Berechnungen Laserschutzbrille

Alles zum Thema "sicherer Umgang mit Lasern", Gefahren, gesetzliche Vorschriften und Normen.

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Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Do 10 Jul, 2014 10:44 am

Hallo liebes LaserFreak.net-Forum,

wir benutzen bald einen Beschriftungslaser und wollen passende Laserschutzbrillen kaufen. Ich habe mich jetzt in der DIN EN 207 informiert worauf ich zu achten habe und es sind noch ein paar Fragen offen. Könnt ihr mir dabei helfen?

Zunächst ein paar Daten zum Laser:
Nd:YVO4 mit 1064nm Wellenlänge
anl.jpg
In Bezug auf die Brille habe ich dazu nun in Excel folgende Berechnungen angestellt:
Excel.jpg
Damit komme ich letztlich auf über LB9.

Stimmt das so?
  1. Ich frage mich vor allem ob ich den Strahldurchmesser richtig angenommen habe (nach A.2 Strahlquerschnitte). Im Fokus hat der Laser 45 µm aber da kommt natürlich eine aberwitzig hohe Zahl raus.
  2. Habe ich das "passende" Frequenz/Leistungspaare gewählt?
  3. Wird die Impulsenergie Q auf diese (einfache) Weise berechnet oder liege ich da komplett daneben?
Ich danke euch schon mal für Antworten und wünsche einen angenehmen Tag!
MfG Guppy
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von VDX » Do 10 Jul, 2014 10:49 pm

Hu Guppy,

rechnest du bei deiner Anwendung mit einem direkten Strahltreffer?

Normalerweise wird ein System zur Materialbearbeitung so aufgebaut, daß nur Streulicht bzw. schlimmstenfalls eine divergierende Reflektion an einem blanken Werkstück nach Außen kommen kann.

Anders siehts aus, wenn der kollimierte Strahl durch den Raum geschickt wird, in dem sich auch jemand aufhalten könnte ... dann hast du aber nicht den Fokus, sondern den Kollimationsdurchmesser als Richtwert für die erforderliche Schutzstufe :freak:

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Fr 11 Jul, 2014 11:02 am

Hallo Viktor,

danke für deine Antwort!
Ja du hast recht, wir wollen bei Leibe nicht direkt in den Fokus schauen. Es kann allerdings sein, dass wir uns die Materialbearbeitung mal "life" ohne geschlossene Schutztür ansehen wollen um Fehler oder Optimierungsmöglichkeiten erkennen zu können. Dann wären wir natürlich näher dran und würden womöglich direkt von der Reflektion/Streustrahlung getroffen.

Ich habe zur Berechnung des "End"-Strahldurchmessers die umgestellte Strahlensatzformel von hier (1. Seite unten) genommen.
Der Rohstrahldurchmesser ist 6mm. Als Abstand des Beobachters vom Teil habe ich verschiedene Werte durchprobiert und komme mit ca. 30 cm gerade an die Grenze des LB 7 Wertes.
Excel_neu.jpg
Außerdem nehme ich jetzt das Frequenz/Spitzenleistungs-Paar mit der niedrigsten Frequenz weil ich gemerkt habe, dass damit am ende höhere Werte herauskommen.

Sind meine Berechnungen so ok? Und kann ich letztlich dem Monteur/Instandhalter/mir selbst mit Sicherheit sagen, dass die Brillen mit LB7 unsere Augen definitiv schützen sofern wir nicht näher als 30cm heran gehen?

MfG Guppy
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von VDX » Fr 11 Jul, 2014 12:39 pm

... ohne das jetzt nachzurechen ... mir kommen die LB7 immer noch etwas zu hoch vor :freak:

Ich denke, du mußt die tatsächliche Pulszeit und Pulsenergie nehmen, nicht die 15kHz - da sind meist noch 'Puls-Pausen' zwischen den Peaks ...

30cm sind ein ziemlich kleiner Abstand -- normalerweise wird bei den Lasern niemand seinen Kopfbeim Lasern direkt in den Arbeitsbereich reinstecken :freak:

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Fr 11 Jul, 2014 1:27 pm

Klar, die 30cm wollte ich nur als Extremfall wissen^^
Uns wurden bisher 2 Angebote unterbreitet, einmal "Kunststoffbrillen (mit CE) und einer OD 7+ bzw. EU rating >950-1070 D L5 + IR L7" für einen Preis der ok ist und eine LB9 die gleich mal das doppelte kostet.
Die tatsächliche Pulszeit? Puuh, ich denke die werde ich frühestens wissen wenn wir ihn verbaut und programmiert haben. Aber ich schätze, dass ich mit den LB7 nichts falsch mache und lieber eine Stufe zu viel als zu wenig habe.

Besten Dank und bis demnächst!
MfG Guppy

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von undineSpektrum » Sa 12 Jul, 2014 2:08 am

Um mich mal hier einzumischen: :)

Also so wie ich es sehe fehlen hier noch Laserdaten um eine sinnvolle Abschätzung für z.B. einen Vollschutz machen zu können... Die Impulszeitdauer ist nicht angegeben... interessant ist, wie die Firma, die euch das Angebot unterbreitet hat, das dann abgeschätzt hat... oder habe ich was überlesen...? Soll ja vorkommen...
In Sicherheitsfragen muss dabei immer vom ungünstigsten Fall einer Bestrahlung ausgegangen werden, der auftreten kann... jedenfalls habe ich das so mitbekommen.
Ein Festkörperlaser mit einstellbarer Impulszeitdauer und Wiederholfrequenz für die Anlage mit bekannter Spitzenleistung ist ein Problem, weil diese sich ggf. verändert wenn die Impulse länger dauern... -> Laserdynamik
Hier würde ich von der höchsten Spitzenleistung ausgehen, die möglich ist...-> ungünstigster Fall. Das kann aber auch zu überdimensionierten Filtern führen, was nicht wirklich tragisch ist um die Sicherheit zu gewährleisten, meine ich. Die Kosten sind ein anderes Problem.
Die wiedergegebene Tabelle zeigt die Veränderung der Sitzenleistungen der Laserimpulse mit der Impulswiederholfrequenz... oder? :wink:
Wie ist der Zusammenhang mit der Impulsdauer...?
Ich verweise in dem Zusammenhang mal auf die MZB-Berechnungen für einen gepulsten Diodenlaser, der hier vor einiger Zeit mal besprochen wurde: http://laserfreak.net/forum/viewtopic.php?f=2&t=55421
Das Gerät hatte den Vorteil, dass es sich wie ein ein- und ausgeschalteter Dauerstrichlaser verhält und somit die Spitzenleistungen aus den cw-Leistungen leicht abgeschätzt werden können...
Impulsdauern im Zusammenhang mit Spitzenleistungen angeben... dann können wir weiterrechnen... meine ich.
0D7+ des Schutzfilters bedeutet, dass für die Wellenlänge von 1064 nm die Strahlungsleistung um (mehr!) als sieben Zehnerpotenzen geschwächt wird... von sieben Zehnerpotenzen kann sicher ausgegangen werden. :)

Grüße,

Undine

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Sa 12 Jul, 2014 12:52 pm

Hier ist für mich einiges unklar:
1. Warum nimmst du einen Strahldurchmesser von 1 mm? Gemessen wird bei 1064 nm (wellenlängenmäßig noch) in 100 mm Abstand von der scheinbaren Quelle, hier dem Fokus.
2. Was willst du "direkt" beobachten? Die kohärente Strahlung ist unsichtbar. Was du siehst, ist das Plasma. Das könnte man mit Hilfe einer die IR-Strahlung blockierenden Optik viel besser beobachten.
3. Die Impulsdauer oder das Tastverhältnis müssen schon bekannt sein, weil damit ein gewisser C5-Faktor für die Impulsberechnungen der "maximal zulässigen Bestrahlung" (MZB) benötigt wird.

Soviel ich weiß, beträgt für die mittlere Leistung, also die 43 kW, die MZB 50 W/m². 43000/50=860, also müsste von daher die Schutzstufe LB 3 betragen. Nun kommt noch die Impulsbetrachtung; mag sein, dass dabei LB 5 heraus kommt. Aber wie gesagt, was wollt ihr wie beobachten? Könnt ihr die seitliche Strahlbewegung in die Überlegungen einbeziehen? (AUS, wenn der Strahl steht?).

Weiter: Laserschutbrille aus Kunststoff? Ist diese nach DIN EN 207 auf thermische Festigkeit geprüft?
Mit deiner Berechnung bin ich nicht vertraut. Da taucht ein k-Faktor auf, der mir unbekannt ist. (Neuer Normentwurf???)
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von undineSpektrum » Sa 12 Jul, 2014 7:56 pm

Hallo,

@ekkard:
Ich habe die Leistungen in der Tabelle oben als Impulsspitzenleistungen verstanden, die über der Impuls(wiederhol-)frequenz aufgetragen werden... und die fallen mit höherer Impuls(wiederhol-)frequenz ab.... oder irre ich mich da? :shock:

Die mittleren Leistungen wären dann ja doch viel kleiner, selbst wenn ein "Rechteckverlauf" für die Strahlungsleistung mit der Zeit t angenommen wird...

Grüße,

Undine

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Sa 12 Jul, 2014 10:28 pm

... verstehe ich genauso. Es fehlt aber das Tastverhältnis. (Man kann nicht einfach 1/Frequenz rechnen.)
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Mo 14 Jul, 2014 8:51 am

Hallo undine und ekkard,

wie bzw. wo könnte ich denn eine sinnvolle Angabe zur Impulszeitdauer bekommen? Ist diese vom Laser / Betriebsart abhängig und fix?
Ich stelle es mir gerade so vor als könne diese Zeit vom Programmierer eingestellt werden und somit wäre quasi jede denkbare Zeit möglich. Und was wäre wenn ein Systemfehler die Zeit verändert?
ekkard hat geschrieben:[...] Könnt ihr die seitliche Strahlbewegung in die Überlegungen einbeziehen? (AUS, wenn der Strahl steht?)[...]
Den Satz verstehe ich nicht, was meinst du damit?

Ich habe die DIN EN 207:2010-04 verwendet. Der k-Faktor steht dort in Anhang B --> B.3.3.2 Berechnung bei Impulsbetrieb unter Formel (B.2). Formel (B.3) benutzt ihn um H zu korrigieren und in (B.4) wird er berechnet aus N. N ist die Gesamtzahl der Impulse in 5s (B.5).

Der 1mm stammt aus A.2 Strahlquerschnitte.

MfG Guppy

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von undineSpektrum » Mo 14 Jul, 2014 11:22 am

Hallo guten Morgen, :)

@Guppy:
Du fragtest ja folgendes:
Guppy hat geschrieben:wie bzw. wo könnte ich denn eine sinnvolle Angabe zur Impulszeitdauer bekommen? Ist diese vom Laser / Betriebsart abhängig und fix?
Ich stelle es mir gerade so vor als könne diese Zeit vom Programmierer eingestellt werden und somit wäre quasi jede denkbare Zeit möglich.
Leider kennen wir hier die Anlage nicht genau. Ich kenne es so, dass die Impulsfolgefrequenz bei Materialbearbeitungen verändert und damit die eingestrahlte mittlere Leistung pro Zeit variiert wird. Sicherlich ist auch eine Impulszeitdauerveränderung möglich - je nach Gerät und Hersteller...
Für Sicherheitsbetrachtungen ( hier : Bestimmung eines Schutzfilters ) ist immer der "ungünstigste Fall" einer Einstahlung auf die Hornhaut innerhalb der "genormten" Blende von 7 mm. Durchmesser ( bei manchen Wellenlängen abweichend ) zu berücksichtigen... und das Schutzfilter muss eine solche Schutzstufe oder optische Dichte haben, dass auf der Hornhaut innerhalb der genormten Blende der Grenzwert der Maximal zulässigen Bestrahlung der Wellenlänge ( 1064 nm in diesem Fall ) nicht überschritten wird. Dann kann nichts passieren was den Augenschutz angeht. Diese Werte finden sich im Anhang 2 der BGV B2 in Tabellenform.
Was der ungünstigste Fall jetzt ist und welche optische Dichte (OD) das Filter für einen Vollschutz haben muss hängt auch von Deiner Anlage ab... deshalb die Frage:
Zitat anfang
Guppy hat geschrieben:Könnt ihr die seitliche Strahlbewegung in die Überlegungen einbeziehen? (AUS, wenn der Strahl steht?)[...]
Zitat ende...
Denn : Wenn der Laserstrahl mit einer Strahlungsleistung von 43 kW stillsteht und dabei nicht abgeschaltet wird ist das schon mal ein wichtiger Anhaltspunkt was ungünstigenfalls an Strahlung auf die Hornhaut auftreffen könnte ( müsste dann errechnet werden... wo und was Ihr bei der Bearbeitung beobachtet ), den MZB-Wert für cw-Betrieb ("Mittelwertkriterium") hat ekkard ja angegeben.

Für weitere Rechnungen fehlt jetzt hier die Impulszeitdauer, denn W=P*t ( ungünstigster Fall : größte zu erwartende/einstellbare Impulszeitdauer für die mus das Schutzfilter sicher sein! ) und das Tastverhältnis im ungünstigsten Fall... andernfalls kannst Du und können wir nur raten... ggf. müssen diese Werte gemessen oder beim Hersteller der Bearbeitungsanlage/ des Lasers erfragt werden. :wink:

Einfache Möglichkeit ( wenn keine Info vorhanden ) : Überdimensionierung des Filters - die höchste, auftretende Spitzenleistung wird als Dauerstrichleistung angesetzt... Sicherheit ist gewährleistet - das Filter ggf. unnötig teuer...

Kunststofffilter: Da wär´ich in der Tat skeptisch bei Strahlungsleistungen im Kilowattbereich... :wink:

Soweit von mir erstmal.

Grüße,

Undine

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Mo 14 Jul, 2014 11:49 am

Dass die genannten Daten fehlen, ist laut Norm ein Mangel, den der Hersteller zu vertreten hat. Also muss er auch entsprechende Angaben machen insbesondere Impulsdauer, Impulsleistung, Strahlbewegung. Anderenfalls ist die in der "Optische Strahlen Verordnung" (OStrV) zwingend vorgeschriebene Gefährdungsbeurteilung nicht möglich.
Ferner ist immer noch nicht klar, was ihr eigentlich beobachten wollt und warum. (Die Justage kann man bei reduzierter Leistung, besser durch sichtbare Pilotlaser vornehmen.)
Jedenfalls ist der direkte Treffer auf eine Schutzbrille bei 43 kW Spitzenleistung gleichbedeutend mit einem Schaden. Wahrscheinlich wollt ihr nur indirekt beobachten. Dann wäre nachzumessen, wie viel kohärente Strahlung in 30 cm Abstand überhaupt ankommt.
Das Ganze klingt für Fachleute äußerst unausgegoren!
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von undineSpektrum » Di 15 Jul, 2014 8:46 am

Hallo guten Morgen, :)

ich denke ich glätte mal etwas die "Wogen", obwohl das was ekkard schrieb zutrifft und mir bei den Ausführungen von Guppy auch manchmal so vorkommt...
Zitat anfang...
ekkard hat geschrieben:Das Ganze klingt für Fachleute äußerst unausgegoren!
Zitat ende...
@Guppy:
Inwieweit Ihr allerdings Fachleute im Bereich der Lasertechnik und -physik seid ( und es sein wollt ) und wie professionell die Angaben jetzt sind oder nicht denke ich stellen wir - nach meinem dafürhalten - vielleicht hier erstmal zurück. :wink:
Dennoch weiss ich auch wenn eine neue Anlage beschafft ist und ggf. ein komplett neues Fachgebiet in eine Firma oder ein Institut Einzug erhält solche Sachen wie ungenaue Formulierungen und Nachholbedarf an Wissen immer an der Tagesordnung sind und sehr häufig "unausgegorene" Überlegungen und Ideen erstmal vorkommen. So ist das halt wenn Man(n)/Frau sich in neue Fachgebiete einarbeitet - immerhin ist euer Laser ja auch kein Forschungsgerät sondern ein Beschriftungslaser...
Und habt Ihr ja erkannt: Ihr müsst euch schützen. Und das wollt Ihr jetzt konkret so machen, dass keinem eurer Mitarbeiter was passiert ... und das ist erstmal löblich, egal welchen Kenntnisstand Ihr habt ...
Aber : Im Detail muss dann schon darauf geachtet werden dass kein Fehler passiert, also will heißen: Aufpassen was genau gerechnet wird und in welchem physikalisch-technischen Zusammenhang die entsprechenden Formeln da stehen.
Euer Laser produziert einen Lichtstrom und damit eine Strahlungsleistung die von der Zeit abhängt. Die Zeitabhängigkeit besteht aus einer Folge von Strahlungsimpulsen einer Impulsdauer tau und einer Impulsfolgefrequenz f, oder der Impulsfolgenperiodendauer T. Wie es gemeint ist zeigt die Grafik hier:
Leistung und Tastverhältnis.jpg
Das beantwortet jetzt auch die Frage:
Guppy hat geschrieben:Wird die Impulsenergie Q auf diese (einfache) Weise berechnet oder liege ich da komplett daneben?
Die Impulsenergie ist die schraffierte Fläche in diesem Leistungs-Zeit-Verlauf der Strahlungsleistung der Pulsfolge der Laserpulse. Sie gibt nach der Formel (Fläche=Höhe*Breite) die Impulsenergie W oder Q=P*t=P*tau für einen Einzelimpuls an. Die Impulsfolgeperiode hat damit nichts zu tun... das darf nicht verwechselt werden... es wäre so wie wenn ein Förster die Masse des Holzes in seinem Wald nicht durch den Stammdurchmesser seiner Bäume berechnet sondern durch den Abstand der Bäume zueinander.... oder? :mrgreen:
Deshalb müsst Ihr hier die Impulsdauer angeben. Je größer die Impulsdauer, desto größer die Fläche, desto mehr Strahlung trifft die Hornhaut... und desto "dicker" muss das Filter sein dass euch schützen soll.
Allerdings varriert die Strahlungsleistung ( "Höhe der Impulsspitzen" ) noch mit der Strahlgeometrie, dem Abstand... der Unterlage, Streustrahlung ... etc... ggf. muss hier nachgemessen werden, wie hoch die Leistungsspitzen in einem bestimmten Abstand sind.
Deshalb:
Zitat anfang...
ekkard hat geschrieben:Wahrscheinlich wollt ihr nur indirekt beobachten. Dann wäre nachzumessen, wie viel kohärente Strahlung in 30 cm Abstand überhaupt ankommt.
Zitat ende...
Schutzfilter: Die optische Dichte "OD 3" z.B. bedeutet, dass das Filter die auftreffende Strahlungsleistung um 1/10^3 also 1/1000 vermindert.... "OD4" bedeutet eine Verminderung um 1/10^4 also 1/10000... :wink:
Also: Bitte besorgt euch die Angabe der Impulsdauer tau - wie ekkard es schrieb: Der Hersteller muss euch diese Daten auf Anfrage geben, weil sonst die Gefährdungsbeurteilung nicht möglich ist. ( Im Bild mit dem Wald : Der Förster kann dann sein Holz nicht richtig abrechnen - er weiss nicht wie dick seine Stämme sind ... :wink: ) Wenn das Wort "Tastverhältnis" ein Fremdwort ist, hier ein Hinweis zur Erklärung - gilt für den Lichtstrom eines Laserstrahls genauso wie für den elektrischen Strom in einem Leiter:
http://de.wikipedia.org/wiki/Tastverh%C3%A4ltnis
Des weiteren informiert euch über die MZB-Werte ("Maximal zulässige Bestrahlung")... damit Ihr den Grenzwert für Auge & Haut ermitteln könnt.
Zu den Grundlagen des Laserschutzes gebe ich mal folgende Informationsvideo mit interaktivem Test an, auch nach der Ausbildung zum Laserschutzbeauftragen hilft das konkret immer weiter in welche Richtung ggf. bei einem Sicherheitskonzept gedacht werden sollte:
http://www.bgetem.de/share/wbt_laser/evolution.html
Hieraus geht auch hervor, dass vor der Benutzung einer Schutzbrille andere, technische Schutzmaßnahmen (Einhausung etc.) angedacht werden sollten, die die aus dem Gerät ggf. austretende Strahlungsleistung reduzieren oder drosseln. Hast Du das schonmal überprüft? Nur wenn es sich nicht vermeiden lässt am "offenen" Laser zu arbeiten oder z.B. für Wartungen und Einstellungen am Gerät - dann kommt die Schutzbrille als persönliche Schutzaurüstung in´s Spiel... sonst helfen technische Schutzmaßnahmen wie ein Gehäuse o.ä. ... durch ein solches Gehäuse kann der Bearbeitungsprozess auch beobachtet werden ohne dass Laserstrahlung austritt, wenn ein entsprechendes Schutzfenster vorhanden ist.
Des weiteren sollte neben dem Laserschutzbeauftragten und einer Schulung der Mitarbeiter über die Gefahren, die wichtigsten Gesetze und Regelwerke sowie Normen vorhanden sein: OStrV,BGVB2, usw...

Soweit erstmal. Ich schreibe das, weil ich den Deinen Kenntnisstand und diesen in der Firma o.ä. nicht kenne... in Versuch einer Hilfestellung.
Ich denke es hilft weiter wenn Du verstehst warum Du eine bestimmte Rechnung machen musst... oder? :wink:

Grüße,

Undine
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Do 11 Sep, 2014 7:55 am

Guten Morgen!

Da ich nach meinem Fahrrad Unfall nun wieder arbeiten kann, möchte ich mich auch gerne hier zurück melden.
undineSpektrum hat geschrieben: […] Dennoch weiss ich auch wenn eine neue Anlage beschafft ist und ggf. ein komplett neues Fachgebiet in eine Firma oder ein Institut Einzug erhält solche Sachen wie ungenaue Formulierungen und Nachholbedarf an Wissen immer an der Tagesordnung sind und sehr häufig "unausgegorene" Überlegungen und Ideen erstmal vorkommen. So ist das halt wenn Man(n)/Frau sich in neue Fachgebiete einarbeitet - […]
Dem kann ich nichts hinzufügen. Im Nachhinein und durch eure Ausführungen verstehe ich auch wieso meine Angaben unvollständig sind. Aber deshalb habe ich mich ja in diesem Forum angemeldet; um mein Wissen zu erweitern und von den Hinweisen erfahrener Leute lernen zu können. Ich hoffe dass ihr mir das nicht übel nehmt und mir meine „unausgegorenen“ Worte verzeiht.


Zur besseren Übersicht fange ich noch einmal von vorne an, dieses Mal genauer:
Geplant ist eine Maschine zu bauen die Metallteile mit einem Laser Klasse IV (Daten s. oben bzw unten) beschriftet, das ist ja soweit klar. Der Laser selbst ist vollständig umhaust und der Laserbereich befindet sich nur innerhalb der Maschine. Nach außen hin ist diese komplett laserdicht verschlossen. Die Öffnung durch die das Werkstück hinein gegeben, bzw. hinaus genommen wird ist mit Sensoren überwacht, sodass der Laser nicht startet, sollte die Tür noch offen sein.
Das wiederum bedeutet, dass im Normalbetrieb keine Strahlung nach außen gelangt, es sich bei der Einheit somit um ein Gerät der Laserklasse I handelt und damit keine weiteren Schutzmaßnahmen, wie persönliche Schutzausrüstung in Form einer Laserschutzbrille, vorhanden sein müssen.

Nun folgt das bereits bedachte ABER, denn es gibt ja noch die Justage / den Einrichtbetrieb.
Hier hat Ekkard in Post 7 bereits geschrieben
ekkard hat geschrieben: […] Was willst du "direkt" beobachten? Die kohärente Strahlung ist unsichtbar. Was du siehst, ist das Plasma. Das könnte man mit Hilfe einer die IR-Strahlung blockierenden Optik viel besser beobachten.[…]
Bzw in Post 12
ekkard hat geschrieben: […] Die Justage kann man bei reduzierter Leistung, besser durch sichtbare Pilotlaser vornehmen.[…]
Soweit ich es mitbekommen habe ist auch genau so geplant, dass dies mit dem Pilotlaser erfolgen soll.

Insofern sind Laserschutzbrillen eigentlich gar nicht notwendig. Habe ich damit recht?

Welche Daten der Pilotlaser hat und ob dafür eine Laserschutzbrille notwendig wird, darüber weiß ich noch nichts Genaueres, werde mich aber damit beschäftigen.

Guppy
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Do 11 Sep, 2014 7:56 am

Unabhängig davon würde ich - der Vollständigkeit halber - gerne noch meine Berechnung aktualisieren denn zwischenzeitlich gingen auch die Impulsdauern bei uns ein:
Impulsdauer.png
Bei 15.000 Hz dauert der Puls also ca 8 * 10^-9 s.

Um das Ganze noch einmal von vorne zu beginnen liste ich erneut alle meine Schritte auf:
  1. Ich habe die DIN EN 207:2010-04, EN 207:2009 (D).
  2. Dort schaue ich in den Anhang „B.3 Bestimmung der Schutzstufen“.
  3. Dort in B.3.3 „Gepulste Laser (I und R)“, da meine Impulsdauer mit 8 * 10^-9 s größer als 10^-9 s ist.
  4. Ich muss nun das Impulskriterium und das Kriterium der mittleren Leistung anwenden
    1. Zunächst berechne ich für das Impulskriterium die Energiedichte H nach Formel (B.2)
      DIN_207_B.2.jpg
      1. Die Impulsenergie Q ergibt sich aus P und t
        Rechnungen_1.jpg
      2. Um A zu errechnen benötige ich zunächst einmal einen Durchmesser
      3. Ekkard schrieb dazu in Post 7
        ekkard hat geschrieben: […] Warum nimmst du einen Strahldurchmesser von 1 mm? Gemessen wird bei 1064 nm (wellenlängenmäßig noch) in 100 mm Abstand von der scheinbaren Quelle, hier dem Fokus. […]
      4. Ich errechne mir also den Strahldurchmesser in 0,1m Entfernung vom Fokus per Strahlensatz
        Strahlaufweitung.jpg
        Rechnungen_2.jpg
      5. Damit habe ich Fläche und Impulsenergie und kann damit meine Energiedichte H errechnen.
      6. Nun muss H laut Formel (B.3) mit dem Korrekturfaktor k multipliziert werden um auf H‘ zu kommen:
        DIN_207_B.3.jpg
        1. Der Korrekturfaktor k errechnet sich nach (B.4) aus der Anzahl der Impulse in T = 5s.
          DIN_207_B.4.jpg
        2. N wiederum ergibt sich aus (B.5), da Ti kleiner als δ T ist.
          Rechnungen_3.jpg
        3. daraus folgt, dass k = 16,55 ist
        Rechnungen_4.jpg
      7. Somit ist H‘ = 515 J/m² oder 5,15 * 10^2 J/m². Das entspricht nach Tabelle B.1 einer Schutzstufe von LB5.
    2. Das war das Impulskriterium.
    3. Als nächstes folgt das Kriterium der mittleren Leistung
      1. Diese errechne ich nach (B.7)
        DIN_207_B.7.jpg
        Rechnungen_5.jpg
      2. Somit habe ich hier 4,67*10^5 W/m² was einer Schutzstufe von LB4 entspricht.
    4. Letztlich brauche ich also nach dem Impulskriterium mindestens die Schutzstufe LB 5.
Habe ich das so richtig durch gespielt oder sind noch irgendwo Fehler?

Danke schon einmal für alle Antworten und einen schönen Tag noch!
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Do 11 Sep, 2014 12:34 pm

Guppy hat geschrieben:Da ich nach meinem Fahrrad Unfall ...
Na, dann weiterhin gute Besserung verbunden mit dem Wunsch, dass nichts nachbleibt.
Guppy hat geschrieben:Soweit ich es mitbekommen habe ist ... geplant, dass dies (die Justage) mit dem Pilotlaser erfolgen soll.
Insofern sind Laserschutzbrillen eigentlich gar nicht notwendig. Habe ich damit recht?
Ja. Ein Pilotlaser sollte sinnvollerweise eine Leistung im Strahl haben, so dass Schutzmaßnahmen nicht erforderlich sind.

Zu deinen Berechnungen komme ich später zurück. Mir sind nur "5s" im Zusammenhang mit dem Impulskriterium und der Zahl N der Impulse aufgefallen. Die DIN EN 60825-1 schreibt T2 Sekunden vor. Das sind mindestens 10, höchstens 100 s.
(Wie gesagt, das muss ich mir näher ansehen. Möglicherweise ist die die DIN EN 207 da großzügiger, weil die erforderliche Transmission immer auf volle 10-er-Schritte abgerundet wird (z. B. erforderliche Transmission <0,0035, abgerundet auf 0,001 --> Schutzstufe LB3). Umgekehrt wird bei Filtern aufgerundet: Filter hat Transmission von 0,000015; aufgerundet: 0,0001; es erhält die Schutzstufe LB4 - nicht LB5).)
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Sa 13 Sep, 2014 6:12 pm

Guppy hat geschrieben:Unabhängig davon würde ich gerne noch meine Berechnung aktualisieren ...
Bei 15.000 Hz dauert der Puls ... ca 8 * 10^-9 s.
...
Sagen wir mal so: Ich habe keine Fehler in deinen Berechnungen gefunden. Allerdings habe ich mit den Ansätzen Probleme. Mir ist nicht klar, warum du nur die Frequenz von 15 kHz betrachtest und nur die Impulsdauer von 8 ns. (Kann sein, dass du das irgendwo eingangs begründet hast, aber ich find's nicht auf die Schnelle.)
War das der ungünstigste Fall? Oder der einzige, gewählte Betriebszustand?
Warum verwendest du eine Zeitbasis (k-Bestimmung) von 5 s. In der Norm wird ein Regelwert von 10 s angegeben, derselbe, der auch in DIN EN 60825-1 angegeben wird. Wenn natürlich die Einwirkdauer technisch auf 5s beschränkt wird, ist das zulässig.

Nachtrag: Bei der Bildung der Schutzstufen ist nach meinem Kenntnisstand die nächst-höhere Schutzstufe zu wählen. Also führt H' = 515 J/m² zu LB6, nicht LB5, weil der Wert so schön nah liegt. Dasselbe trifft auf das Mittelwertkriterium zu. Ärgerlich, dass man fast auf der unteren Grenze liegt.
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Mo 15 Sep, 2014 2:54 pm

Hallo ekkard,
ekkard hat geschrieben:Na, dann weiterhin gute Besserung verbunden mit dem Wunsch, dass nichts nachbleibt.[…]
Danke, die Ärztin meinte, dass außer ein paar Narben alles wieder sein sollte wie vorher.
Vielen Dank auch für deine Nachrechnungen!

Was die Frage der Ansätze angeht:
Wieso genau ich nur dieses eine Paar vor 2 Monaten genommen habe kann ich jetzt auch nicht mehr nachvollziehen. Wahrscheinlich dachte ich, dass dort die höchste Impulsspitze auftritt und der Fall somit der Extremfall sei. Im Nachhinein sehe ich dass das ein fataler Fehler ist, denn durch die Addition der Impulse aufgrund der Ti-Zeit ist es genau umgekehrt, das ist der „harmloseste“ Fall. Ich habe es für alle 4 Pulsspitzenleistungs/Pulsfrequenz-Paare mit den jeweiligen Zeiten durchgerechnet und komme damit auf die folgenden Zahlen (mit T=5s)

Letztlich aber immer noch alles Stufe LB6.
Rechnungen_6.jpg
Durch Zufall lasert unsere Anlage hier maximal 5 Sekunden, aber wieso bei dir 10 stehen kann ich mir nicht erklären. Ich habe eindeutig im Text der 207 immer 5 Sekunden stehen und selbst in den Formeln (B.5 / B.7) steht immer die 5. Merkwürdig.
Wenn ich es mit 10 Sekunden durch rechne bleibt es bei LB6.
Rechnungen_7.jpg
Jetzt ist mir beim Durchlesen wieder eine Frage eingefallen die mir schon vor meinem Unfall durch den Kopf ging und zwar bezüglich der Kunststofffilter in den Brillen. Du fragtest ja
ekkard hat geschrieben:[…]Ist diese nach DIN EN 207 auf thermische Festigkeit geprüft? […]

Zu dem Zeitpunkt ging ich davon aus, dass dies das CE-Kennzeichen (was ja laut Angebot drauf war) aussagen würde. Ist dem nicht so?
Einen schönen Tag noch!
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Mo 15 Sep, 2014 7:10 pm

Für die "5s" habe ich nur eine Erklärung: Ich habe hier nur die alte Norm. Kann also sein, dass die doppelte Rundung der Schutzstufen auf ganze 10er-Schritte von den Müttern und Vätern der Norm nicht noch mit T2=10 s bestraft werden soll.

Hinsichtlich der CE-Kennzeichnung. Diese sagt nur, dass die Anlage (oder die "Persönliche Schutzausrüstung" (PSA)) gewissen EU Vorschriften entspricht. Welchen Normen die PSA genau entspricht, wird im Gutachten zur Konformitätserklärung aufgezählt. Bei PSAn sollte die EN 207 aufgezählt sein. Wenn ja, dann ist die Standzeit bei einer der betreffenden Schutzstufe entprechenden Laserleistung 10s, soviel ich weiß.
Mit freundlichen Grüßen
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Mi 17 Sep, 2014 8:30 am

Vielen Dank für die ausführlichen und geduldigen Erklärungen!

Ich würde mich nun als nächstes mit dem bereits angesprochenen MZB-Thema beschäftigen und dazu eine moderative Frage: Ist es besser bei Fragen dafür ein eigenes Thema zu eröffnen oder sollte das hier weiter besprochen werden?

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Mo 29 Sep, 2014 4:35 pm

Hallo,

ich habe in der DIN EN 207 noch einen Abschnitt gesehen den ich nicht zu interpretieren weiß. Und zwar steht dort unter B.3:
DIN_EN_207_B.3.1_nachtrag.jpg
Ich habe ja den tatsächlichen Strahldurchmesser anhand der Entfernung errechnet und er ist ungleich 1mm (3,75mm um genau zu sein). Nun steht dort ja, dass ich noch einen extra Schritt zu erledigen habe im Falle, dass ein anderer Strahldurchmesser als 1mm genommen wird. Bezieht sich das auf meinen oben gerechneten Fall? Falls ja, was muss nun korrigiert werden? Den Strahldurchmesser noch mit der 1,2233en Potenz erhöhen oder die letztlich ausgerechnete Energie/Leistungsdichte mit d^1,2233 multiplizieren? Oder die jeweiligen Dichten aus der Tabelle um diesen Faktor multipliziert? (Kunststoff, da ja bereits Kunststoffbrillen im Thread angesprochen wurden)

Mit freundlichen Grüßen
Guppy
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Mo 29 Sep, 2014 11:34 pm

Die gemessene oder berechnete Leistungsdichte wird je nach Material mit d^... multipliziert. Da d größer 1 ist, werden die Werte erhöht. Das hat mit dem Wärmeabfluss zu tun. Kleinere Prüfflächen sind da wohl günstiger.
Mit freundlichen Grüßen
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Di 30 Sep, 2014 9:46 am

Guten morgen Ekkard,
also die 1,59 e3 J/m² bzw. die 1,02 e6 W/m² mit diesem Faktor multiplizieren? Bist du dir da sicher?
Ich habe ja in dem Beispiel 3,75mm. Das würde für Kunststoff 3,75^1,2233 = 5,037 also rund 5 ergeben. Das ergibt dann 8 e3 J/m² (LB7! Statt 6) und 5,1e6 W/m². Es würde also meine Schutzstufe erhöhen obwohl ich einen größeren Strahldurchmesser habe als bei der Prüfung der Beständigkeit.

Wenn ich mir den DIN-Text noch einmal durch lese so klingt es für mich als müssen die Werte in den Tabellen mit diesem Faktor multipliziert werden, also aus den Werten von LB5: 5e2 J/m² und 10e6 W/m² werden rund 25e2 J/m² und 50e6 W/m². Damit sind meine errechneten Werte beide Male noch innerhalb der LB5 wäre (bei E sogar noch in LB4 --> 5e6 W/m²) sodass Schutzstufe LB5 ausreichen würde.

Für mich klingt es auch logischer, da ein größerer Strahldurchmesser ja die Energie auf eine größere Fläche verteilt und die Wärme somit einen größeren Rand hat über die sie abfließen kann. Andersherum würde ein kleinerer Strahldurchmesser die Energie auf einen kleineren Punkt konzentrieren und sich somit eher durch die Brille schmelzen, woraus die Schutzstufe erhöht werden muss. Habe ich hier wieder einen Denkfehler?

MfG Guppy

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Di 30 Sep, 2014 10:50 am

Nach nochmaliger Durchsicht des Normtextes stimme ich deiner Interpretation zu; denn es heißt: "... die Leistungs- und Energiedichten aus Tabelle B.1 ...". Das bezieht sich eindeutig auf die Angaben in der Norm selbst.

Ich ziehe also meinen o. g. Beitrag vom 29 Sep 2014, 23:34 zurück.
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Mi 01 Okt, 2014 4:44 pm

Vielen Dank für die schnelle Antwort!

Beim nachvollziehen meines Rechenweges bin ich nun über den k-Faktor gestolpert.
Ti.jpg
Im oben von mir gerechneten Beispiel habe ich ja ein Ti kleiner als δT und somit keine extra Rechnungen mit diesem Abschnitt. Nehme ich aber die andere Extremleistung 11kW und 60 kHz so komme ich auf ein δT von 1,67e-05 s.

Nun frage ich mich zunächst ob ich 3 oder 4 Pulse zusammen betrachten muss. Die Pulse setzen ja bei 0, 1,67e-5, 3,3e-5 und 5e-5 ein. Zähle ich die Pulse bei 0 und 5e-5 als einen (insgesamt 3) oder doppelt (insgesamt 4)?

Dann muss ich ja die Impulsenergie Q errechnen. Dazu multipliziere ich eine Leistung mit einer Zeit. Muss ich nun:
  • die „wahren“ Einzelspitzenleistungen mit den wahren Einzelimpulszeiten (11kW * 17e-9 s) rechnen oder
  • die Summe der 3 - 4 Pulsspitzenleistungen während Ti mal die Zeit Ti?
Ich denke dass es letzteres ist, bin mir aber total unsicher.

Und letztlich der letzte Satz im untersten Absatz. Rein vom Verständnis her, ich rechne nun k aus indem ich kTi multipliziere mit dem k-Wert aus Formel B.4? und für diesen Wert muss ich das ν max aus Tabelle B.2 also 20kHz nehmen.

Sry für die ganzen Nachfragen, aber ich möchte das ohne Zweifel nachvollziehen und später selbst anwenden können.

Danke und einen schönen Abend noch!
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Do 02 Okt, 2014 11:26 am

Guppy hat geschrieben:Nehme ich aber die andere Extremleistung 11kW und 60 kHz so komme ich auf ein δT von 1,67e-05 s.

Nun frage ich mich zunächst ob ich 3 oder 4 Pulse zusammen betrachten muss. Die Pulse setzen ja bei 0, 1,67e-5, 3,3e-5 und 5e-5 ein. Zähle ich die Pulse bei 0 und 5e-5 als einen (insgesamt 3) oder doppelt (insgesamt 4)?
Das Wesentliche ist die einzelne Impulsdauer von 17ns (1.7E-08s). Energie 187 µJ (1.87E-04J). Diese Energie kommt in δT=16.7µs so oft vor, wie Perioden in δT hinein passen - und seien sie "unpassend", also 60000*Ti = 60000*50µs = 3 (bei 1064nm Wellenlänge). (Hier kommt zufällig eine ganze Zahl heraus; aber man könnte auch auf z. B. 3.25 kommen. Die Zahl der Impulse muss nicht ganzzahlig sein. Nennen wir sie für später: n hier = 3)

In Ti tritt also eine Energie auf von 3*187µJ = 561µJ.
Guppy hat geschrieben:Muss ich nun:
  1. die „wahren“ Einzelspitzenleistungen mit den wahren Einzelimpulszeiten (11kW * 17e-9 s) rechnen oder
  2. die Summe der 3 - 4 Pulsspitzenleistungen während Ti mal die Zeit Ti?
"1." ist richtig. "2." verstehe ich phsyikalisch nicht. Zum Verständnis: In der Zeit Ti werden die einzelnen Energien zusammen gezählt - nichts sonst.
Guppy hat geschrieben:Und letztlich der letzte Satz im untersten Absatz. Rein vom Verständnis her, ich rechne nun k aus indem ich kTi multipliziere mit dem k-Wert aus Formel B.4? und für diesen Wert muss ich das ν max aus Tabelle B.2 also 20kHz nehmen.
k berechnest du aus der jeweiligen Frequenz v/n (Klugscheiß: griech. Buchstabe klein-Ny) und jenen 5 s, die wir ja schon diskutiert hatten. Durch die glatte 3 kommt hier die Grenzfrequenz v_max heraus. Ich habe nicht geprüft, ob die immer heraus kommt. Vermutlich hat die Norm Recht. Vom Sinn her ist k*Ti die Zahl der zusammen gefassten Impulse in 5 s.
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Do 02 Okt, 2014 2:37 pm

Hallo Ekkard,
ekkard hat geschrieben:"1." ist richtig. "2." verstehe ich phsyikalisch nicht.
Mein Gedanke war hierbei dass ich annahm, dass die ganzen Pulse die während Ti ankommen zusammengefasst werden und dann als ein einziger Puls behandelt werden. Also ein Impuls mit der Energie 561µJ und einer Frequenz 20.000 Hz = v_max. Das ist aber dann wohl falsch.
Ich will ja die Impulsenergie Q haben um damit dann das erste H zu errechnen. Das war das was ich im zweiten von dir zitierten Text ausdrücken wollte. Du sagst nun, dass ich bei den „wahren“ Werten bleibe und H = 1,87e-4J / 1,10e-5 m² = 17J/m² ist oder?

Ti würde mich bis hier hin also noch überhaupt nicht interessieren sondern erst jetzt wo es darum geht H‘ mit dem Korrekturfaktor k zu errechnen. Hierfür muss ich N^1/4 rechnen und N = v_max *5 = 100.000. Damit ist k=17,78.
Und dann folgt in der Norm dieser Satz:
DIN EN 207 hat geschrieben: In diesem Fall ist der Korrekturfaktor für die Energiedichte des einzelnen Laserimpulses gegeben durch das Produkt aus k und einem zusätzlichen Faktor kTi, welcher gleich der Anzahl der Impulse in der Zeit Ti ist.
Das interpretiere ich folgendermaßen: H' = H * k * kTi , wobei kTi den 3 Impulsen während Ti entspricht. Also H‘ = 17 J/m² * 17,78 * 3 = 906,78 J/m²
Ist diese Interpretation korrekt?
Mir geht es letztlich darum, dass ich hieb- und stichfest weiß wie ich auf die Zahl komme, welche ich mit den Tabellenwerten vergleichen kann.

Danke und einen schönen Feiertag morgen!

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Do 02 Okt, 2014 6:43 pm

Guppy hat geschrieben:Hallo Ekkard,
ekkard hat geschrieben:"1." ist richtig. "2." verstehe ich phsyikalisch nicht.
Mein Gedanke war hierbei dass ich annahm, dass die ganzen Pulse die während Ti ankommen zusammengefasst werden und dann als ein einziger Puls behandelt werden. Also ein Impuls mit der Energie 561µJ und einer Frequenz 20.000 Hz = v_max. Das ist aber dann wohl falsch.
Seltsam, genau das kommt doch heraus!
Guppy hat geschrieben:Ich will ja die Impulsenergie Q haben um damit dann das erste H zu errechnen. Das war das was ich im zweiten von dir zitierten Text ausdrücken wollte. Du sagst nun, dass ich bei den „wahren“ Werten bleibe und H = 1,87e-4J / 1,10e-5 m² = 17J/m² ist oder?
Nein, die beziehst den zusammen gefassten Impuls der Energie 561µJ (mit einer nominellen Dauer Ti) auf die Querschnittsfläche der zugehörigen Blende (hier 1,1E-05m²).
Guppy hat geschrieben:Ti würde mich bis hier hin also noch überhaupt nicht interessieren, sondern erst jetzt, wo es darum geht H‘ mit dem Korrekturfaktor k zu errechnen. Hierfür muss ich N^1/4 rechnen und N = v_max *5 = 100.000. Damit ist k=17,78.
Korrekt.
Guppy hat geschrieben:Und dann folgt in der Norm dieser Satz:
DIN EN 207 hat geschrieben: In diesem Fall ist der Korrekturfaktor für die Energiedichte des einzelnen Laserimpulses gegeben durch das Produkt aus k und einem zusätzlichen Faktor kTi, welcher gleich der Anzahl der Impulse in der Zeit Ti ist.
Das interpretiere ich folgendermaßen: H' = H * k * kTi , wobei kTi den 3 Impulsen während Ti entspricht. Also H‘ = 17 J/m² * 17,78 * 3 = 906,78 J/m²
Ist diese Interpretation korrekt?
Scheint so! kTi (ist mein n)*H (deins) ergibt die Energie des zusammengefassten Impulses. So kann man natürlich auch rechnen.

(Zur Erläuterung: Der tiefere Grund für die Zusammenfassung zu Impulsen der Dauer Ti ist ein Trick, um dieselbe Formel für den Grenzwert über einen größeren Zeitbereich benutzen zu können. Eigentlich ist es so, dass ab einer gewissen Impulsdauer abwärts, der Grenzwertverlauf einen Knick macht. Ab da bleibt der Grenzwert eigentlich konstant. Gleichwohl soll die k-Formulierung beibehalten werden.)
Ebenfalls einen schönen Feiertag!
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Mo 13 Okt, 2014 10:03 am

Vielen Dank ekkard,

das heißt also zusammenfassend, dass wir 2 verschiedene Rechenwege durchgesprochen haben, die zum selben Endergebnis führen, bei unterschiedlichen Zwischenergebnissen.
ekkard hat geschrieben:Nein, die beziehst den zusammen gefassten Impuls der Energie 561µJ (mit einer nominellen Dauer Ti) auf die Querschnittsfläche der zugehörigen Blende (hier 1,1E-05m²).
Du hast als Impulsenergie Q mit dem zusammengefassten Impuls gerechnet und damit ein H=51 J/m². Ich habe „nur“ 17 J/m². Aber da ich den fehlenden Faktor 3 dann später in das H‘ einfließen lasse kommen wir beide im Endergebnis auf H‘= 906 J/m².


Im Anschluss daran errechne ich ja die mittlere Leistung. Dafür nutze ich Formel B.7.
Em.jpg
Q ist die Einzelimpulsenergie also 187e-4 J. Womit multipliziere ich diese nun? Ich gehe davon aus, dass der Beschriftungslaser als „regelmäßig gepulst“ anzusehen ist und ich somit diese Wiederholfrequenz nach B.5 verwenden kann. Nun ist bloß die Frage spielt hier Ti wieder mit ein, also wird die Frequenz impulszeitabhängig angepasst oder sollte ich die „wahre“ Betriebsfrequenz nach den Herstellervorgaben nutzen?

Weiterhin ist mir noch der Abschnitt „B.5 Filter in Geräten“ aufgefallen und ich würde gerne wissen wie ich diesen interpretieren kann.
filter.jpg
Angenommen ich baue ein Laserschutzfilter als Sichtfenster ein, welches gegen zufällige Bestrahlung schützen soll, so kann ich daraus nicht interpretieren welche Schutzstufe dieser haben sollte. Ich würde nun annehmen, dass dieselbe Schutzstufe wie bei den Brillen ausreicht, aber genau steht es ja dort nicht. Erst bei Dauerbestrahlung steht explizit, dass die nächsthöhere Stufe gewählt werden sollte. Wie kann man in dieser Situation systematisch vorgehen?

Mit freundlichen Grüßen
Guppy
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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von ekkard » Fr 17 Okt, 2014 11:53 am

Der erste Teil stimmt. Ti wird nur beim reduzierten Einzelimpuls-Kriterium betrachtet. Bei der Mittelwertbildung ist die jeweilige Zeitbasis anzuwenden, und die ist z. B. 100 s. Da spielt Ti keine Rolle.
Guppy hat geschrieben:Im Anschluss daran errechne ich ja die mittlere Leistung. Dafür nutze ich Formel B.7.
Du wendest die Formeln ein Bisschen arg schematisch an und machst dir damit das Leben schwer. Der Sinn ist folgender: Die Energie der einzelnen Impulse wird auf die Periodendauer "verschmiert" (gemittelt). Sind die Impulse alle gleich, dann war's das. Sind sie verschieden, dann wird die gesamte Energie auf die gesamte Zeit bezogen. (Das ist ebenfalls ein Mittelungsvorgang). Somit ist es "Hose wie Jacke", ob du Ti mitschleppst oder nicht. Wenn du Impulse (irrig) zusammen fasst, dann wird die Periodendauer natürlich entsprechend länger. (Warum einfach, wenn es auch komplizierter geht? :-) )
Guppy hat geschrieben:Q ist die Einzelimpulsenergie also 187e-4 J. Womit multipliziere ich diese nun? Ich gehe davon aus, dass der Beschriftungslaser als „regelmäßig gepulst“ anzusehen ist und ich somit diese Wiederholfrequenz nach B.5 verwenden kann. Nun ist bloß die Frage spielt hier Ti wieder mit ein, also wird die Frequenz impulszeitabhängig angepasst oder sollte ich die „wahre“ Betriebsfrequenz nach den Herstellervorgaben nutzen?
Ich habe jetzt nicht mehr in Erinnerung, ob die 187E-04 J die Energie der ursprünglichen (nicht zusammen gefassten) Impulse ist. Wenn ja, wird dieser Wert mit der Betriebsfrequenz multipliziert (eigentlich: auf die Periodendauer bezogen = mittlere Leistung). Nein, Ti braucht hier nicht betrachtet zu werden.
Guppy hat geschrieben:Weiterhin ist mir noch der Abschnitt „B.5 Filter in Geräten“ aufgefallen und ich würde gerne wissen wie ich diesen interpretieren kann. ... Angenommen, ich baue ein Laserschutzfilter als Sichtfenster ein, welches gegen zufällige Bestrahlung schützen soll, so kann ich daraus nicht interpretieren welche Schutzstufe dieser haben sollte.
Der erste Abschnitt in "B.5 Filter in Geräten" sagt, dass dieselben Prüfbedingungen gelten wie für Schutzbrillen, die Filter demnach auch nicht für die Dauerbestrahlung geeignet sind (wie die Brillen auch).

Ein fest eingebautes Schutzfilter soll u. U. ein länger dauerndes Beobachten gewährleisten. Wenn das beabsichtigt ist, dann reicht die Schutzstufe für 5 s eventuell nicht, und man muss eine höhere Schutzstufe entsprechend der "maximal permissible exposure"(MPE)-Werte (max. zulässige Bestrahlung) wählen. Im allgemeinen wird die nächsthöhere Schutzstufe reichen. Damit bleibt aber auch mehr Leistung im Filter stecken. Deshalb auch die Forderung nach Stabilität des Laserschutzfensters über die gesamte Betriebsdauer.
Guppy hat geschrieben:Ich würde nun annehmen, dass dieselbe Schutzstufe wie bei den Brillen ausreicht, aber genau steht es ja dort nicht.
Richtig, was den Augenschutz angeht! Allerdings muss das Filter die Strahlung über die gesamte Betriebsdauer weg stecken können, sofern es nicht zwischenzeitlich abgedeckt wird.
Guppy hat geschrieben:Erst bei Dauerbestrahlung steht explizit, dass die nächsthöhere Stufe gewählt werden sollte.
Das hängt, wie gesagt, von der Aufgabenstellung ab. Wenn eine Dauerbeobachtung nicht geplant ist (und das Filter im Normalfall gar nicht bestrahlt wird), muss es nur gegen zufällige Bestrahlung schützen.

Es gibt ja die Fälle, wo eine Anlage ein Guckloch hat, um z. B. die mechanische Arbeitsweise im Inneren prüfen zu können. Bestrahlt wird das eingebaute Filter im Regelfall nicht sondern nur bei einem z. B. abbrechenden Werkstück. Dabei wird die Anlage innerhalb von 5 s auf Störung (also strahlungslos) geschaltet. In dieser Abschaltfrist muss das Filter den zufälligen Beobachter schützen - mehr nicht.
Guppy hat geschrieben:Wie kann man in dieser Situation systematisch vorgehen?
Die Aufgabenstellung bedarf einer kritischen Betrachtung. Insbesondere sind die Beobachtungsdauer und der "Strahlungsfall" entscheidend. Zufällig oder systematische Bestrahlung , das ist hier die Frage!
Mit freundlichen Grüßen
Ekkard

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von Guppy » Mo 03 Nov, 2014 12:30 pm

Hallo ekkard,

erneut vielen lieben Dank für deine ausführlichen und informativen Antworten!
Ja, das schematische ist vom Studium her in mir verankert und da das das erste Laserprojekt in meinem Leben ist, habe ich noch keine Erfahrungen an denen ich mich orientieren kann. Von daher ist es schön, dass du mir den Sinn dahinter erklärst. Das macht es für mich einfacher es beim nächsten Mal schneller und ohne diese ganzen Unsicherheiten anzuwenden.

Was das Fenster angeht, da bin ich nun lediglich von einer zufälligen Bestrahlung ausgegangen. So wie du es beschreibst, mit einem Guckloch zur Überwachung, habe ich es mir auch gedacht. Keine Dauerbestrahlung.

MfG Guppy

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von mckoene » Fr 20 Okt, 2017 1:04 pm

Hallo,

danke für diese ausfürhliche Diskussion.Die Adresse zu dem Lerninhalt
undineSpektrum hat geschrieben:
Di 15 Jul, 2014 8:46 am
Zu den Grundlagen des Laserschutzes gebe ich mal folgende Informationsvideo mit interaktivem Test an, auch nach der Ausbildung zum Laserschutzbeauftragen hilft das konkret immer weiter in welche Richtung ggf. bei einem Sicherheitskonzept gedacht werden sollte:
http://www.bgetem.de/share/wbt_laser/evolution.html
hat sich geändert:
http://www.bgetem.de/share/wbt_Lasersch ... ution.html

Ich meine irgendwo gelernt zu haben, dass sich die Zeit, die Laserschutzbrillen schützen müssen im Rahmen von EU-Recht Angleichung von 10 s auf 5 s verringert wurde.
Nach der neueren Norm beschriftete Brillen tragen LB1 bis LB10 statt nur L. Quelle finde ich leider auf Anhieb nicht.
Woher soll ich wissen was ich denke, bevor ich höre was ich sage?

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Re: Berechnungen Laserschutzbrille

Beitrag von LaserAkademie » Mi 01 Nov, 2017 5:43 pm

mckoene hat geschrieben:
Fr 20 Okt, 2017 1:04 pm
Hallo,

Ich meine irgendwo gelernt zu haben, dass sich die Zeit, die Laserschutzbrillen schützen müssen im Rahmen von EU-Recht Angleichung von 10 s auf 5 s verringert wurde.
Nach der neueren Norm beschriftete Brillen tragen LB1 bis LB10 statt nur L. Quelle finde ich leider auf Anhieb nicht.
Hallo mckoene,
Danke für das update mit dem Link!
Zu Deiner Anmerkung bezüglich der 5s/10s: Mit der Normversion DIN EN 207:2010 wurde die Prüfdauer für die Brillen von 10s/100 Pulse auf 5s/50 Pulse gesenkt. Die Brillen werden heute also weniger lange geprüft. In der Regel wird sie auch unter Prüfbedingungen nicht gleich nach 5s versagen, sondern länger halten. Wenn im praktischen Einsatz die Brille exakt mit der Wellenlänge, Bestrahlungsstärke und dem Strahldurchmesser aus der Prüfvorschrift getroffen wird, hält sie also mindestens 5s/50 Pulse.
Aus dem Grund hat man auch die Bezeichnung von L zu LB geändert. So ist gleich erkennbar, nach welcher Norm die Brille geprüft wurde.

Ich möchte gern die Gelegenheit nutzen, etwas zu dem Korrekturfaktors F(d) (weiter oben diskutiert) zu ergänzen: Zunächst ist dieser Teil der Norm informativ zu verstehen. Man kann ihn anwenden, muss aber nicht. Der Korrekturfaktor berücksichtigt, dass bei größerem Strahldurchmesser als 1mm (dem Prüfdurchmesser!) die Wärmeleitung zur Seite behindert wird und dadurch eine stärkere Erwärmung in der Mitte des Bestrahlungsflecks erfolgt. Daher die Korrektur nach oben zu einer höheren Bestrahlungsstärke. Da Glas und Kunststoff sich dabei unterschiedlich verhalten, gibt es für die Materialien unterschiedliche Korrekturfaktoren. Das Vorgehen ist so: Bestrahlungsstärke E auf der Brille errechnen und für die verschiedenen Filterarten zu E' = E * F(d) korrigieren. Dazu gab es eine Korrektur der DIN EN 207:2010 in 2012 und inzwischen auch eine neue Normversion. Bitte hierzu in die aktuelle Norm DIN EN 207:2017-05 schauen.

Schönen Feierabend!

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