Lasersicherheit. Sind Maßnahmenänderungen aufgrund des neuen Regelwerks TROS-Laserstrahlung erforderlich? Lasersicherheit, Dipl.-Ing.

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1 Lasersicherheit Sind Maßnahmenänderungen aufgrund des neuen Regelwerks TROS-Laserstrahlung erforderlich? Lasersicherheit, Dipl.-Ing. Falk Florschütz

2 Erklärung Laser Laserstrahlung im Sinne dieser Unfallverhütungsvorschrift ist jede elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 1 mm, die als Ergebnis kontrollierter stimulierter Emission entsteht. (Definition nach 2 Abs.2 der BGV B2, entspricht auch den Anwendungsbereich der TROS-Laserstrahlung) Laser Akronym für engl. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung, ist ein Begriff aus der Physik. Er bezeichnet sowohl den physikalischen Effekt als auch das Gerät, mit dem Laserstrahlen erzeugt werden. (Definition nach Wikipedia) Elektromagnetische Strahlung (Wellen) im sichtbaren und nahe sichtbaren Bereich mit: gleicher Richtung (Parallelität) gleicher Wellenlänge (Monochromasie) gleicher Phasenlage (Kohärenz) Seite 2

3 Spektralbereich Seite 3

4 Übersicht der Regelwerke Lasersicherheit Staatliche Vorschriften EU Richtlinien BG-liche Vorschriften Betriebssicherheitsverordnung Produktsicherheitsgesetz Arbeitsschutzgesetz Sozialgesetzbuch 7 Verordnungen zum Produkt- Sicherheitsgesetz EN-Normen DIN-Normen DIN EN / VDE 0837 DIN EN 207, DIN EN 208 DIN EN ISO 11553, DIN EN Inverkehrbringen TRBS Verordnung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdungen durch künstliche optische Strahlung (OStrV) TROS-Laserstrahlung Allg.Teil, Teil 1, 2, 3 Unfallverhütungsvorschrift BGV B2 (DGUV Vorschrift 11) BGR, BGI BGI 5007, BGI 5031, BGI 5092 Betrieb 4

5 Übersicht der Regelwerke Lasersicherheit Bezeichnung Titel Fundstelle OStrV TROS- Laserstrahlung Allg.Teil, Teil 1, 2 und 3 BGV B2 DGUV Vorschrift 11 BGI 5007 DGUV Information BGI 5031 DGUV Information BGI 5092 DGUV Information DIN EN / VDE 0837 Verordnung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdungen durch künstliche optische Strahlung (Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung - OStrV) Technische Regeln zur Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung Allgemeiner Teil Teil 1 Teil 2 Teil 3 Beurteilung der Gefährdung Messungen und Berechnungen von Expositionen. Maßnahmen zum Schutz vor Gefährdungen Laserstrahlung (2007 aktualisiert, veraltet) Laser-Einrichtungen für Show- oder Projektionszwecke Umgang mit Lichtwellenleiter-Kommunikations-Systemen Auswahl und Benutzung von Laser-Schutz- und Justierbrillen Sicherheit von Lasereinrichtungen (Normenreihe, bestehend aus mehreren Teilen) DIN EN 207 Persönlicher Augenschutz -Filter und Augenschutzgeräte gegen Laserstrahlung (Laserschutzbrillen) DIN EN 208 Persönlicher Augenschutz -Augenschutzgeräte für Justierarbeiten Lasersicherheit, Dipl.-Ing. Falk Florschütz Seite 5 an Lasern und Laseraufbauten (Laser-Justierbrillen)

6 Laserklassen Klasse 1 Klasse 1M Klasse 1C Klasse 2 Klasse 2M Klasse 3R Klasse 3B Klasse 4 Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich oder der Laser ist in einem geschlossenen Gehäuse. Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich, solange keine optischen Instrumente, wie Lupen oder Ferngläser verwendet werden. Die Laserschutzklasse 1C gilt ausschließlich für medizinische Anwendungen. Die vom Laser emittierte Strahlung unterliegt grundsätzlich keiner Beschränkung. Sicherheit wird durch technische Maßnahmen gewährleistet, so dass der Laser die Strahlung nur aussenden kann, wenn Kontakt zu Haut oder Gewebe besteht und die zugängliche Strahlung auf Klasse 1 reduziert wird. Die zugängliche Laserstrahlung liegt nur im sichtbaren Spektralbereich (400 nmbis 700 nm). Sie ist bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer (bis 0,25 s) auch für das Auge ungefährlich. Wie Klasse 2, solange keine optischen Instrumente, wie Lupen oder Ferngläser, verwendet werden. Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge. Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut. Diffuses Streulicht ist in der Regel ungefährlich. Die zugängliche Laserstrahlung ist sehr gefährlich für das Auge und gefährlich für die Haut. Auch diffus gestreute Strahlung kann gefährlich sein. Beim Einsatz dieser Laserstrahlung besteht Brand-oder Explosionsgefahr. Seite 6

7 Was kann man von den Laserklassen ableiten - Einfaches Erkennungsmerkmal für die Gefährlichkeit von Lasern Beispiele für die Kennzeichnung von Lasern DIN EN : man kann entscheiden ob eine ausführliche eigenständige Gefährdungsbeurteilung notwendig ist oder ob die Gefährdungsbeurteilung anhand der Gebrauchsanleitung durchzuführen ist. Eine Gefährdungsbeurteilung anhand der Gebrauchsanleitung ist in der Regel bei den Laserklassen 1 und 2 mit Klassifizierung nach DIN EN / VDE : möglich. Bei Lasern der Klasse 1 mit Klassifizierung nach DIN EN ; VDE : können die Expositionsgrenzwerte der Richtlinie 2006/25/EG deutlich überschritten werden (in der Regel für gepulste Quellen und gepulste ausgedehnte Quellen). Deshalb ist eine Bewertung der Exposition notwendig. Beispiel: gepulste Laserstrahlung (λ = 632 nm, T (Einzelimpuls) = 20 µs, F = Hz Grenzwertüberschreitung Faktor 15) Seite 7

8 Was kann man von den Laserklassen ableiten - Die Notwendigkeit eines Laserschutzbeauftragten (LSB) Für die Laserklassen 3R, 3B und 4 wird ein sachkundiger Laserschutzbeauftragter gefordert (OSTRV 5, BGV B2 6). Anforderungen und Aufgaben des LSB gemäß TROS-Laserstrahlung: abgeschlossene technische, naturwissenschaftliche, medizinische oder kosmetische Berufsausbildung + zwei Jahre Berufserfahrung verfügt über entsprechenden Lehrgang mit Nachweis über die erfolgreiche Teilnahme ist schriftlich bestellt unterstützt den Arbeitgeber oder die fachkundige Person bei der Gefährdungsbeurteilung und hat für den sicheren Betrieb der genannten Lasereinrichtungen zu sorgen arbeitet mit der Fachkraft für Arbeitssicherheit und dem Betriebsarzt zusammen Kennt bezogen auf den Anwendungsbereich Gefährdungen, Schutzmaßnahmen und Regelwerke unterstützt den Arbeitgeber bei der Unterweisung der Beschäftigten Seite 8

9 Fachkundige für die Gefährdungsbeurteilung ( 5 OSTRV) Die Beurteilung der Gefährdung durch Laserstrahlung verlangt Kenntnisse: 1. der Rechtsgrundlagen, 2. zu den physikalischen Grundlagen der Laserstrahlung, 3. der geeigneten Informationsquellen, 4. zum für die Beurteilung notwendigen Stand der Technik, 5. der Wirkungen von Laserstrahlung (auf die Augen, Haut und Materialien), 6. des Vorgehens bei der Beurteilung von Wechsel- oder Kombinationswirkungen von verschiedenen Laserquellen, 7. zu den Tätigkeiten im Betrieb mit Exposition von Laserstrahlung 8. der technischen, organisatorischen und personenbezogenen Schutzmaßnahmen (insbesondere Berechnung und Auswahl der Laser-Schutzbrillen, Laser-Justierbrillen und Schutzeinhausungen), 9. der alternativen Arbeitsverfahren, 10. der Überprüfung der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen und 11. der Dokumentation der Gefährdungsbeurteilung (siehe TROS-Laserstrahlung Teil1 Pkt. 3.4) Seite 9

10 Fachkundige für Messungen und Berechnungen ( 5 OStrV) Kenntnisse können u.a. durch Fortbildungsveranstaltung von Technischen Akademien, Unfallversicherungsträgern oder ähnlichen Institutionen erworben und aufgefrischt werden. (TROS-Laserstrahlung Teil 1 Pkt.3.5) Es ist möglich, dass die Funktionen des Fach- und Sachkundigen in einer Person vereint sind. Seite 10

11 Seminare bei der BG ETEM Seite 11

12 Beispiele für die Notwendigkeit der Fachkunde Bestimmung des Grenzwertes der zugänglichen Strahlung (GZS) und somit Bestimmung der Laserklasse gemäß DIN EN / VDE 0837 P GZS in W Bestimmung der Expositionsgrenzwerte (EGW) gemäß TROS-Laserstrahlung Teil 2 oder der maximal zulässigen Bestrahlung (MZB) gemäß DIN EN / VDE 0837 für die Exposition des Auges und der Haut E in W/m² oder H in J/m² Bestimmung des Augensicherheitsabstands NOHD (engl.: nominal ocular hazard distance) r in m Sicherheitsabstand zur Einhaltung der EGW s bzw. MZB s Seite 12

13 Beispiele für die Notwendigkeit der Fachkunde Bestimmung des Augensicherheitsabstands NOHD bei direkter Reflexion NOHD Bestimmung des Augensicherheitsabstands NOHD bei diffuser Reflexion Laser Seite 13

14 Berechnungsbeispiel EGW-Wert für das Auge Geg.: He:Ne-Dauerstrichlaser Wellenlänge λ = 633 nm Einwirkungszeit t = 0,25 sec Strahldurchmesser d 63 = 3,5 mm Laserleistung P = 1 mw Strahlendivergenz kann vernachlässigt werden Betrachtung von kleinen Quellen α < α min E = P/A Wm -2 = P/ (π/4 d 63 ²) Wm -2 E = 1*10-3 / (π/4 * 0,007 ²) Wm -2 E = 25,98 Wm Wm -2 H EGW = 18*t 0,75 *C E Jm -2 H EGW = 18*0,25 0,75 * Jm -2 H EGW = 6,4 Jm -2 E EGW = H EGW / t Wm -2 E EGW = 6,4 Jm -2 / 0,25 s E EGW = 25,6 Wm Wm -2 E = E EGW Grenzwerteinhaltung Für gepulste Laser müssen unter Umständen 3 unterschiedliche Betrachtungsfälle ermittelt werden. Seite 14

15 Auszug Tab. A4.3 TROS-Laserstrahlung Teil 2 Expositionsgrenzwerte für das Auge Seite 15

16 Auszug Tab. A4.4 TROS-Laserstrahlung Teil 2 Expositionsgrenzwerte für das Auge Seite 16

17 Beispiele für die Notwendigkeit der Fachkunde bei der Auswahl von Laserschutzbrillen Die Bestimmung von Laserschutzbrillen erfolgt gemäß der Norm DIN EN 207 (04/2012) oder BGI 5092 (10/2007) Hierbei werden mit komplexen Auswahl- und Berechnungsverfahren Schutzstufen für Einwirkungen von Dauerstrichlasern und gepulsten Lasern ermittelt. Beispiel Kennzeichnung von Laserschutzbrillen: Wellenlänge in nm (1064 nm) Schutzstufe für Dauerstrichlaser LB8 Schutzstufe für gepulste Laser LB9 (I Impuls, weitere mögliche Abkürzungen R, M, F) Kennbuchstabe (n) des Herstellers Kennzeichen für mechanische Festigkeit (falls zutreffend), hier: Grad S, Erhöhte Festigkeit nach DIN EN D LB8 + I LB9 X S Seite 17

18 Praxisbeispiel Bestimmung der Schutzstufe für Laserschutzbrillen nach DGUV Information (BGI 5092) Geg.: gepulster Infrarot-Laser λ = 940nm d 63 = 20mm = 0,02m ϕ = 220mrad = 0,22rad t = 10µs = 10 *10-6 s ν = 25kHz = 25 *10 3 Hz Q = 4µJ = 4 *10-6 J Bewertet als Impulslaser I Bestimmung des Korrekturfaktors K Ti K Ti =1 Bestimmung des Korrekturfaktors K K = N 1/4 = (ν * 10s ) 1/4 = (25*10³Hz * 10s ) 1/4 = 22,36 Bestimmung des Energiedichte H = Q/A = Q/(d /2) 2 * π = 4 *10-6 J / 1,39*10-3 m² = 2,87*10-3 J/m² H`= H * K Ti * K = 2,87*10-3J/m² * 1 * 22,36 = 0,064 J/m² Bestimmung der Leistungsdichte für die Dauerstrichbewertung E = Q * ν / A = Q * ν / (d /2) 2 = 4*10-6J * 25*103Hz / 1,39*10-3 m² = 71,9 W/m² Schutzstufen der Laserschutzbrille: D: L1 und I: L2 Neue Kennzeichnung: D: LB 1 und I: LB 2 Seite 18

19 Beispiele für die Notwendigkeit der Fachkunde bei der Auswahl von Laser-Justierbrillen Die Bestimmung von Laser-Justierbrillen erfolgt gemäß der Norm DIN EN 208 (04/2010) oder BGI 5092 (10/2007) Hierbei werden mit komplexen Auswahlund Berechnungsverfahren Schutzstufen für Einwirkungen von Dauerstrichlasern und gepulsten Lasern ermittelt. Beispiel der Kennzeichnung von Laser- Justierbrillen: Max. Laserleistung Max. Impulsenergie in J Wellenlänge in nm Schutzstufe RB3 Kennbuchstabe (n) des Herstellers Zertifizierungszeichen der Prüfstelle Kennzeichen für mechanische Festigkeit Seite 19

20 Hinweis für die Benutzung von Laser-Justierbrillen Laser-Justierbrillen sind so ausgelegt, dass die Strahlungsleistung auf Werte unter 1 mw reduzieren (Grenzwert der Laser Klasse 2). Deshalb ist ein Blick in den direkten Strahl bzw. in den direkt reflektierten Strahl zu vermeiden. Beim versehentlichen Hineinsehen ist eine Abwendung vom Laserstrahl notwendig. Seite 20

21 Beispiele für die Notwendigkeit der Fachkunde Berechnung der Strahldivergenz Öffnungswinkel Numerische Apertur ϕ = 2 arctan d 10 - d 0 2 r ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ Strahldivergenz r Beobachtungsabstand d 0 Strahldurchmesser (d 63 ) an der Austrittsstelle d 10 Strahldurchmesser (d 63 ) am Beobachtungsort Θ A Θ A Φ G Θ A = arcsin N A Φ G Θ A Lichtwellenleiter (LWL) Θ A Θ A Akzeptanzwinkel N A Numerische Apertur Die Strahldivergenz ϕ entspricht dem ganzen Öffnungswinkel und somit dem Zweifachen des Akzeptanzwinkels Θ A der Numerischen Apertur beim LWL. Seite 21

22 Beispiel Materialbearbeitungslaser Bei Materialbearbeitungslasern werden in der Regel stark fokussierte Laserstrahlen erzeugt. Direkte Reflektionen werden schon durch die Auswahl und Konstruktion der Maschine vermieden, da die Bearbeitungsenergie hierdurch vom Material abgeleitet wird. Seite 22

23 Beispiel Materialbearbeitungslaser Bei Materialbearbeitungslasern werden in der Regel stark fokussierte Laserstrahlen erzeugt. Direkte Reflektionen werden schon durch die Auswahl und Konstruktion der Maschine vermieden, da die Bearbeitungsenergie hierdurch vom Material abgeleitet wird. Im Regelfall liegt eine diffuse Reflexion mit möglichst niedrigem Reflexionsgraden vor. Der Hersteller hat vorrangig technische Schutzmaßnahmen wie, Schutzeinhausungen (ggf. mit Sichtfenstern) einzusetzen, so dass im Normalbetrieb die Schutzklasse 1 vorliegt. Reflexionsgrad ρ Andernfalls ist zu ermitteln, welche Körperteile bzw. Gliedmaßen in den Bearbeitungsbereich eindringen können und welche Schutzmittel bzw. welche PSA zum Einsatz kommen. Seite 23

24 Beispiel Laserschweißanlage Seite 24

25 Beispiele zum Einrichten eines Laserbereiches Seite 25

26 TROS Laserstrahlung Teil 3: Maßnahmen zum Schutz vor Gefährdungen durch Laserstrahlung Abb. A3.1 Kennzeichnung und Abgrenzung des gesamten Raumes als Laserbereich für industrielle Anwendungen. Bei anderen Anwendungen Kann die Schutzverriegelung an der Eingangstür durch andere Maßnahmen zur Abgrenzung (z. B. schleusenartiger Eingang) ersetzt werden. Lasersicherheit, Dipl.-Ing. Falk Florschütz Seite 26

27 Beispiele zum Einrichten eines Laserbereiches möglichst technische Schutzmaßnahmen einsetzen andernfalls Benutzung von PSA z.b. in Form von Laserschutzbrillen Seite 27

28 Beispiele zum Einrichten eines Laserbereiches möglichst technische Schutzmaßnahmen einsetzen andernfalls Benutzung von PSA z.b. in Form von Laserschutzbrillen Benutzung von Schutzwänden oder Schutzvorhängen Reflexion Warnleuchte Laser in Betrieb Warnleuchte Einrichten von Laserbereichen in separaten Räumen mit optischer Signalisierung des Laserbetriebs Laser Beachtung von möglichen Auskoppelungen der Laserstrahlung aufgrund Reflexionen durch spiegelnde Oberflächen oder Gegenständen und Auskoppelungen durch Fenster Seite 28

29 Laserschutzwand oder Laserabschirmung Vorrangig sind Laserschutzwände gemäß der Norm DIN EN einzusetzen. Die vorhersehbare Maximalbestrahlung (VMB) der Laserschutzwände wird durch den Hersteller in der Benutzerinformation angegeben. Gleichermaßen können Schutzwände auf Basis der Schutzgrenzbestrahlung (SGB) bzw. der Prüfklasse ausgewählt werden. Abschirmungen gemäß der Norm DIN EN 12254, dienen zur temporären Abgrenzung von Laserbereichen, z. B. bei der Instandhaltung von Laser-Einrichtungen oder bei der medizinischen Anwendung. Die Auswahl von Abschirmungen erfolgt mittels Schutzstufen gemäß Herstellerangaben. Seite 29

30 Beispiel für Laserschutzkleidung Quelle: Fa. Jutec Die Auswahl von Schutzkleidung erfolgt mittels Schutzstufen gemäß Herstellerangaben. Seite 30

31 Schutzmaßnahmen Priorität TROS Laser Teil 3 Laserstrahlung möglichst auf den Nutzungsort beschränken Schutzmaßnahmen auf dem Ausbreitungsweg von Laserstrahlung direkt am Arbeitsplatz (z. B. Verrohrung) vorsehen mit möglichst niedriger Laserleistung arbeiten (entsprechend der jeweiligen Anwendung) räumliche Ausdehnung des Laserbereichs möglichst klein halten Zahl der sich im Laserbereich aufhaltenden Personen möglichst klein halten: Im Laserbereich dürfen sich nur Personen aufhalten, deren Aufenthalt dort erforderlich ist. Laser-Einrichtungen der Klasse 1 oder 2 zur Grundjustierung verwenden Seite 31

32 Betriebsanweisung Zugangsregelungen zu Laserbereichen und Anwendung persönlicher Schutzausrüstungen sind erforderlichenfalls in einer Betriebsanweisung zu regeln. Bei jeder maßgeblichen Veränderung der Arbeitsbedingungen muss die Betriebsanweisung aktualisiert werden. Seite 32

33 Auszug TROS Laser Teil 1 Seite 33

34 Laseranzeige Sofern die DGUV Vorschrift 11 (BGV B2) noch rechtskräftig ist, ist eine Laseranmeldung von Lasereinrichtungen der Klassen 3 B oder 4 der Berufsgenossenschaft und der für den Arbeitsschutz zuständigen Behörde vor der ersten Inbetriebnahme anzuzeigen. Seite 34

35 Arbeitsmedizinische Vorsorge Der Arbeitgeber hat eine allgemeine arbeitsmedizinische Beratung der betroffenen Beschäftigten sicherzustellen, wenn eine Exposition durch Laserstrahlung oder durch inkohärente optische Sekundärstrahlung oberhalb der Expositionsgrenzwerte auftreten kann. Der Arbeitgeber hat Beschäftigten nach 11 ArbSchG bzw. 5a ArbMedVV arbeitsmedizinische Vorsorge zu ermöglichen, sofern ein Gesundheitsschaden im Zusammenhang mit der Tätigkeit nicht ausgeschlossen werden kann (Wunschvorsorge). Pflicht- oder Angebotsuntersuchungen sind für Laserstrahlungsexponierte nicht vorgeschrieben. Seite 35

36 Mögliche Auswirkungen von optischer Strahlung auf Auge und Haut Wellenlängenbereich UV-C UV-B Auge Fotokeratitis Fotokonjunktivitis Fotokeratitis Fotokonjunktivitis Katarakt Haut Erythem Präkanzerosen Karzinome Verstärkte Pigmentierung (Spätpigmentierung) Beschleunigte Prozesse der Hautalterung Erythem Präkanzerosen Karzinome TROS-Laserstrahlung Allg. Teil Tab. A3.1 Mögliche Auswirkungen von optischer Strahlung auf Auge und Haut UV-A Katarakt Bräunung (Sofortpigmentierung) Beschleunigte Prozesse der Hautalterung Verbrennung der Haut Karzinome Sichtbare Strahlung Fotochemische und fotothermische Schädigung der Netzhaut Fotosensitive Reaktionen Thermische Schädigung der Haut IR-A Katarakt Thermische Schädigung der Netzhaut Thermische Schädigung der Haut IR-B Katarakt Thermische Schädigung der Hornhaut Thermische Schädigung der Haut Blasenbildung auf der Haut IR-C Thermische Schädigung der Hornhaut Thermische Schädigung der Haut Seite 36

37 Ende Seite 37