DGUV Information 203-042 - Auswahl und Benutzung von Laser-Schutz- und Justierbr...

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Anhang 4, Beispiel für die Berechnung von Laser-Schutzbrille...
Anhang 4
Auswahl und Benutzung von Laser-Schutz- und Justierbrillen (bisher: BGI 5092)

Anhangteil

Titel: Auswahl und Benutzung von Laser-Schutz- und Justierbrillen (bisher: BGI 5092)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 203-042
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Anhang 4 – Beispiel für die Berechnung von Laser-Schutzbrillen

Für einen Laser mit einer Wellenlänge von 940 nm wird eine Laser-Schutzbrille benötigt. Der Laser wird mit Einzelimpulsen der Dauer von 10 µs und einer Impulswiederholfrequenz von 25 kHz gepulst. Die Einzelimpulsenergie beträgt 4 µJ. Der Laserhersteller gibt einen Durchmesser direkt am Strahlaustritt von d63 = 20 mm und einen Divergenzwinkel φ von 220 mrad an.

Anmerkung: Der Divergenzwinkel φ entspricht dem Öffnungswinkel Θ in 4.2.2.

Gegebene Größen:

λ= 940 nm 
d63= 20 mm= 0,02 m
φ= 220 mrad= 0,22 rad
t= 10 µs= 10 10-6 s
ν= 25 kHz= 25 103 Hz
Q= 4 µJ= 4 10-6 J

A4.1
Bestimmung der Laserart nach Tabelle 3

Gemäß der Impulsdauer von 1010-6 s und der Wellenlänge λ = 940 nm wird ein Impulslaser (I) als Laserart bestimmt.

A4.2
Bestimmung der Energiedichte des Einzelimpulses

A4.2.1
Bestimmung der Korrekturfaktoren

A4.2.1.1
Bestimmung des Korrekturfaktors kTi

Zur Bestimmung des Korrekturfaktors kTi wird bezüglich der Tabelle 3 der Zeitabstand zwischen zwei Impulsen δT und die Wellenlänge λ benötigt.

δT = 1/ν = 1/(25103 Hz) = 410-5 s

λ = 940 n m

Gemäß der Tabelle 3 sowie des Zeitabstands zwischen zwei Impulsen δT = 4 10-5 s und der Wellenlänge λ = 940 nm ergibt sich folgender Zusammenhang:

δT = 410-5 s > Ti = 1810-6 s

Deshalb kann der Korrekturfaktor kTi vernachlässigt werden kTi = 1.

A4.2.1.2
Bestimmung des Korrekturfaktors k

k = N1/4 = (ν10 s)1/4 = (25103 Hz10 s)1/4 = 22,36

A4.2.2
Bestimmung des Strahldurchmessers in einem Abstand von 10 cm (üblicher Beobachtungsabstand vom Auge zum Beachtungsobjekt):

r = 10 cm = 0,1 m

Für die Bestimmung des Strahldurchmessers kann folgende Formel herangezogen werden:

d63-10 = tan (φ/2) 2 r + d63-0 = tan (0,22 rad/2) 2 0,1 m + 0,02 m = 0,0421 m

Bild A4.1: Übersicht Strahlausbreitung

A4.2.3
Bestimmung der Energiedichte des Einzelimpulses

Die Strahlquerschnittsfläche entspricht einer Kreisfläche. Somit kann die Energiedichte des Einzelimpulses mittels der Formel für Kreisflächen bestimmt werden:

A = (d63-10/2)2 π = (0,0421 m/2)2 π = 1,39 10-3 m2

Somit ergibt sich für die Energiedichte des Einzelimpulses:

H = Q/A = 4 10-6 J/1,39 10-3 m2 = 2,87 .10-3 J/m2

A4.2.4
Bestimmung der korrigierten Energiedichte des Einzelimpulses

Die korrigierte Energiedichte des Einzelimpulses ergibt sich aus:

H = H . kTi k = 2,87. 10-3 J/m2 1 22,36 = 0,064 J/m2

A4.3
Bestimmung der Schutzstufe für den Impulsbetrieb

Gemäß der Tabelle 3 sowie der Wellenlänge λ = 940 nm, der Betriebsart I und der korrigierten Energiedichte des Einzelimpulses H' = 0,064 J/m2 ergibt sich die Schutzstufe:

I L2

A4.4
Bestimmung der Leistungsdichte für den Dauerstrichbetrieb

Die mittlere Leistung P errechnet sich aus:

P = Q ν = 4.10-6 J 25 103 Hz = 4 .10-6 Ws 25 .103 s = 0,1 W

Somit ergibt sich für die Leistungsdichte:

E = P/A = 100 103 W/1,39 10-3 m2 = 71,9 W/m2

A4.5
Bestimmung der Schutzstufe für den Dauerstrichbetrieb (D)

Gemäß der Tabelle 3 sowie der Wellenlänge λ = 940 nm, der Betriebsart D und der Leistungsdichte E = 71,9 W/m2 ergibt sich die Schutzstufe:

D L1

Ergebnis:

Die Laserschutzbrille muss für die Wellenlänge λ = 940 nm die Schutzstufen I: L2 und D: L1 aufweisen.