollständige Umhausung des Laserbereiches (Arbeitsplatz) gegeben, kann eine Beobachtung des Arbeitsvorganges über ein Beobachtungsfenster erfolgen. Dieses Beobachtungsfenster muss den Anforderungen nach DIN EN 207 oder DIN EN entsprechen. Es ist für den jeweiligen Anwendungsfall insbesondere den jeweiligen Lasertyp spezifisch auszuwählen. Fenster nach DIN EN 207 sind durch eine Aufschrift gekennzeichnet. Alternativ können auch Kameras in der Kabine platziert werden, die das Bild auf einen außerhalb der Kabine befindlichen Monitor online übertragen. Anforderungen aus dem Betriebsverfassungsgesetz (Überwachung des Arbeitsplatzes) sind zu beachten. 4.3 Persönliche Schutzausrüstung Laser-Schutzbrille Beim Arbeiten mit handgehaltenen Laserbearbeitungsgeräten der Klasse 4 müssen der Bediener und alle im Laserbereich befindlichen Personen eine geeignete Laser- Schutzbrille nach DIN EN 207 tragen. Dies gilt auch für Systeme, bei denen der Laserbereich (Arbeitsplatz) nicht vollständig oder nicht sicher vollständig geschlossen ist. Ebenso gilt dies, bei nicht oder nur teilweise umschlossenen Lasersystemen, wenn während des Arbeitsvorganges das Werkstück durch ein Okular betrachtet wird, das intern mit einem Schutzfilter oder einer Schutzblende ausgerüstet ist. Eine im Beobachtungsbereich des Bedieners angebrachte Laser-Schutzscheibe ist als alleinige Maßnahme zum Augenschutz nicht ausreichend. Die Ermittlung der Schutzstufe der erforderlichen Laser-Schutzbrille erfolgt nach DIN EN 207. Erläuterungen finden sich in der BGI 5092 Auswahl von Laser-Schutzund Laser-Justierbrillen. Die Schutzbrille ist spezifisch im Hinblick auf den Lasertyp, die Laserleistung und auf den minimal zugänglichen Strahldurchmesser auszuwählen, d. h. den minimalen Abstand (unter worst case Bedingungen) zum Laserfokus. Bei der Auswahl der Laserschutzbrille (Brille mit gefärbten Filtern) ist darauf zu achten, dass Warn- und Anzeigeleuchten mit der Brille noch einwandfrei erkannt werden können. 4.4 Persönliche Schutzausrüstung Hautschutz Bei Laser-Einrichtungen mittlerer Leistung mit handgehaltenem und handpositioniertem Werkstück ist ein gutes Tastgefühl und Greifvermögen gefordert. Bislang können keine Handschuhe benannt werden, die einen ausreichenden Schutz bei gutem Tastgefühl und Greifvermögen gewährleisten. In der Regel wird ohne Handschuhe gearbeitet; das Risiko reversibler Verletzungen wird eingegangen. Grundsätzlich sollte bei Arbeiten mit offenen Lasern geschlossene, nicht brennbare Kleidung getragen werden. 3

4 INFORMATIONEN Spezial 1/2008 Wesentliche Anforderungen an Schutzhandschuhe und Schutzkleidung sind: Ausreichend geringer Transmissionsgrad, so dass die maximal zulässige Bestrahlung der Haut (MZB Haut gem. DIN EN ) nicht überschritten wird. Ausreichender Widerstand gegen Lochbildung, so dass keine Schädigungen der Haut durch Überschreitung der MZB Haut auftreten. Ausreichend lange Toleranzzeit, d.h. bei Absorption der Laserstrahlung begrenzter Wärmetransport des Schutzsystems an die Haut, so dass keine Schädigungen (Verbrennungen 2. Grades oder höher) der Haut auftreten. Sie dürfen keine Gefahr mit sich bringen, z.b. durch Entflammen, Einbrennen in die Haut, Schrumpfen etc. Anforderungen an Schutzhandschuhe und Schutzkleidung für Laser-Einrichtungen hoher Leistung werden derzeit spezifiziert. Untersuchungsergebnisse sind in den arbeitswissenschatlichen Erkenntnissen Nr. 132 der BAuA dargestellt. Bisherige Untersuchungen zeigen: Handelsübliche Baumwollbekleidung (T-Shirt, Hemd, Jacke, Handschuh; mit geringer Flächenmasse < 300 g/m 2 ) bietet kaum Schutz gegen Laserstrahlung, wie sie bei Tätigkeiten mit HLG in Fehlerfällen auftreten kann (VMB: E > W/m 2 ); Baumwoll-Mischgewebe mit hohem Kunstfaseranteil (Polyester, Polyamid) stellen auf Grund des Brandverhaltens eine hohe sekundäre Gefährdung für die Haut dar. Schutzausrüstung aus Baumwolle oder Baumwoll-Mischgeweben gemäß DIN EN 531 sowie DIN EN 470-1, flammhemmend ausgerüstet, mit einer Flächenmasse 300 g/m 2 bietet begrenzten Schutz gegen Laserstrahlung. 4 Schutzausrüstung aus Aramiden mit ausreichender Flächenmasse aluminisiert, metall-kaschiert, foliert gemäß DIN EN 531 sowie DIN EN bietet im Vergleich den besten Schutz gegen Laserstrahlung; die zum Teil hohe Steifigkeit der Gewebe (bzw. Beschichtung) hat aber einen eingeschränkten Tragekomfort zur Folge; sinnvoll sind Teilbedeckungen als Aufnäher oder Schürzen. Schutzausrüstung aus Glasfasergeweben weist ebenfalls einen hohen Schutzgrad auf. Die hohe Steifigkeit der Gewebe schränkt den Tragekomfort ein, das Pflegen/Reinigen der Systeme ist nicht immer gegeben; sinnvoll sind Teilbedeckungen als Aufnäher oder Schürzen. Handelsübliche Schutzhandschuhe aus Leder (Schweißerschutzhandschuhe) gemäß DIN EN 12477, ohne spezielle Ausrüstung, sind auf Grund des Schrumpfens (insb. bei nm) nur bedingt als PSA gegen Laserstrahlung geeignet. 4.5 Periphere Arbeitsraumabsicherung Sind Laser-Einrichtungen nicht vollständig geschlossen und ist ein Austritt von Laserstrahlung in umgebende Bereiche möglich, sind die folgenden zusätzlichen Schutzmaßnahmen erforderlich Umschlossener Arbeitsbereich Der Arbeitsbereich mit dem Arbeitsplatz des Bedieners wird vollständig von den umgebenden Bereichen abgetrennt. Der Arbeitsbereich befindet sich in einem separaten Raum oder einer separaten Kabine. Bei Lasern mittlerer Leistung ist es in der Regel ausreichend, die Wände nicht brennbar aus Blech oder Mauerwerk auszuführen. Bei hohen Laserleistungen kann eine spezielle Ausbildung der Wände erforderlich Hier ist die DIN EN bzw. DIN EN zu berücksichtigen Fenster in Räumen sind zu berücksichtigen. Die Zugangstür ist mit einem Sicherheitspositionsschalter auszurüsten, bei dessen Öffnen die Laser-Einrichtung stillgesetzt wird. Aus Gründen der Verfügbarkeit kann die Tür auch mit einer z.b. elektromagnetischen Zuhaltung verriegelt werden, wobei Anforderungen an die Notöffnung berücksichtigt werden müssen. Die Tür ist mit einem Laserwarnschild zu kennzeichnen. Außen befindet sich eine Laserwarnlampe, die den aktiven Laser anzeigt. Die Tür ist entsprechend DIN EN zu kennzeichnen und ergänzend mit dem Gebotsschild Augenschutz tragen zu versehen. Im Arbeitsbereich sollen sich nur die erforderlichen und unterwiesenen Personen aufhalten Variable Abschirmungen Werden offene Laser-Einrichtungen ortsveränderlich eingesetzt, ist ein ausreichender Schutz durch Abschirmungen zu gewährleisten. Sämtliche Möglichkeiten des Austritts direkter oder reflektierter Strahlung sind zu berücksichtigen. Bei Laser-Einrichtungen mittlerer Leistung können Laserschutzvorhänge oder nicht leicht entflammbare Schutzwände aus Blech ausreichend In Zweifelsfällen wird eine fachliche Beratung empfohlen. Bei Laser-Einrichtungen hoher Leistungen sind spezielle Laserschutzwände oder -vorhänge erforderlich. Durch organisatorische Maßnahmen ist zu gewährleisten, dass während der Bearbeitung keine Personen den Arbeitsbereich betreten Absicherung durch Abstand Bei Lasern wird als sog. Sicherheitsabstand der Abstand vom Laseraustrittspunkt bzw. von seinem Brennpunkt bezeichnet, ab dem die Laserstrahlung aufgrund der Aufweitung ungefährlich für Auge und Haut ist. Dieser Abstand kann errechnet werden. Durch technische oder organisatorische Maßnahmen ist zu gewährleisten, dass sich keine Personen innerhalb dieses Abstandes aufhalten. Dabei ist die direkte und die reflektierte Strahlung zu berücksichtigen. Ist nur der fokussierte Strahl zugänglich, liegt der Sicherheitsabstand bei Lasern mit Leistungen um 100 W bei mehreren Metern (Beispiel: Nd:YAG-Laser, 200 W Laserleistung, Brennweite 120 mm, Sicherheitsabstand ca. 10 m). Bei Lasern im kw-bereich wird der Abstand mehrere zehn Meter betragen (Beispiel: Nd:YAG-Laser, 4,4 kw Laserleistung, Brennweite 200 mm, Sicherheitsabstand ca. 105 m). In der Industrieeinführung befinden sich derzeit Laser mit sehr hohen Strahlqualitäten und sehr großen Brennweiten. Die Sicherheitsabstände werden sehr viel größer und 4

5 INFORMATIONEN Spezial 1/2008 dieses ist bei der Gefährdungsanalyse unbedingt zu berücksichtigen. 4.6 Bedieneinrichtungen, Anzeigen Ist eine Gefährdung von Personen durch Laserstrahlung möglich, darf die Auslösung der Laserstrahlung nur durch eine zu haltende Betätigungseinrichtung erfolgen. Ein Fußschalter oder ein Handtaster muss haltend betätigt werden. An der Laser-Einrichtung muss ein Not- Aus-Taster vorhanden Ist ein Laserhandgerät weit vom Lasersystem entfernt, soll sowohl am Handgerät wie auch am Lasersystem ein Not-Aus-Taster vorhanden Jede Laser-Einrichtung muss mit einer optischen oder akustischen Warneinrichtung ausgestattet sein, die die Laseremission anzeigt. Die Warneinrichtung muss ausfallsicher oder redundant Die Betriebsbereitschaft des Lasers wird durch eine weitere Warnleuchte angezeigt. An dem Laserbearbeitungsgerät muss ein Schlüsselschalter vorhanden 4.7 Aufsatzkontrolle Soweit aufgrund des Verfahrens möglich, soll bei Laserhandgeräten eine Aufsatzkontrolle vorhanden sein, die ein Aufsetzen des Handgerätes auf das Werkstück prüft Beleuchtung Die Arbeitsstelle ist ausreichend zu beleuchten. Bei handpositionerten Werkstücken und direkter Beobachtung wird eine Beleuchtungsstärke von mindestens 500 lx empfohlen. Die Verwendung vergrößernder Okulare und von Laser-Schutzbrillen mit eingeschränktem Tageslichttransmissionsgrad ist zu berücksichtigen und die Beleuchtungsstärke entsprechend zu erhöhen. Bei Laserschutzbrillen ist eine Schwächung um 40 % typisch. Dies erfordert eine Erhöhung der Beleuchtungsstärke auf den 1,6-fachen Wert Laserschutzbeauftragter 5 Vorschriften, Normen und Literatur BGV B2 EN EN EN 207 Laserstrahlung Laser-Einrichtungen Laser-Schutzwände Laser-Schutzbrillen Es ist ein Laserschutzbeauftragter zu bestellen. Dieser kann auf Grund seiner besonderen Ausbildung und/oder fachlichen Erfahrung den sicheren Betrieb der Laser-Einrichtung beurteilen und den Unternehmer dahingehend beraten. Von den Berufsgenossenschaften und anderen Trägern werden Seminare zur Erlangung des theoretischen Fachwissens angeboten Anmeldung Die Lasereinrichtungen sind in der Regel Laser der Klasse 4. Damit ist eine Anmeldung bei der zuständigen Berufsgenossenschaft gefordert Unterweisung Mitarbeiter sind über Arbeitssicherheit und erforderliche Maßnahmen zu unterweisen (u.a. nach BGV A1). Dies umfasst auch den Umgang mit Lasereinrichtungen (u.a. nach BGV A2). Die Unterweisung muss vor Aufnahme der Tätigkeit erfolgen und ist mit maximal einjährigem Abstand zu wiederholen. Die Unterweisung ist zu dokumentieren. 4.8 Schutzkategorien und Überwachung EN 208 Laser-Justierbrillen Hängt der Schutz vor der Laserstrahlung von der Funktion elektrischer oder elektronischer Bauteile oder Steuerungen ab, müssen diese in einer Steuerungskategorie nach EN ISO :2006 ausgeführt werden. Diese ergibt sich aus der Gefährdungsanalyse. Nach der zurückgezogenen EN (Übergangsfrist ) war hier die Kategorie 3 oder 4 zu wählen. EN ISO EN ISO EN ISO Laserbearbeitungsmaschinen Handgeführte Laserbearbeitungsgeräte Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen EN Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen wird ersetzt durch EN ISO /-2 bzw. EN BGI 5092 Auswahl von Laser-Schutz- und Laser-Justierbrillen (zurzeit noch im Entwurf) 4.9 Absaugung Die Bearbeitungsstelle ist abzusaugen. In unmittelbarer Nähe zur Bearbeitungszone sind die Gefahrstoffe wirksam zu erfassen und abzusaugen. DIN EN Arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse Nr. 132 Abschirmungen an Laserarbeitsplätzen Sicherheitstechnische Anforderungen und Prüfung; Deutsche Fassung Persönliche Schutzausrüstung für Tätigkeiten mit handgeführten oder positionierten Laserbearbeitungsgeräten Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, Dortmund 2007, ISSN

6 Berufsgenossenschaft Elektro Textil Feinmechanik Gustav-Heinemann-Ufer Köln Telefon Telefax Internet Bestell-Nr. SD 55 Bestellung Printmedien Telefon Telefax Bestellung elektronischer Medien und Periodika Telefon Telefax Kommunikation/Öffentlichkeitsarbeit Presseanfragen Telefon Telefax Autoren Martin Brose Malte Gomolka 6