Sicherheit von Polycarbonat (Makrolon)

[DanielHVDH]

Hallo Leute,

wir setzen Makrolon als Schutzscheiben für CO2-Laser (10,6µm Wellenlänge) ein und da hab ich mal ne Frage zum Werkstoff: Kennt jemand dafür genaue Transmissionsgrade (Durchlässigkeit)? Oder eine Tabelle/ein Diagramm, welches mir den Transmissionsgrad in Abhängigkeit zur Plattenstärke angibt.
Man findet darüber ziemlich wenig heraus, wenn man mal google befragt und auch in diesem Forum bin ich bisher nicht fündig geworden. Meist findet man nur Angaben wie "Makrolon ist ziemlich sicher bei CO2-Lasern.". Da muss es doch etwas genaueres geben..?

Würde mich über Hinweise und Antworten freuen!

Grüße,
Daniel

P.S. Das ist mein erster Post in diesem Forum. Wenn ich also irgendwelche Fehler gemacht habe, bitte gerne mitteilen!

[ekkard]

Gib doch mal "laserschutzfilter" bei Google ein. Eine Reihe von Firmen bewerben dort ihre Produkte. Die Firmen kannst du kontaktieren. Die Ingenieure dort haben für ihre Kunstgläser die Transmissionswerte.
Andererseits besitzt jede bessere Stadt- oder Unibibliothek vielbändige Werke mit allen möglichen (bekannten) Materialdaten. Dort ist allerdings suchen angesagt: Optische Eigenschaften, Absorption usw.

[DanielHVDH]

Danke schonmal für deine schnelle Antwort, ekkard!
Die Zeit, die nun seit meinem Post vergangen ist, habe ich natürlich nicht ungenutzt verbracht:
Ich habe einige Firmen angerufen und nachgefragt, aber meist können die selbst darüber nichts sagen oder wollen gleich ein Laserschutzfenster für mich aufgrund unserer Laserdaten auslegen.
Außerdem habe ich herausgefunden, dass oft eine hohe Optische Dichte (OD6+) und eine Schutzstufe von DL4 oder DL3 für Polycarbonat-Laserfilter angegeben ist.
Ich habe daraufhin selbst Versuche durchgeführt, bei denen ich eine Polycarbonatscheibe mit Laserstrahlung/-intensität entsprechend dieser Schutzstufe bestrahlt habe und das Ergebnis war erschreckend: Schon nach 2 Sekunden schmorte das Material erheblich an und verfärbte sich schwarz! Leistung oder Temperaturunterschiede HINTER der Scheibe konnte ich nicht feststellen (dafür war das Leistungsmessgerät aber vielleicht auch zu grob).
Nun stehen wir vor dem großen Rätsel: Ist Polycarbonat vielleicht doch nicht geeignet als Laserschutzscheibe? Haben wir etwas falsch gemacht und evtl falsche getestet?
Vielleicht gibt es unter euch ja Erfahrenere, die mir da weiterhelfen können.

[vakuum]

naja... wieso willst du länger als 2 sekunden Fokussiert auf die Scheibe leuchten???

[DanielHVDH]

Fokussiert war das nicht.
Ich habe einfach den worst-case angenommen, dass beispielsweise eine Alu-Platte unter dem zu lasernden Bauteil liegt, die den Laserstrahl direkt auf die Scheibe lenkt. Dies kann bei "vorhersehbarer Fehlbedienung" (wie es laut Norm ja heißt) durchaus der Fall sein. Der Weg vom Fokuspunkt zur Scheibe beträgt ca 1,5-Fache Brennweite (bei f=221mm), also ist der Strahl schon ziemlich aufgeweitet. Selbst bei stark reduzierter Leistung (auf 30%) tritt dieser Effekt auf.
Vielleicht rechne ich auch falsch, aber ich halte mich stark an die Norm DIN EN 60825 und die Beiblätter, BGIs, etc., die es dazu gibt. Und da kann man mit geringem mathematischen Vorwissen nicht viel falsch machen.

[JETS]

Im gewerblichen Bereich taugt standard makrolon nicht als Schutzscheibe, da brauchst du schon mindestens das Zertifikat das aussagt dass der Hersteller das für diesen Zweck getestet und freigegeben hat, sonst bist Du voll in der Haftung, und das kann bei Personenschäden sehr schnell sehr teuer werden. Also Finger weg von unzertifiziertem Zeug.

Für den privaten Hobbybereich sieht das schon gleich viel lockerer aus, da kannst Du dir dein Material selbst testen. Mach ich auch so, einfach volle Leistung worst Case draufgeben und Zeit stoppen wie lange das Material stand hält, diesen Wert kannst gut vergleichen. Einfach verschiedene Materialien ausprobieren. Schwarz werden und ankohlen kann die Schutzzeit sogar verlängern, wenns nicht wegschmilzt.
Ist ja nur als zusätzliche Sicherheit für den am besten nie eintretenden Fehlerfall. Dann Scheibe ersetzen und gut.

[vakuum]

Im gewerblichen Bereich taugt standard makrolon nicht als Schutzscheibe, da brauchst du schon mindestens das Zertifikat das aussagt dass der Hersteller das für diesen Zweck getestet und freigegeben hat, sonst bist Du voll in der Haftung, und das kann bei Personenschäden sehr schnell sehr teuer werden. Also Finger weg von unzertifiziertem Zeug.

Da hast Du recht, aber PC = PC ob zertifiziert oder nicht.

anders gesagt, auch wenn es Zertifiziert ist wird es genau so verbrennen, die Energie muss ja irgendwo hin....

[DanielHVDH]

Da hast Du recht, aber PC = PC ob zertifiziert oder nicht.

anders gesagt, auch wenn es Zertifiziert ist wird es genau so verbrennen, die Energie muss ja irgendwo hin....

Der Meinung bin ich auch. Dennoch habe ich herausgefunden, dass unser Lieferant für normales Polycarbonat sein Material als nicht laserbeständig bewirbt. Zitat: "Hierzu sind spezielle Farbeinstellungen der PC Platte notwendig, die die Laserstrahlen in diesem Wellenlängenbereich nicht hindurch lassen."

Wir haben nun Filtermaterial des Typs P1D01 zu testzwecken angefordert. Ich werde über weitere Ergebnisse berichten.

Danke für die Rückmeldungen!

[vakuum]

Der Meinung bin ich auch. Dennoch habe ich herausgefunden, dass unser Lieferant für normales Polycarbonat sein Material als nicht laserbeständig bewirbt. Zitat: "Hierzu sind spezielle Farbeinstellungen der PC Platte notwendig, die die Laserstrahlen in diesem Wellenlängenbereich nicht hindurch lassen."

Wir haben nun Filtermaterial des Typs P1D01 zu testzwecken angefordert. Ich werde über weitere Ergebnisse berichten.

Farbe für tiefes IR??

Ich bin gespannt was Dein Versuch ergibt......

[ekkard]

Ich habe einige Firmen angerufen und nachgefragt, aber meist können die selbst darüber nichts sagen oder wollen gleich ein Laserschutzfenster für mich aufgrund unserer Laserdaten auslegen.

Um Himmels willen - Es gibt doch eine Filter-Norm: EN 207, in der die Standzeit und andere Testgrößen genau angegeben sind. Warum wohl bieten dir die Hersteller nicht ein zertifiziertes Produkt an? So, wie du das schilderst, sind das Banausen.

Ich habe daraufhin selbst Versuche durchgeführt, bei denen ich eine Polycarbonatscheibe mit Laserstrahlung/-intensität entsprechend dieser Schutzstufe bestrahlt habe und das Ergebnis war erschreckend: ...

... und zu erwarten. Polycarbonat ist ein leicht schmelzender Kunststoff. Der muss unter anderem beschichtet werden ...

Nun stehen wir vor dem großen Rätsel: Ist Polycarbonat vielleicht doch nicht geeignet als Laserschutzscheibe? Haben wir etwas falsch gemacht und evtl falsche getestet?

Du oder ihr hast/habt nur den Fehler begangen, nicht nach "EN 207 zertifizierten Laserschutzfiltern" zu fragen. Das herum-Probieren ist Sache der Industrielabore. Dort ist auch das Know-how vorhanden; nicht so bei den Verkäufern!

[Dr. Burne]

Hi,

also das Material der zertifizierten Filter ist durchaus das gleiche Polycarbonat, aber es kann noch mit entsprechenden Metalldampf- oder dieelektrischen Beschichtungen ein Großteil der Laserstrahlung reflektiert werden, der Rest wird dann vom Farbstoff gefiltert, um die OD zu gewährleisten und auch dafür zu sorgen, dass das Laserschutzfenster der Leistung standhält.

Du kannst ja mal den Hersteller löchern, ob das EN207 deinen Testbedingungen thermisch standhält.

[DanielHVDH]

Hallo Zusammen!

Wieder ist ein wenig Zeit verstrichen und ich bin auch ein wenig schlauer geworden (hoffe ich ).

Die Frage, ob diese oder jene Laserschutzscheibe hält oder nicht sind wir bisher falsch angegangen. Bezüglich der optischen Dichte oder der Schutzklasse hat alles gepasst. Wenn man jedoch sichergehen will, dass eine Laserschutzscheibe unter worst-case Bedingungen hält gibt es nur einen Weg: Man muss es selbst testen! Dieses Vorgehen klingt nicht gerade professionell, es ist aber völlig normkonform (DIN EN 60825-4) und wird in der Praxis auch so gehandhabt. Das heißt im Klartext: Scheibe mit den Bestrahlungen bestrahlen, die im schlimmsten Fall auftreten können und testen, ob sie lang genug hält. Lang genug bedeutet in diesem Fall so lange, wie das Lasersystem unbewacht laufen können soll.

Die Hersteller von Laserschutzscheiben haben, wie ich bereits vermutete, nicht immer vollen Durchblick in dieser Angelegenheit, was meist daran liegt, dass man den Vertrieb an der Strippe hat, die einem natürlich gerne schnell etwas anbieten möchten. Somit gilt auch hier, dass man, um sicher zu gehen, am besten ein Muster bestellt, welches man unter seinen Bediungen testet. Tut man das nicht und die Scheibe hält nicht, ist man schnell selbst in der Verantwortung als Hersteller, da man die Scheibe ja selbst eingebaut hat.

Nur, um es nochmal klar zu stellen: Ich spreche hier in diesem Post über die thermische Belastung der Scheibe. Bei CO2-Strahlung eine entsprechende optische Dichte oder eine entsprechende Filterfunktion zu erreichen ist kein Hexenwerk und wird somit auch erreicht, nur ist dies eben nicht das größte Problem.

Fazit: Laserschutzscheiben aus Polycarbonat erreichen eine ausreichende Filterfunktion, sind aber für längere thermische Belastungen nicht geeignet (unüberwachter Betrieb).

[VDX]

... "worst case" ist in diesem Fall vermutlich eine direkte Bestrahlung mit kollimiertem Strahl oder Fokus nahe vor/hinter der Scheibe ... da geht bei einem Laser mit enstprechender Leistung jede Laserschutzscheibe innerhalb von ein paar Sekunden kaputt

Ansonsten geht man vom "worst case at normal operation" aus, was schlimmstenfalls eine reflektive Oberfläche im Arbeitsbereich des Lasers mit Reflexion des DIVERGENTEN Strahls in Richtung Scheibe wäre ... und da sind in Abhängigkeit des Aufbaus Stunden bis Jahrzehnte drin, bis die Scheibe thermisch (oder altersbedingt) ausfällt

Viktor

[DanielHVDH]

Für den "worst case" nehmen wir an, dass der Strahl im Betrieb durch einen Softwarefehler auf eine metallische Oberfläche gelenkt und von dort aus auf die Scheibe reflektiert wird. Das muss nicht mal zu 100% sein. Nach meinen Ergebnissen reicht eine Reflexion von 70% der Leistung und das ist durchaus realistisch, wie weitere Versuche ergeben haben.

Die Scheibe befindet sich in einem Abstand von 300mm zum Fokuspunkt. An der Stelle ist der Strahl schon um einiges aufgeweitet. Aber genau das stellt sich als Problem dar: Die Wärme, die im Zentrum der Bestrahlung entsteht, kann nicht nach außen ausweichen, da die Stelle flächig bestrahlt wird. Somit entsteht gerade bei größeren Abständen und divergenter, flächiger Strahlung schnell mal eine Verfärbung, Trübung oder gar Zerstörung des Materials.

Wie gesagt: Für den Privatgebrauch, bei dem die Anlage quasi permanent überwacht wird ist das kein Problem, aber für Firmen, deren Anlagen 15min unüberwacht laufen, ist das durchaus zu bedenken. Denn WENN was passiert, dann ist der Hersteller schuld....

[VDX]

... bewegst du den Strahl über Galvos?

Bei praktisch allen kartesichen CO2-Anlagen, die ich kenne, ist der Strahl senkrecht nach Unten ausgerichtet, so daß er nur über eine schrägstehende blanke/spiegelnde Fläche in Richtung Fenster gespiegelt werden könnte - und sowas ist 'im normalen Aufbau' nicht vorgesehen

Viktor

[DanielHVDH]

Ja genau, der Strahl wird durch eine Scannereinheit mit 2 Galvos gelenkt. Daher auch die Begründung mit dem Softwarefehler. Der Betreiber hat (leider) die Möglichkeit, auch andere Jobs zu erstellen und dabei hat er auch alle Möglichkeiten den Strahl falsch zu positionieren (wenn auch nicht absichtlich).

[VDX]

... da kenne ich das mit einem 'watchdog', der bei nicht bewegten Galvos ("stehender Strahl") nach einer kurzen Zeit den Laser abschaltet

Viktor

[ASZ]

...und wie lange würdest du die Zeit wählen?
Gruß Achim

[VDX]

... kommt auch den 'normalen' Betriebszustand bzw. auf die Zeit bis zum Erkennen eines Fehler-Zustandes an - kann alles sein, von ein paar Mikro- bis Millisekunden oder sogar Sekunden

Im Prinzip kannst du einen separaten Bewegungssensor für die Galvos mitlaufen lassen - z.B. eine Reflex-Lichschranke über den Spiegel oder einen Hall-Sensor mit Mini-Magnet auf der Achse ... und wenn sich laut Steuerung der Galvo bewegen sollte, er es laut Sensor aber nicht tut, hast du einen Feherfall.

Da ich aber nicht weiß, wie eure Anlage konfiguriert ist und 'normal' laufen sollte, ist das alles bloße Herumraterei

Viktor

[ekkard]

Im Prinzip kannst du einen separaten Bewegungssensor für die Galvos mitlaufen lassen ...

Ich glaube nicht, dass dies einer Sicherheitsanalyse nach OStrV standhalten würde. Schaut doch bitte in Laserfilter-Norm (DIN) EN 207.

Da ich aber nicht weiß, wie eure Anlage konfiguriert ist und 'normal' laufen sollte, ist das alles bloße Herumraterei

Tja, so isses!