Augenschutz bei der Arbeit mit Lasern

In letzter Zeit nimmt der Einsatz von Lasern in vielen Bereichen zu, darunter auch in Heimwerkstätten und bei verschiedenen Hobbyaktivitäten. Die Verfügbarkeit kostengünstiger, leistungsstarker Laser aus asiatischer Produktion geht jedoch nicht mit den erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen einher. Dadurch setzen sich Anwender manchmal unwissentlich dem Risiko irreparabler Gesundheitsschäden aus.

Ein wesentlicher Bestandteil des sicheren Umgangs mit Lasern und Lasergeräten im Allgemeinen ist ein hochwertiger Augenschutz.

Obwohl der Anwender in der Regel nicht direkt der Laserstrahlung ausgesetzt ist, können auch Reflexionen von verschiedenen Oberflächen gefährlich sein, die bei hochreflektierenden Materialien bis zu 90 % der einfallenden Leistung ausmachen können. Das menschliche Auge verfügt über einen natürlichen Schutz in Form des sogenannten „Blinzreflexes“ – bei starker Bestrahlung schließen wir automatisch die Augen. Dieser Reflex verhindert jedoch keine dauerhaften Schäden, wenn die Leistung der einfallenden Strahlung hoch ist (> 1 mW) oder wenn es sich um Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums handelt (z. B. Infrarotlaser). In einem solchen Fall kommen Schutzbrillen, Schutzschilde, Schutzscheiben usw. zum Einsatz.

Die Wahl des geeigneten Schutzes hängt von den Parametern des verwendeten Lasers ab, wie Wellenlänge, Leistung, Strahldurchmesser oder Betriebsart (gepulst / kontinuierlich). Alle Schutzausrüstungen müssen dabei die unter den Bezeichnungen ČSN EN 207 und 208 bekannten europäischen Normen erfüllen. Nur Produkte, die diese Normen erfüllen, dürfen daher als zertifiziert gekennzeichnet werden.

Im OptiXs-Labor haben wir die Bedeutung der Zertifizierung in Versuchen mit einem kostengünstigen Infrarot-Faser-Markierlaser mit einer maximalen Leistung von 20 W getestet. Die Ausgangsleistung haben wir mit einem hochwertigen, kalibrierten Lichtleistungsmessgerät gemessen. Wir haben verglichen, welchen Schutz drei Arten von Schutzbrillen bieten können, die theoretisch für die verwendete Laserwellenlänge von 1064 nm geeignet sein sollten. In zwei Fällen handelte es sich um Brillen, die die Strahlung absorbierten (Absorptionsbrillen), und in einem Fall um Brillen, die die Strahlung reflektierten (Reflexionsbrillen). Allerdings waren nur eine davon – die von uns vertriebenen Univet-Brillen – zertifiziert. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die getesteten Brillen:

Tab. 1: Übersicht über die getesteten Schutzbrillen

Bei den Schutzbrillen haben wir zwei grundlegende Eigenschaften getestet – die Transmission (Durchlässigkeit) für die verwendete Wellenlänge bei kurzer (~ 1 s) Bestrahlung und das Verhalten bei längerer (20 s) Bestrahlung. Damit haben wir zwei häufige Situationen simuliert, in denen es zu einer Schädigung des Auges des Benutzers kommen kann – nämlich einen kurzen Lichtblitz beim Umgang mit einem Lasergerät und eine längere Bestrahlung mit Licht, vor dem uns der Blinkreflex nicht schützt.

Der erste Test ergab eine sehr bemerkenswerte Tatsache: Die direkt mit dem Markierungslaser gelieferten Schutzbrillen (d. h. nicht zertifizierte Absorptionsbrillen) lassen bei einer Wellenlänge von 1064 nm etwa 35 % der einfallenden Leistung durch! Zertifizierte Absorptionsbrillen und nicht zertifizierte Reflexionsbrillen ließen hingegen (im Rahmen der Messgenauigkeit) keine nachweisbare Leistung durch.

Detailliertere Informationen zu den Eigenschaften der Schutzbrillen lieferten uns dann Messungen bei längerer Bestrahlung. Hier führten wir Messungen für verschiedene Laserleistungsstufen von 1 bis 20 W durch. Die Menge der während der gesamten 20 Sekunden durchgelassenen Strahlung haben wir mit einem unter den Schutzbrillen angebrachten Leistungsdetektor erfasst und gleichzeitig beobachtet, wie das Material der Schutzbrillen auf den Laser reagiert – siehe Foto des Versuchsaufbaus in Abb. 1. (Versuchsaufbau zur Prüfung von Schutzbrillen).

Die Ergebnisse unserer Messungen sind in den Diagrammen in Abb. 2 dargestellt, in denen die Messwerte bei einer Einstrahlungsleistung von 1 und 10 W verglichen werden. Betrachten wir zunächst das Verhalten nicht zertifizierter Absorptionsbrillen (in Abb. 2 blau dargestellt). Die Messung bei einer Leistung von 1 W bestätigt unsere vorherige Schlussfolgerung, dass diese Brille etwa 35 % der einfallenden Laserstrahlung durchlässt. Offenbar auch dank dieser relativ geringen Absorption zeigten die Brillen selbst nach 20 s keine Anzeichen einer Beschädigung. Anders verhielt es sich bereits bei der zehnfachen Leistung, bei der nach ca. 5 Sekunden eine Beschädigung der Brille einsetzte. Die erhöhte Streuung am geschmolzenen Glas reduzierte paradoxerweise die Menge der durchgelassenen Leistung auf bis zu ca. 5 %, doch auch dies ist immer noch ein unannehmbar hoher Wert.

Zertifizierte Absorptionsbrillen sowie nicht zertifizierte Reflexionsbrillen ließen dagegen eine scheinbar vernachlässigbare Leistungsmenge durch, die im Vergleich zu den nicht zertifizierten Absorptionsbrillen in den Diagrammen in Abb. 2 als konstante Null erscheint. Ein genauerer Blick auf diese Daten (die in schwarzen Rahmen eingefügten Diagramme) offenbart jedoch auch hier gewisse Unterschiede. Die nicht zertifizierten Reflexionsbrillen ließen bei niedrigerer Leistung praktisch keine Strahlung durch, bei höherer Leistung war jedoch von Beginn an eine Transmission von ca. 0,12 % messbar. Dies entspricht bei einer Eingangsleistung von 10 W einer Durchlassleistung von ca. 12 mW, also weit über dem Sicherheitsgrenzwert. All dies ohne sichtbare Anzeichen einer Beschädigung. Auch diese Brille kann daher nicht für den Einsatz mit einem Markierungslaser empfohlen werden.

Am besten schnitten in unserem Test die zertifizierten Absorptionsbrillen von Univet ab. Unabhängig von der verwendeten Leistung hielten sie die ersten 5 Sekunden ohne messbare Durchlässigkeit stand. Aufgrund der hohen Absorption kam es bei diesen Schutzbrillen jedoch praktisch sofort zu sichtbaren Beschädigungen, die nach Ablauf von 5 s auch zu einer leicht erhöhten Durchlässigkeit der einfallenden Strahlung führten (etwa auf dem Niveau nicht zertifizierter reflektierender Schutzbrillen). Der beobachtete Anfangszeitraum von 5 Sekunden ist hier kein Zufall – genau diese Zeit müssen Schutzbrillen gemäß den oben genannten Normen der Einwirkung eines kontinuierlich arbeitenden Lasers standhalten (als den kann für die Zwecke unserer Experimente auch der von uns verwendete Schreiblaser angesehen werden). Auch aus diesem Grund ist die 5-Sekunden-Marke in den Diagrammen in Abb. 2 durch eine unterbrochene rote Linie hervorgehoben.

Abb. 2: Zeitlicher Verlauf der durchgelassenen Leistung bei drei getesteten Schutzbrillenmodellen für zwei Stufen der Eingangsleistung des Markierungslasers (1 und 10 W)

Das Fazit unseres Tests ist somit recht eindeutig: Nur ordnungsgemäß zertifizierte Schutzbrillen bieten sicheren Schutz. Denn nur diese hielten der Laserstrahlung über die vorgeschriebene Zeit stand, die dem Benutzer genügend Zeit gibt, um dem einfallenden Strahl auszuweichen. Sichtbare Schäden, die bereits in den ersten Augenblicken und selbst bei geringer Leistung an der Oberfläche der Schutzbrillen entstehen, warnen den Benutzer zudem ausreichend – siehe auch die Fotos der betroffenen Stellen an den zertifizierten Schutzbrillen in Abb. 3.

Keine der nicht zertifizierten Brillen entsprach den vorgeschriebenen Normen. Insbesondere bei Brillen, die direkt mit einem Markierungslaser geliefert werden, kann dies besonders gefährlich sein. Bei Schutzbrillen geht es zudem nicht nur um die Gläser selbst, sondern auch um die Konstruktion der Rahmen, die mindestens die gleiche Widerstandsfähigkeit wie die Gläser aufweisen müssen und auch vor Lasereinstrahlung aus großen Winkeln schützen sollten. Wie in Abb. 3 dargestellt, ist dieser Schutz bei nicht zertifizierten Spiegelbrillen nicht besonders gut gewährleistet.

Abb. 3: Darstellung der minderwertigen Rahmenkonstruktion nicht zertifizierter Sonnenbrillen (links), Beschädigung der Gläser zertifizierter Brillen nach 20 Sekunden Bestrahlung mit einem auf verschiedene Leistungsstufen eingestellten Laser (rechts).

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