Sicherheitstechnik

Bestrahlung eines Schutzwandelements aus lackiertem Baustahl (Dicke 2 mm) mit Nd:YAG-Laserstrahlung (Wellenlänge 1.064 nm, Leistung 4 kW, Strahldurchmesser auf der Wand 45 mm). Abbildungen während (links) und unmittelbar nach der Bestrahlung (rechts). Der Durchbruch erfolgte nach ca. 10 Sekunden.

Gas- und partikelförmige Emissionen bei der Lasermaterialbearbeitung.

Handgeführter Laserschneidprozess (links), mit dem Laser bestrahlter konventioneller Schutzhandschuh (rechts oben) und Verletzung eines Fingers durch unbeabsichtigte Laserbestrahlung (rechts unten)

Prinzipskizze eines Laboraufbaus zur Unkrautbekämpfung mit dem Laser. Die Bildverarbeitung erkennt das Unkraut und lenkt den Laserstrahl darauf.

In der Gruppe Sicherheitstechnik (SHT) innerhalb der Abteilung WP werden wissenschaftliche und technische Fragestellungen im Zusammenhang mit den Gefahren behandelt, welche durch Laserstrahlung hervorgerufen werden können. Betrachtet werden in erster Linie die Gefährdungen von Menschen bei der Arbeit mit Laserstrahlung, aber auch die Gefährdung der Umwelt durch Prozessnebenprodukte.

Man unterscheidet ein primäres und ein sekundäres Gefährdungspotenzial beim Umgang mit Laserstrahlung:

Primär: Gefährdung durch Wechselwirkung von organischem Gewebe mit direkter, reflektierter oder gestreuter Laserstrahlung
Sekundär: direkte Gefährdung durch die bauartbedingten Besonderheiten des Lasersystems (elektrische Anschlüsse, Lasergase, anregende Strahlung etc.) bzw. indirekte Gefährdung durch anwendungsspezifische Gegebenheiten (aus der Prozesszone emittierte Gefahrstoffe, Sekundärstrahlung, Brandentstehung durch Wechselwirkung mit brennbaren Stoffen etc.)

Siehe dazu auch die Datenbank Lasersicherheit.

Arbeitsschwerpunkte

Aus den möglichen Gefährdungen beim Umgang mit Laserstrahlung ergeben sich die Arbeitsschwerpunkte der Gruppe Sicherheitstechnik:

Primäre Gefährdungen
- F&E im Bereich persönlicher Schutzausrüstung (PSA) zum Schutz vor Laserstrahlung, z.B. bei der handgeführten Lasermaterialbearbeitung
- Orientierende Messung der zugänglichen Strahlung an Laserbearbeitungssystemen gegen die entsprechenden Grenzwerte (GZS) zur Vorbereitung von Laserklassifizierungen gemäß DIN EN 60825-1
- Orientierende Messung/Berechnung von Bestrahlungsstärken an Laserbearbeitungssystemen gegen die entsprechenden MZB-Werte (DIN EN 60825-1)
- Beratung zur Umsetzung von Maßnahmen zum Schutz gegen Laserstrahlung
- Vorbereitung von Gefährdungsanalysen an Laser-Produktionsanlagen (DIN EN ISO 14121-1)
- Bestrahlungsversuche und orientierende Messungen (VMB/SGB) an Werkstoffen für Abschirmungen an Laserarbeitsplätzen (DIN EN 12254) bzw. für Laserschutzwände (DIN EN 60825-4)
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Sekundäre Gefährdungen
- Emissionsprognosen zur Bestimmung von Leitkomponenten (TRGS 402)
- Emissionscharakterisierungen (BImSchG / TA Luft)
- Arbeitsbereichsanalysen (TRGS 402)
- Beratung bzgl. Erfassung und Filtration (TA Luft), Umgang mit Abfällen (EAK)
- Beratung zur Handhabung von Schweiß- und Schneidrauchen, siehe dazu die Datenbank Lasersicherheit
- Qualifizierung von Filtern und persönlicher Atemschutzausrüstung
- Experimente hinsichtlich Brand- und Explosionsschutz bei der Erfassung von Prozessemissionen (Atex-Richtlinie)

Aktuelle Forschungsprojekte

EU-Projekt: Intelligente persönliche Schutzkleidung für die Anwendung mit handgeführten Laserbearbeitungssystemen hoher Leistung (PROSYS-Laser)

Seit Dezember 2009 gibt es ein europäisches Forschungsprojekt im 7. Rahmenprogramm zur Entwicklung von innovativer passiver und aktiver PSA für die Haut bei der handgeführten Lasermaterialbearbeitung. Das Konsortium besteht aus 13 Partnern, wovon 9 kleine und mittlere Unternehmen und 3 Forschungseinrichtungen sind. Das LZH hat dabei abgesehen von den wissenschaftlichen Aufgaben im Zusammenhang mit der Lasertechnik die Funktion des Koordinators.

Die Ziele in diesem Forschungsprojekt sind neben der Minimierung der Gefahren für den Anwender der handgeführten Lasersysteme durch die entwickelten PSA-Systeme für die Haut die Förderung der Verbreitung handgeführter Lasersysteme mit hoher Leistung und Strahlqualität durch die Bereitstellung geeigneter PSA bei akzeptablen Kosten, die Eröffnung neuer Marktsegmente für High-Performance-PSA sowie die Leistung von Beiträgen zur Standardisierung der PSA und der damit verbundenen Testverfahren im Hinblick auf die Schutzwirkung.

Die angestrebten Entwicklungen beruhen auf passiven Mehrlagen-Systemen aus technischen Textilien mit hohem Widerstand gegen einfallende Laserstrahlung sowie auf entsprechenden aktiven Systemen, die eine geeignete Sensorik zur Detektion der Laserstrahlung enthalten, mit deren Hilfe sich die Laserstrahlung bei unbeabsichtigter Bestrahlung sicher abschalten lässt. Darüber hinaus sollen Testverfahren sowie entsprechende Systeme entwickelt werden, um die entwickelten textilen Mehrlagensysteme bzw. die PSA-Prototypen auf ihre Eignung bzw. Schutzwirkung zu prüfen.

Eine Internetseite zu dem Projekt (www.prosyslaser.eu) wird derzeit aufgebaut.

DFG-Projekt: Untersuchungen zur Laserlichtwirkung auf der Basis von Bildanalysen auf juvenile Pflanzen zur Unkrautregulierung (Laserjäten)

Neben den aufgeführten Arbeitsschwerpunkten im Bereich der Lasersicherheit werden in der Gruppe SHT Forschungsprojekte zur Wechselwirkung von Laserstrahlung mit lebenden Pflanzen durchgeführt. So hat im Februar 2010 ein Projekt zur nichtchemischen Unkrautbekämpfung mittels Laserstrahlung begonnen. Es handelt sich dabei um ein von der DFG gefördertes Forschungsprojekt.

Ziel des Vorhabens ist es, in einem interdisziplinären Forschungsansatz zwischen Biosystemtechnikern und Lasertechnikern grundlegende Fragen der Laserapplikation zum Unkrautmanagement in gartenbaulichen Intensivkulturen zu beantworten. Dazu soll ein Schädigungsmodell (Dosis-Wirkungsmodell) entwickelt werden, mit dem die Laserwirkung in Abhängigkeit von technischen und pflanzenbaulichen Parametern (Laserleistung, -wellenlänge, -energie, -strahlform, Pflanzenart und -wachstumsstadium) auf monokotyle und dikotyle Unkräuter beschrieben werden kann.

Ein zentraler Punkt des Projektes ist die Weiterentwicklung von Bildanalysealgorithmen, die Unkrautpflanzen auf einer beliebigen Fläche erkennen und die Zielpunkte innerhalb der Pflanzen für den Einsatz einer Laserbehandlung zur Unkrautregulierung bestimmen. Die Zielpunkte sollen in eine Lasersteuerung integriert werden, außerdem soll eine Trefferkontrolle ermöglicht werden. Die entwickelten Algorithmen und Steuerungen sollen in Experimenten getestet und bewertet werden.