Entwurf DGUV Information

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1 Entwurf DGUV Information Auswahl und Benutzung von Laser- Schutzbrillen, Laser-Justierbrillen und Laserschutzabschirmungen Dipl.-Phys. M. Brose, BGETEM Seite 1

2 Inhaltsverzeichnis Vorbemerkung 1 Anwendungsbereich 2 Definitionen 3 Beispiele Vereinfachtes Auswahlverfahren bei gleichen Parametern 4 Gefährdungsanalyse bzw. Gefährdungsermittlung 5 Ausführliche Bestimmung der notwendigen Schutzstufe für Laser-Schutzbrillen 6 Bestimmung der notwendigen Schutzstufe für Laser-Justierbrillen 7 Modellauswahl von Laser-Schutzbrillen und Laser-Justierbrillen 8 Persönliche Schutzausrüstung (Anwendung und Pflege) 9 Laserabschirmung Seite 2

3 Anhang 1 Anhang 2 Anhang 3 Anhang 4 Anhang 5 Anhang 6 Anhang 7 Anhang 8 Anhang 9 Laserspezifische Regelungen Checkliste zur Auswahl von Laser-Schutz- und Laser- Justierbrillen Flussdiagramm zur Berechnung der Schutzstufe von Laser-Schutzbrillen Schutzstufenbestimmung für Laser-Justierbrillen Beispiel für die Berechnung von Laser-Schutzbrillen Vereinfachte EGW Beispiele von Laser-Schutzbrillen- und Laser- Justierbrillen-Modellen (Korbbrille, Bügelbrille, Korrektionsschutzbrille) Kennzeichnung Besondere Maßnahmen beim Einsatz von Ultrakurzpulslasern mit Pulslängen unter 1 ps Seite 3

4 Anhang 10 Anhang 11 Anhang 12 Anhang 13 Anhang 14 Anhang 15 Anhang 16 Filter für Mikroskope und Teleskope Aspekte für die Auswahl und Anwendung von Laser- Schutzbrillen und Laser-Justierbrillen im Freien Strahldurchmesser Auswahl von Abschirmungen für Laserarbeitsplätze zum Schutz gegen zufällige Bestrahlung nach DIN EN Verfahren zur Schutzstufenermittlung, falls herkömmliche Verfahren nicht realisierbare Anforderungen ergeben Glossar Bezugsquellenverzeichnis/Literatur Seite 4

5 3 Vereinfachtes Auswahlverfahren an Hand ausgewählter Laseranwendungen Zur vereinfachten Ermittlung der geeigneten Schutzstufe von Laser- Schutzbrillen kann die folgende Tabelle angewendet werden. Hierin sind typische Beispiele an Laseranwendungen gelistet mit den jeweils einzuhaltenden Mindestschutzstufen Seite 5

6 Tabelle 1: Typische Laser-Anwendungen und zugehörige Schutzstufen der Laser-Schutzbrillen Anwendung Laserdaten Schutzstufe Laserchirurgie Laserkoagulation in der Augenheilkunde Laserbeschriftung Laserschneiden Laserschweißen CO 2 Laser, < 20 W cw und gepulst, nm, Fokussierhandstück f < = 50 mm CO 2 Laser, 50 W cw und gepulst, nm, Kopplung an Operationsmikroskop über Mikromanipulatur Argonlaser, 7 W cw und gepulst, 488/514 nm, Kopplung an Spaltlampe Frequenzverdoppelter YAG-Laser, 3 W cw und gepulst, 532 nm, Endosonde bei Netzhautablösung YAG-Laser, 40 W cw, 1064 nm, Objektiv mit f mm, Schriftauflösung 50 µm YB-Faserlaser, 500 µj/10 µs/50 khz, Objektiv mit f = 240 mm, Schriftauflösung CO 2 Laser, 500 W cw und gepulst, Objektiv f = 140 mm, Augenabstand 100 mm (Norm) YAG-Laser, 600 W mittlere Leistung, gepulst 150 J/20 ms/4 Hz, 1064 nm mit Objektiv f = 240 mm YAG-Laser, 600 W mittlere Leistung, gepulst 60 mj/100 µs/100 µs/1 khz, 1064 nm mit Objektiv f = 240 mm DI LB DI LB4 488/514 DI LB5 532 DI LB D LB D LB5 + I LB DI LB DI LB D LB7 + I LB8 Seite 6

7 5.1.2 Betriebsart Betriebsart Typische Laserart Impulslänge D Dauerstrichlaser > 0,25 s I Impulslaser > 1 µs 0,25 s R M Gütegeschalteter Impulslaser Modengekoppelter Impulslaser 1 ns 1 µs < 1 ns Tabelle 3: Zeitliche Abgrenzung der Betriebsarten für die Auswahl der Laser-Schutzfilter nach DIN EN 207 Seite 7

8 Tabelle 2: Empfohlene Schutzstufen für die Verwendung von Laserschutzfiltern und Laserschutzbrillen Schutzstufe Maximaler Spektraler Transmissionsgrad bei der Laser- Wellenlänge ( ) Maximale Leistungs- (E) und/oder Energiedichte (H) im Wellenlängenbereich 180 nm bis 315 nm > 315 nm bis nm > nm bis m Für die Laserbetriebsart/Einwirkungsdauer, in Sekunden (s) D I, R M D I, R M D I, R M E D W/m 2 H I, R J/m 2 E M W/m 2 E D W/m 2 H I, R J/m 2 H M J/m 2 E D W/m 2 H I, R J/m 2 E M W/m 2 LB ,01 3 x x ,05 1, LB ,1 3 x x ,5 1, LB x x , LB x x , LB ² 3 x x x 10² LB x x x ,5 x LB x x x ,5 x LB x x x ,5 x LB x x x ,5 x LB x x x ,5 x Seite 8

9 Laser-Schutzbrillen müssen die Laserstrahlung auf ein unschädliches Maß (Einhaltung der EGWs) herabsetzen. Dies wird durch Absorption und/oder Reflexion der Laserstrahlung erreicht (siehe Bild 1). Dabei muss der spektrale Transmissionsgrad ( ) des Filters die Bedingung ( ) EEGW / E bzw. ( ) H EGW / erfüllen, je nachdem ob die Grenzwerte und die Laserstrahlung durch Leistungsdichten (E EGW, E) oder Energiedichten (H EGW, H) beschrieben werden. Im Wellenlängenbereich über 315 nm finden dabei die Grenzwerte für eine Einwirkungsdauer von 5 s, unterhalb 315 nm die Grenzwerte für s Anwendung. Eine vereinfachte Tabelle zur Ermittlung der EGW-Werte findet sich im Anhang 6. Die vollständige Tabelle der EGW-Werte ist in der TROS Laserstrahlung Teil 2 Messungen und Berechnungen von Expositionen gegenüber Laserstrahlung zu finden. H Seite 9

10 5.2 Schutzstufenermittlung für Dauerstrichlaser (Kennbuchstabe der Laserart: D) und mittlere Leistung gepulster Laser Eine D-Schutzstufe ist für alle Dauerstrichlaser sowie für alle wiederholt gepulste Laser zu ermitteln. Für gepulste Laser ist zusätzlich zu den Anforderungen im gepulsten Betrieb die im Mittel abgegebene Leistung (P m ) zur Berechnung anzuwenden. Die Leistungsdichte E bzw. E m des Laserstrahls errechnet sich aus der Laserleistung P (P m ) und dem Strahlquerschnitt (bzw. der Strahlquerschnittsfläche) A wie folgt: E P ; A E m P A m Seite 10

11 Neu: Ist der zu erwartende Strahldurchmesser d 63 an der Laserschutzbrille größer als 1 mm und ist der Wert der Bestrahlungsstärke E größer 10 5 W/m² und P > 10 W, dann ist im Wellenlängenbereich von 315 nm bis 1 mm ein zusätzlicher Korrekturfaktor anzuwenden. Dieser Korrekturfaktor wird durch eine Überhöhungsfunktion ermittelt, welche mit dem tatsächlichen Durchmesser berechnet wird. Der Korrekturfaktor ist stark von den eingesetzten Materialien, dem Aufbau sowie der Dicke des Schutzproduktes abhängig. Ist die tatsächlich vorliegende Überhöhungsfunktion nicht bekannt, dann ist im Durchmesserbereich d zwischen 1 mm und 15 mm mit folgendem Korrekturfaktor F(d) zu rechnen: F(d) = d 1,7 für 1 < d < 15 Seite 11

12 F(d) = 100 für d > 15 d ist dabei der Durchmesser d 63 in mm. Die korrigierte Bestrahlungsstärke erhält man durch: E = E * F(d) Die erforderliche Schutzstufe wird aus der Spalte D von der Tabelle 2, die der Wellenlänge des Lasers entspricht, entnommen. Anmerkung: Durch die scharfe Definition der Grenze der Bestrahlungsstärke bei 10 5 W/m² kann es im Einzelfall zu großen Unterschieden (bis zu drei Schutzstufen) bei der Ermittlung der Schutzstufe führen. Hier muss im Einzelfall das Risiko bewertet werden. Seite 12

13 5.3.1 Impulsbetrachtung Die Energiedichte H des Laserstrahls errechnet sich aus der Impulsenergie Q des Einzelimpulses und dem Strahlquerschnitt (bzw. der Strahlquerschnittsfläche ) A wie folgt: H Q A Bei wiederholt gepulsten Lasern im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 10 6 nm, Impulsdauern < 0,25 s und Impulswiederholfrequenzen > 1 Hz müssen die Energiedichtewerte korrigiert werden. Der Grund ist der kumulative Effekt, wenn mehrere Laserpulse auf die gleiche Stelle treffen. Dabei gibt es eine wellenlängenabhängige Grenzzeit T i,(siehe Tabelle 4) unterhalb der dieser Effekt sich nicht mehr weiter auswirkt. Seite 13

14 Es sind folgende Fälle zu unterscheiden: a) Die Impulsperiode ist größer als T i H = H N 1/4 N ist die Impulszahl während der Dauer von 5 s Bei gleichmäßigen Impulsfolgen gilt: N = v 5s b) Die Impulsperiode ist gleich oder kleiner als die Zeit T i H = H N 1/4 N ist die fiktive Impulszahl während der Dauer von 5 s bei der fiktiven Impulsfrequenz v i Bei gleichmäßigen Impulsfolgen gilt: N = v i 5s Seite 14

15 c) unregelmäßige Impulsfolgen Ist ein Laser unregelmäßig gepulst (besitzt er keine kontinuierliche Impulswiederholfrequenz v), dann ist bei der Impulsbestimmung der energiereichste Impuls und der Impuls mit der maximalen Spitzenleistung zusätzlich zu bewerten (siehe auch IGED-Verfahren nach DIN EN :2008) Für H bzw. H kann die erforderliche Schutzstufe für die Wellenlänge und die Laserbetriebsart aus der entsprechenden Spalte I, R (Tab. 2) entnommen werden. Der Kennbuchstabe für die Laserbetriebsart ist R bei Impulsdauern kleiner als 10-7 s, sonst ist der Kennbuchstabe I. Ist die Impulsdauer des Lasers größer als die im Tabellenkopf angegebene Einwirkungsdauer, dann entfällt die Schutzstufe für I und die Anforderung an die Schutzbrillen enthält nur eine Anforderung zur Schutzstufe nach D entsprechend Punkt Seite 15

16 Tabelle 4: Zeiten T i unterhalb deren Impulsgruppen wie ein Puls betrachtet werden müssen und maximal anzuwendende Frequenz v max = 1/T i Wellenlänge T i / [s] v i / [Hz] 400 /nm < , /nm < /nm < /nm < , /nm < /nm < Seite 16

17 Anhang 2: Checkliste zur Auswahl von Laserschutzund Laser-Justierbrillen Checkliste Prüfen, ob der Einsatz der Schutzbrillen notwendig ist oder ob nicht der Laser sicher (auch für die Wartung) gekapselt werden kann? Wird der Laserschutzbeauftragte (für die Klassen 3R, 3B und 4 notwendig) einbezogen? Wurde geprüft, welche Tätigkeit an dem Laser ausgeführt werden soll? a) Normalbetrieb b) Justierung c) Wartung d) Service e) Offener dauernder Betrieb (z. B. Entwicklungslabor) Wurde die notwendige Schutzstufe der Laser-Schutzbrille oder Laser- Justierbrille (bei sichtbaren Lasern im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm, sofern diffuse Strahlung beobachtet werden soll) bestimmt? Wurden betroffene Mitarbeiter bei der Auswahl der geeigneten persönlichen Laser-Schutzbrillen oder Laser-Justierbrillen beteiligt? 6 Ist eine Unterweisung der Mitarbeiter erfolgt und dokumentiert? Wurde eine eventuell vorhandene Fehlsichtigkeit (Korrektionsschutzbrille) bei der Auswahl berücksichtigt? Bei der Beschaffung der Schutzbrille muss diese mit dem CE-Zeichen gekennzeichnet sein. Die Nummer der notifizierten Stelle (siehe PSA- Benutzerverordnung) muss in der Benutzerinformation angegeben werden. Sind die Arbeitsplätze, an denen die Laser-Schutzbrille und Laser- Justierbrille getragen werden muss, mit dem Gebotszeichen M 01 Augenschutz benutzen ASR 1.3 gekennzeichnet? Wurde bei der Anwendung von Excimer-Lasern zusätzlich geprüft, ob ein Gesichtsschutzschirm gegen die UV-Streustrahlung getragen werden muss? Wurden bei der Beschaffung der Laser-Schutzbrillen oder Laser- Justierbrillen weitere Aspekte wie Design und Tragekomfort berücksichtigt? Hierdurch kann eine hohe Trageakzeptanz erreicht werden! Beispiel Beschlagen der Brille bei Benutzung im Freien Bei Hochleistungslasern: Die maximale optische Belastung der Brille beim Hersteller für große Strahldurchmesser erfragen und beachten Seite 17

18 A8.3 Kennzeichnung von Laser-Justierbrillen Bild A8.2 zeigt ein Beispiel für die Kennzeichnung von Laser-Justierbrillen nach DIN EN 208. Erfüllt der Augenschutz eine erhöhte Anforderung bezüglich mechanischer Festigkeit, so kann dies ebenfalls gekennzeichnet werden. Der Tragkörper muss das Wort Justierbrille tragen, die Kennzeichnung der Laser-Justierbrille selbst kann auf den Sichtscheiben oder dem Tragkörper angebracht sein. Seite 18

19 Bild A8.2: Beispiel für die Kennzeichnung einer Laser-Justierbrille 1064 DI LB7 X S CE Laserwellenlänge oder Laserwellenlängenbereich Eine/mehrere Laserbetriebsarten (Kennbuchstaben) Schutzstufe des Filters Kennbuchstabe (n) des Herstellers Kennzeichen für mechanische Festigkeit (falls zutreffend), hier: Grad S, Erhöhte Festigkeit nach DIN EN 166 CE -Zeichen Seite 19

20 Bild A9.2: Wellenlängenbereich eines Femtolaser im Vergleich zu anderen Quellen Seite 20

21 Bild A9.3: Bandbreite ultrakurzer Impulse Seite 21

22 Anhang 14 Verfahren zur Ermittlung von Schutzanforderungen, falls herkömmliche Verfahren nicht realisierbare Anforderungen ergeben A14.1 Allgemeines Das Verfahren zur Schutzstufenermittlung nach Abschnitt 5 beruht auf dem vereinfachten Grenzwertsatz nach Tabelle 2 und der Vorgabe, dass bei der Anforderung an die Schutzstufe die optische Dichte und die Leistungs-/Energiedichte immer verknüpft sind und sich an der jeweils höchsten Anforderung orientieren. Dieses Verfahren führt zu Schutzanforderungen, die je nach Anwendung eine oder mehrere Schutzstufen höher ausfallen als erforderlich. Um die tatsächlichen Anforderungen genauer zu bestimmen, kann alternativ wie folgt verfahren werden. Seite 22

23 A14.2 Vorgehensweise 1. Bestimmung der Anforderungen an die Laserstrahlbeständigkeit 2. Bestimmung der Anforderungen an die spektrale Transmission 3. Ermittlung des geeigneten Laserschutzfilters 4. Bei Impulslasern: Wiederholung der Schritte 1-3 für die mittlere Leistung Seite 23

24 Zu 1: Zunächst erfolgt die Bestimmung der Leistungs-/Energiedichte entsprechend Abschnitt 5.2 Gleichung (1) bzw. Abschnitt Gleichung (2). Ist der zu erwartende Strahldurchmesser an der Brille größer als 1 mm, ist die höhere Belastung des Filters zu berücksichtigen. Dazu ist die berechnete Leistungs-/Energiedichte mit einem Korrekturfaktor f(d) zu multiplizieren. Eine Korrektur ist nicht erforderlich, wenn es sich bei dem ausgewählten Filter um ein Reflexionsfilter handelt. Seite 24

25 Der Strahldurchmesser d ist in mm einzusetzen. Der Faktor F(d) hat keine Einheit. Die korrigierte Energiedichte bzw. Leistungsdichte ergibt sich demnach wie folgt: H = H x F(d) bzw. E = E x F(d) Das Filter muss der so ermittelten Energie-/Leistungsdichte bei der Prüfung standhalten. Seite 25

26 Zu 2: Die erforderliche maximale spektrale Transmission ist unter Verwendung der in der Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung (OStrV) festgelegten Expositionsgrenzwerte (EGW) zu ermitteln. Sie errechnet sich wie folgt. EGW bzw. P A Q P EGW Q A Wobei der Quotient bzw. die in Abschnitt 5.2 ermittelte A A Leistungs- bzw. die in Abschnitt ermittelte Energiedichte ist. Seite 26

27 Zu 3: Die Anforderungen an das Laserschutzfilter lauten nun wie folgt: Das Laserschutzfilter darf bei der Beständigkeitsprüfung nach DIN EN 207 mit der in Nr. 1 ermittelten Energie-/Leistungsdichte die in Nr. 2 ermittelte spektrale Transmission nicht überschreiten. Diese Informationen sind im allgemeinen der Baumusterprüfbescheinigung oder den Produktinformationen des Herstellers zu entnehmen. Bei Unsicherheit ist der Hersteller zu kontaktieren. Seite 27

28 A14.3 Kennzeichnung und Dokumentation Die spezifische Schutzwirkung muss in der Herstellerdokumentation oder einem Schriftstück des Herstellers beschrieben sein. Nutzerseitig sollte eine Beschreibung der Laseranwendung und der auf diese Art und Weise ausgewählten geeigneten Brille dokumentiert werden. Die Beschäftigten sind darüber zu unterweisen. Seite 28

29 A14.4 Beispiel Ein Impulslaser hat folgende Daten: Leistung vom 100 W Wellenlänge: 1064 nm Impulsdauer: CW Strahldurchmesser: 7 mm Welche Anforderungen ergeben sich für einen Filter? Seite 29

30 1. Bestimmung der Anforderungen an die Laserbeständigkeit E / 100 / 0,007 /4) = W/m 2 Korrekturfaktor (Geometriefaktor) F(d) = d 1,7 = 7 1,7 = 27,33 Effektive Energiedichte für die Auswahl der Schutzstufe: E' ExF(d) x27,33 J m² 2. Bestimmung der notwendigen Schutzstufe W m² Seite 30

31 Sachkunde und Fachkunde gemäß OStrV Seite 31