Streuung eines 445nm in Glas. Gefährlichkeit?!

[isophoton]

Hallo liebe Freaks.

Nicht ganz neu in diesem Thema, aber doch aus einer anderen Branche, habe ich als Neuling dieses Forums gleich male eine wahrscheinlich nicht ganz einfach zu beantwortende Frage an Euch.

Hauptsächlich lasern wir Industriell Flachglas, so wie man es aus den Souveniershops in den kleinen Würfeln kennt, nur eben erheblich größer .
Mittlerweile bauen wir -durch viele Experimente und Kundenanfragen- eine eigene Entwicklungsabteilung für Sonderprojekte und Lösungen auf.
Die Kantenbeleuchtung von Glas ist über LEDs mittlerweile ein beliebtes und äußerst Interessantes Betätigungsfeld, jedoch ist durch die Streuung des Lichts einer LED und auch deren Leistung und Wärmeabgabe dem ganzen Grenzen gesetzt an die wir jetzt immer öfter stoßen.

Ein großer Sprung ergab sich durch die Behandlung der Laseroberfläche mit einem Farbstoff und der Kantenbeleuchtung über LEDs im ca. 400nm Bereich. (Bitte entschuldigt das ich hier nicht weiter drauf eingehen kann, mein Kopf würde rollen )
Nun kam die Idee auf, die Beleuchtung via Laser zu realisieren. Der Strahl würde allerdings über eine Linse entsprechend gestreut (ca. 90°/5°) werden und käme niemals "gebündelt" ins Glas. Die Leistung dieses Lasers würde je nach Anwendung zwischen 100mW und 1000mW betragen. Wie ich mich hier schon schlau gelesen habe, ist die Verwendung eines solchen Lasers mit diesen Wellenlängen mit äußerster Vorsicht zu genießen.
Die Frage die sich hier stellt:
- Durch die "Gefährlichkeit" der Laserstrahlung, ist es überhaupt sinnvoll hier in der "Forschung" weiter zu entwickeln (späteres Genehmigungsverfahren), und kann man mit diesem gestreutem Laserstrahl ebenso Schaden anrichten.

Das spätere Ziel sollte sein eine Art Zwitter aus dem Laserlicht der Fahrzeugindustrie und kommerziellen Anwendungen, "Beleuchtungsgegenstände" zu entwickeln die z.B. Decken und Wohnraumbeleuchtung ersetzen soll.

Erstmal ganz Blauäugig in die Runde gefragt und an unserer Entwicklungsabteilung vorbei, die beschäftigen sich gerade mit anderen Dingen und ich bin nun der doofe der den Dreck am Haken hat

Vielen Dank schon mal für Eure Mühen!

BG
Thorsten

[Sheep]

Hallo Thorsten

Willkommen im Forum

Grundsätzlich kann auch Streustrahlung gefährlich sein... muss aber nicht
Kommt natürlich immer auf die Leistung an die im Auge noch ankommt... müsste man also messen.

Laser im Haushalt sind grundsätzlich kein Problem sofern das Gerät alle Anforderungen der Laserklasse 1 erfüllt... siehe DVD, Blueray usw.
Ein Problem sehe ich eher wenn mal das Glas bricht dann liegt evtl. die Diode frei und die ist dann je nach Leistung gefährlich bis extrem gefährlich!

Dem gleichen Problem unterliegen auch die Laserscheinwerfer für Autos... machbar aber was passiert bei einem Unfall

Gruss Sheep

[isophoton]

Hallo Sheep.

Danke für´s Willkommen heißen und Deine Antwort.
Wieviel an Streustrahlung austritt und ob diese dann noch gefährlich werden kann, müssen wir schauen wenn ein Prototyp fertiggestellt ist. Muss ja dann vermutlich eher unter Laborbedingungen getestet werden.
An Bruch des Glases haben wir auch schon gedacht und somit muss die Streulinse direkt mit Lasergehäuse sitzen, damit auch nachträglich kein gebündeltes Licht austreten kann.

Das ist echt ein schwieriges Thema, da die Leute die sich damit beschäftigt haben, natürlich einen Teufel tun und Ihre Tricks verraten. Allerdings haben wir vielleicht einen großen deutschen Hersteller mit im Boot, der in dem Bereich mehr Erfahrungen hat und sehr an einer Lösung des Problems interessiert zu sein scheint.

Schön, entwickelt sich schneller als gedacht, mal schauen ob auch mit Erfolg

BG

[vakuum]

Wenn Du direkt das Laserlicht zum beleuchten nehmen willst ist das sicherheitstechnisch nicht so einfach. Auch eine Streulinse direkt an der Laserdiode verhindert eine zu starke Bestrahlung nicht unbedingt.
Der Aufbau muss einfach so gebaut sein dass Laserklasse 1 immer eingehalten ist.

In der Fahrzeugindustrie sieht das etwas anders aus. Da werden die Laser nicht als direkte Lichtquelle genutzt sondern sie regen eine Phosphor Schicht zum leuchten an die Gefährlichkeit des Lasers wird dadurch massiv abgeschwächt und das Leuchtmittel geht in Richtung Gefährlichkeit wie eine LED.

[VDX]

... ich würde hierfür eine Beleuchtung mit Faserbündeln aufbauen - einfach ein Bündel aus mehreren Kunststoff-Lichtleitfasern mit einem auf den Faserbündeldurchmessere aufgeweiteten Laserstrahl ausleuchten -- die emittierenden Faserenden sind dann je nach Energiedichte in etwa wie Hochleistungs-LED's zu bewerten

Viktor

[Sheep]

Hallo

Ich nochmal...
Ich finde das ein interessantes Projekt das mich gerade etwas beschäftigt

Ich überlege gerade ob es eine Möglichkeit gäbe die Versorgungsleitungen der Laserdiode ins Glas ein zu giessen (ganz feine Kupferdrähte).
Dann würde im Fall eines Glasbruchs die Versorgungsleitung gekappt werden und die Diode wäre aus und somit ungefährlich
Bleibt natürlich zu klären ob das zulässig wäre und ob die Kupferdrähte optisch nicht störend auffallen.

Gruss Sheep

[ekkard]

Sorry, das Ganze klingt nach "Stochern im Nebel".

Laserstrahlung ist nur dann gefährlich, wenn der kollimierte Strahl zwischen UV-A bis IR-A ins Auge fällt und von der Augenlinse auf die Netzhaut fokussiert wird. Diese Bedingung erfüllt eine Laserdiode nur, wenn die Frontlinse entfernt wird. Das aber bedeutet: Willkürlichen Aus-(einander)bau und Betrieb, mithin nicht-bestimmungsgemäßer Gebrauch. Eine wie immer geartete Decken- oder Raumbeleuchtung mit Laserstrahlung kann man so gestalten, dass Fokussierung nicht mehr möglich ist. (In einem anderen Beitrag wurde die Entsprechung zur Laserklasse 1 erörtert). Es gibt eine Norm für künstliche Beleuchtung: DIN EN 62471 "Photobiologische Sicherheit von Lampen und Lampensystemen". Dort sind auch Prüfbedingungen und Berechnungsverfahren enthalten, die zeigen, wie man vorgehen muss bzw. wie man eine "Lampe" sicher hinkriegt.

[JETS]

Warum soll der Anwendungsfall nicht auch mit led zu lösen sein ¿

[Sheep]

Guten Morgen

Diese Bedingung erfüllt eine Laserdiode nur, wenn die Frontlinse entfernt wird.

Was meinst du mit Frontlinse? Kapier ich nicht ganz... lasse mich aber gerne belehren

Ich ging von einer nackten 1W Laserdiode aus (kein Lasermodul mit Kollimationsoptik) die mit einer Streulinse ausgestattet wird die die Strahlung horizontal auf 90° und vertikal auf 5° aufweitet (siehe erste Frage von Isophoton).
Da wirst du mir doch recht geben, dass diese Diode trotz Streulinse im Fall eines Glasbruchs sehr gefährlich werden kann (zumindest aus kleiner Distanz)?

Gruss und schönen Tag euch allen
Sheep

[isophoton]

Uih, hier ist ja richtig was passiert

Guten Morgen und vielen Dank für die rege Beteiligung.
Nu muss ich mich hier erstmal durcharbeiten...

@Vakuum: Fahrzeugindustrie = Genau . Pssst.....

@ VDX: ...über Lichtfaser wird sich die Idee nur schwer umsetzen lassen, da der Austrittswinkel des Lichts in bzw. auf die Glaskante eine sehr wichtige Rolle spielt.

@ Sheep: Ja, das ist wirklich Interessant, aber auch nicht ganz ohne. Man stellt doch immer wieder schnell fest wo die physikalischen Grenzen liegen die es zu verbiegen gilt .
Deine Idee ist gar nicht schlecht und wäre sogar umsetzbar. Da denk ich mal drüber nach...

@Ekkard: Wenn Sheeps Idee funktioniert, hat man ja gleich einen Baustein der das ausschließen kann...

@JETS: Da haben wir viel rumprobiert. Die Streuung einer LED ist grundsätzlich zu groß, mit einer Linse lässt sich das zwar in Grenzen schieben und wir haben auch schon spezielle anfertigen lassen, aber die Leistung reicht zumeist nicht aus. Noch dazu werden High Power LEDs einfach zu heiß und müssen mit zu großen Kühlkörpern gekühlt werden. Das Endprodukt das wir uns vorstellen, soll aber äusserst Kompakt werden und die heutige Bauform von LED Leuchtmitteln erheblich unterschreiten. Bzw. soll in Standardprodukten nur eine Laserdiode "arbeiten", das ist mit nur einer oder drei LEDs nicht zu realisieren.
Das Ergebnis war zumeist eine hübsche Dekobeleuchtung, aber weit entfernt von einem Leuchtkörper.

Vielen Dank für Euer Interesse, bin weiterhin sehr gespannt

BG
Thorsten

[VDX]

...
@ VDX: ...über Lichtfaser wird sich die Idee nur schwer umsetzen lassen, da der Austrittswinkel des Lichts in bzw. auf die Glaskante eine sehr wichtige Rolle spielt.

... ich habe bei sowas die Faserenden entweder mit Optik-Kleber direkt auf die Oberfläche auf- oder in eine Bohrung eingeklebt ... bei Objekten, wo es diffus beleuchtet werden sollte, auch mal mit etwas Abstand und einer Linsenraster-Folie oder -Glasplättchen, damit das Licht besser verteilt und 'homogenisiert' wurde

Viktor

[ekkard]

Diese Bedingung erfüllt eine Laserdiode nur, wenn die Frontlinse entfernt wird.

Was meinst du mit Frontlinse? ... Ich ging von einer nackten 1W Laserdiode aus (kein Lasermodul mit Kollimationsoptik) die mit einer Streulinse ausgestattet wird die die Strahlung horizontal auf 90° und vertikal auf 5° aufweitet ...

Mein Fehler! In Ordnung, so geht es auch. Das Wesentliche sind die Prüfbedingungen der Lampen-Norm. Da muss man nur für ausreichend Aufweitung sorgen. Man kann noch ein Übriges tun und die scheinbare Fläche der Laserdiode vergrößern. Es kommt bei Beleuchtungsaufgaben nicht auf eine möglichst punktförmige Quelle an. Mehr dazu auf Nachfrage.

Da wirst du mir doch recht geben, dass diese Diode trotz Streulinse im Fall eines Glasbruchs sehr gefährlich werden kann (zumindest aus kleiner Distanz)?

Kann es denn überhaupt - ohne Werkzeug und ohne bewusste Gewalteinwirkung - zum Glasbruch kommen? Herunterfallen gilt nicht. In dem Falle MUSS ausgeschaltet werden. Wenn es denn nicht anders zu lösen ist, könnte man diesen Fall überwachen. Es gibt doch z. B. auch UV-Filter an HQI-Lampen. Wenn die brechen, muss man sie ausschalten, weil man sich anderenfalls einen kräftigen Sonnenbrand holt. Gleichwohl sind diese Lampen zugelassen. Ich denke, an einer Normkonformitätsprüfung kommt Ihr nicht vorbei. Das ist nichts für eine unverbindliche Erörterung hier im Forum. Jedenfalls sehe ich Lösungsmöglichkeiten ...

[JETS]

hmm, dann habe ich Deinen Anwendungsfall falsch verstanden, dachte Du willst von unten oder Seitlich in einen Glaskörper leuchten und möchtest dass das ganze dann gleichmäßig abstrahlt.
Hatte sowas mal gebastelt, aber musste die Leistung der LEDs extrem drosseln, weil das sonnst eher eine Beleuchtung als ein Dekoobjekt geworden wäre.
Warum eine z.B. 3W LED dunkler sein soll als eine 1W Laserdiode hat sich mir auch noch nicht ganz erschlossen.

[Sheep]

Hallo

@Ekkard

Kann es denn überhaupt - ohne Werkzeug und ohne bewusste Gewalteinwirkung - zum Glasbruch kommen? Herunterfallen gilt nicht.

Du und ich glaube auch noch Andere haben die Frage oder besser gesagt das Ziel nicht richtig verstanden.
Es geht nicht um eine Leuchte in Form einer Lampe und es geht auch nicht darum ein Glastablar zu Dekorationszwecken auszuleuchten.

Es geht um eine Raumbeleuchtung in Form von grossen Glaspanelen (wahrscheinlich ca. 1m x 2m) welche an Wand oder Decke montiert werden.
Auch der Einsatz als Raumteiler währe denkbar oder als unterbauleuchte in Küchen und, und, und....
Das Glas (so nehme ich an) wird mit Phosphorpartikeln versetzt so das durch die Bestrahlung mit den blauen Laserdioden die ganze Scheibe homogen weiss leuchtet mit wahrscheinlich mehreren 100 Lumen pro m2.

Jetzt schreib ich schon wie wenn ich die Leuchtkörper entwickeln würde
Sorry Thorsten... korrigiere einfach alles was ich falsch interpretiert oder angenommen habe

Gruss Sheep

[VDX]

... egel wie, für Fluoreszenz würde ich 405nm-LED's verwenden, statt Laserdioden - ich habe z.B. einige 9W-LED's (otisch, 21A Strom!) mit einem 6x6mm Emitter da, die sich wunderbar eignen, um Fluoreszenz anzuregen

Viktor

[isophoton]

Chapeau und Applaus!

Sheep, du hast genau verstanden worum es geht, fast schon ein wenig beängstigend
Fassadenbeleuchtung ist hierbei auch noch ein großes Thema.

Aber... Wenn alles klappt das in unseren Hirnen herum schwirrt, ist es auch Ziel ein neues "Glühlampen" Konzept zu entwickeln. Das dann als Ersatz für E27 / E14 gedacht ist.
Wir ziehen nur gerade das Pferd von hinten auf und kümmern uns erstmal um das große grobe, bevor es in den Konsumer - Wohnraumbereich geht

[isophoton]

@VDX: Das haben wir bisher auch, sind da aber so ziemlich am Ende der Fahnenstange angekommen. D.h. wir bekommen ca. 1600 mm mit einseitiger Einspeisung einigermassen homogen beleuchtet, aber eben auch nur einigermassen. Und wie gesagt, ein großes Manko ist die Kühlung der ganzen Geschichte. Das haben wir auch schon mit Wasserkühlung versucht. Das schien uns aber zu anfällig, denn... Man stelle sich vor in einer Fassade geht so ne Kühlung mal kaputt und der ganze Kram müsste dafür wieder ausgebaut werden.... Priceless!

Es gibt noch eine ganze Menge mehr an Anwendungen, bei denen es sinnvoller wäre einen relativ gerichteten Lichtstrom auf ein bestimmtes Objekt (Logo, oder was auch immer) zu bekommen. Ohne grossartig, teilweise auch störende, Streuung, oder austritt des Lichts über die Glaskanten. Die leuchten immer besonders schön .

Wobei der große Vorteil hier natürlich in der "Ungefährlichkeit" besteht!

Mal schauen, die ersten Test stehen bald an. Die ersten BlueRay Laser sind zum testen bestellt. Ich werde auf jeden Fall mal berichten wie wir vorwärts kommen und ob das überhaupt Sinn macht .

Ich habe mal ein Beispiel angehängt, diese Scheibe ist 3200 x 1000mm groß und wurde von den kurzen Seiten mit LEDs beleuchtet. Das war einer unserer ersten Versuche, schon recht annehmbar.
Die gelaserte Fläche dürfte so 2500 x 800mm sein. Wie immer kam die Handykamera mit der Kombination LED blau und Pseudoweiß nicht so ganz klar. Im Original sieht das "besser" aus
Auch sind wir durch einen besseren Farbstoff bei mittlerweile sehr angenehmen Weiß gelandet, das kaum noch diese Blauanteile besitzt.

Alles noch in Kinderschuhen. Aber ich mach mir immer weniger Sorgen, dass das evtl. austretende Laserlicht zu großen Problemen führen könnte....

BG
Thorsten

3200x1000_9.jpg

[VDX]

Hi Thorsten,

... schau dir für sowas evtl. mal die Hintergrundbeleuchtung von LCD-Displays and -- evtl. auch interessant sind die Konzepte für Plasma-Diplays, bei denen pro 'Pixel' einzelne, senkrecht stehende cnt's (Carbon-Nanoröhrchen) als Niederspannungs-Kathoden in kleinen evakuierten Kammern Elektronen auf einen Leuchtschirm geschossen haben ... sowas ginge auch mit Lichleitfasern, die von Hinten eingebracht zunächst auf einen Diffusor/Streukörper leuchten, der das dann lokal gleichmäßig auf die Vorderfläche verteilt

Viktor

[ekkard]

Kleiner Irrtum: Alles, was leuchten kann, nennt man in der Lichttechnik "Lampen", egal, welche Form. Glaspaneele mit LED oder Laserdiode(n) und Halterung, heißen "Leuchten". Nun ist es so, dass man mehrere Bauteile z. B. eine Laserdiode mit einem Glaspaneel verbinden kann, was aber noch keine fertige Leuchte darstellt, dann ist auch das eine "Lampe". Gelegentlich wird eine Lampe auch als Leuchtmittel bezeichnet, insbesondere bei komplexen Lampen in großen Beleuchtungsanlagen (Lichtfluter).

Deswegen war ich der Ansicht, dass die Laserdiode so "integriert" werden kann, dass ein freies Strahlen in den Raum immer verhindert wird. Es ist doch selbstverständlich, dass bei einem Bruch - z. B. einer Glühlampe - diese von der Stromzufuhr getrennt wird, ehe jemand die elektrischen Teile berührt.

[Sheep]

Morgen

Ob das ein Lampe, eine Leuchte, ein Leuchtkörper oder einfach eine Funzel ist, ist sekundär und hilft bei der Lösungsfindung nur bedingt.

Deswegen war ich der Ansicht, dass die Laserdiode so "integriert" werden kann, dass ein freies Strahlen in den Raum immer verhindert wird.

Ja das muss natürlich so sein solange das Glas heil ist (Anforderungen der Laserklasse 1).
Aber eine so grosse Glasscheibe (1mx3.2m) die an einer Wand hängt und bis zum Boden reicht kann auch mal brechen wenn z.Bsp. jemand mit dem Auto dagegen fährt (Fassadenbeleuchtung).
Dann kann es im ungünstigsten Fall passieren dass die Diode (1W @ 445nm) frei liegt und gefährliche Strahlung austreten kann.
Für dieses Problem werden Lösungen gesucht.

Es ist doch selbstverständlich, dass bei einem Bruch - z. B. einer Glühlampe - diese von der Stromzufuhr getrennt wird, ehe jemand die elektrischen Teile berührt.

Da Laserdioden mit 5V-12V betrieben werden wird das kaum ein Problem darstellen.

Es geht Thorsten wirklich nur darum ob die Streustrahlung welche im Normalbetrieb aus der (noch heilen) Glasplatte austritt gefährlich sein kann... was man natürlich auf Grund von fehlenden Informationen nicht so einfach beantworten kann.
Dies muss logischerweise in einem Labor mit entsprechenden Messgeräten abgeklärt werden.

Also können wir ihm eigentlich nur noch beim Glasbruchproblem und bei der homogenen Lichtverteilung in der Glasscheibe helfen.

Gruss Sheep

[Sheep]

Kleiner Zusatz:
Die 445nm Laserdiode könnte sogar bis zu 3.5W haben:
https://sites.google.com/site/dtrlpf/_/ ... DB7A75.png

[VDX]

... ich habe eine von den 3.5W-Dioden gerade zum Testen/Einfahren da und habe sie auch mit höheren Strömen/Leistungen ausprobiert - das geht bis knapp 4.5W bei 3.5A, dann erzeugt sie aber schon mehr Hitze, als mit 'normaler' Kühlung abgeführt werden kann

Andere kombinieren mehrere 2W-Dioden für 10W - 20W Augangsleistung

Viktor

[Sheep]

Andere kombinieren mehrere 2W-Dioden für 10W - 20W Augangsleistung

Die Glasscheibe soll nur Leuchten... nicht schmelzen

[Sheep]

Aber ich mach mir immer weniger Sorgen, dass das evtl. austretende Laserlicht zu großen Problemen führen könnte....

Wenn ich das richtig sehe im Bild, dann tritt vor allem an den Kanten ein Rest der blauen Strahlung aus. (Oder sind das Reflektionen?)
Diese seitliche Strahlung sieht ziemlich stark aus (auch wenn man das anhand eines Bildes eigentlich nicht beurteilen kann) aber das könnte man ja relativ einfach unterbinden.

Ansonsten sieht es doch schon ziemlich nach dem aus was es werden soll Kompliment!

Gruss Sheep

[isophoton]

So. Uff! Ein paar Tage Wochenendstress

Leider sind die Laserdioden noch nicht angekommen, also noch keine Tests. Is mir im Moment aber auch recht

Ja. das Streulicht über die Kanten ist ziemlich stark, aber wie du ja schon sagtest, ist das eher leicht zu beheben.

Ich denke Tests mit 3,5W unterlassen wir vorerst, klingt aber für später nach´nem Plan. Zum Glasschmelzen habe ich ja meine anderen beiden Laser

Hoffe es gibt diese Woche noch ein zeigbares Ergebnis, schaun mer mal...

BG
Thorsten