Welche Kühlung und Stromversorgung braucht ein Laserreinigungsgerät?

Die genannten Zahlen stammen aus Herstellerunterlagen einzelner Laserquellen, Geräte und Kühlaggregate und zeigen Größenordnungen — verbindlich sind die Angaben zum konkreten Gerät.

Wo es um elektrische Sicherheit und Prüfungen geht, ersetzt der Beitrag weder die Gefährdungsbeurteilung noch die Beratung durch eine Elektrofachkraft oder eine Rechtsberatung.

Warum die Klärung vor der Lieferung beginnt

Nach der Betriebssicherheitsverordnung beurteilt der Arbeitgeber vor der Verwendung von Arbeitsmitteln die auftretenden Gefährdungen. Nach § 3 Absatz 3 soll diese Gefährdungsbeurteilung bereits vor der Auswahl und der Beschaffung begonnen werden.

Hindernisse am Liefertag können auch in der Peripherie liegen:

• die Steckvorrichtung passt nicht zum Gerätestecker
• der Stromkreis ist für die Leistungsaufnahme nicht ausgelegt
• das vorgeschriebene Kühlmedium fehlt
• ein benötigter Druckluftanschluss ist nicht vorhanden

Luftkühlung: wenig Peripherie, klare Grenzen

Bei luftgekühlten Geräten wird die Abwärme der Laserquelle direkt an die Raumluft abgegeben. Kühlkreislauf, Kühlwasser und Frostschutz entfallen.

Herstellerunterlagen zeigen diese Bauart vor allem bei Lasern kleinerer Leistung. JPT bietet etwa eine luftgekühlte gepulste Faserlaserquelle mit 200 und 300 Watt für die Reinigung an, die kein externes Kühlgerät benötigt, und nennt einen Betriebstemperaturbereich von 0 bis 40 °C. Bei Clean-Lasersysteme sind die Low-Power-Systeme mit 12 bis 100 Watt als luftgekühlt beschrieben. Für die Mid-Power-Systeme von 150 bis 600 Watt nennt die Produktübersicht Luft- oder Wasserkühlung, bei Luftkühlung mit niedrigerer zulässiger Umgebungstemperatur (36 statt 40 °C). Eine feste Wattgrenze zwischen beiden Bauarten gibt es also nicht.

Die Abwärme bleibt jedoch im Raum, und auch hier gilt ein zulässiger Temperaturbereich.

Bei Beamlux ist der tragbare BL Portable Pulse luftgekühlt und kann mit Akku betrieben werden. Für Arbeiten ohne Netzanschluss entfällt damit die Frage nach der Steckdose — Einsatzdauer und Ladezeiten sollten dann vorab mit den Gerätedaten abgeglichen werden.

Wasserkühlung mit Kühlaggregat

In den herangezogenen Unterlagen zu handgeführten Dauerstrichgeräten und Laserquellen im Kilowattbereich ist Wasserkühlung vorgesehen. Ein Kühlaggregat — auch Chiller oder Rückkühler genannt — pumpt Wasser im geschlossenen Kreislauf durch die Laserquelle und je nach Aufbau durch weitere Komponenten und gibt die Wärme an die Raumluft ab.

Wie viel Kühlleistung nötig ist, hängt von der Laserleistung ab. Raycus nennt für seine Dauerstrich-Faserlaserquellen mehr als 5.000 Watt Kühlleistung bei 2.000 Watt Laserleistung und mehr als 15.000 Watt bei 6.000 Watt; die Kühlwassertemperatur ist mit 22 ± 1 °C vorgegeben. Das Aggregat muss also deutlich mehr Wärme abführen, als der Laser als Strahlung abgibt.

Bei Beamlux sind das BL CW 2000 und das BL Laserschweißgerät wassergekühlt. Für sie kommen Kühlmedium, Frostschutz und Taupunkt als Planungspunkte hinzu.

Kühlwasser, Frost und längere Pausen

Welche Flüssigkeit in den Kreislauf gehört, legt der Hersteller fest. Die herangezogenen Anleitungen nennen gereinigtes, destilliertes oder entionisiertes Wasser. Die Anleitung des Kühlgeräts TEYU CW-5000/5200 schließt Flüssigkeiten mit Feststoffen oder korrosiven Bestandteilen aus und schlägt einen Wasserwechsel etwa alle drei Monate vor.

Wird das befüllte Kühlgerät bei unter 2 °C gelagert, verlangt dieselbe Anleitung einen Frostschutzzusatz; empfohlen wird ein Mittel auf Ethylen- oder Propylenglykolbasis mit höchstens 30 Prozent. Raycus schreibt für Umgebungstemperaturen zwischen −10 und 0 °C eine Ethanollösung mit 30 Volumenprozent vor und darunter ein Kühlgerät mit Heizfunktion im ununterbrochenen Betrieb. Die Vorgaben unterscheiden sich deutlich — maßgeblich ist die Anleitung des eingebauten Kühlgeräts und der Laserquelle.

Nach der Raycus-Anleitung ist das Kühlwasser außerdem abzulassen, wenn das Gerät längere Zeit nicht benutzt wird, weil sonst dauerhafte Schäden drohen.

Taupunkt und Kondenswasser

Ist das Kühlwasser kälter als der Taupunkt der Raumluft, schlägt sich Feuchtigkeit an Leitungen und gekühlten Bauteilen nieder. Raycus warnt, dass Kondensation im Laser oder am Ausgangskabel irreversible Schäden verursachen kann, und untersagt den Betrieb unterhalb des Taupunkts.

Die Anleitung enthält eine Taupunkttabelle mit 22 °C Kühlwassertemperatur als Bezug. Zwei Werte daraus:

• bei 30 °C Raumtemperatur und 60 Prozent relativer Luftfeuchte liegt der Taupunkt bei 21,5 °C — knapp unter der Wassertemperatur
• bei 30 °C und 70 Prozent liegt er bei 24 °C — dann verlangt der Hersteller vor dem Betrieb Gegenmaßnahmen

Genannt werden das Einleiten sauberer, trockener Luft über einen dafür vorgesehenen Anschluss oder das Absenken der Raumtemperatur, etwa mit einem Schaltschrankklimagerät. TEYU empfiehlt bei Kondenswasser eine höhere Wassertemperatur oder die Isolierung von Leitungen und gekühlten Teilen.

Umgebungstemperatur und Aufstellort

Für die Dauerstrich-Faserlaserquellen von Raycus sind 10 bis 40 °C Umgebungstemperatur, 30 bis 70 Prozent relative Luftfeuchte und ein ebener, vibrationsfreier Aufstellort angegeben.

Das Kühlaggregat braucht Platz für Zu- und Abluft. Für das TEYU CW-5000/5200 verlangt der Hersteller mindestens 30 cm Abstand am rückseitigen Luftauslass und mindestens 8 cm am seitlichen Lufteinlass; das Staubfiltergewebe ist regelmäßig zu reinigen. Größere Aggregate können andere Abstände benötigen.

Außerdem gilt:

• Für das Lichtleitkabel nennt Raycus Mindestbiegedurchmesser für Transport und Betrieb.
• Die herangezogenen Laseranleitungen verlangen einen ordnungsgemäß angeschlossenen Schutzleiter.
• Die DGUV-Publikation FBHM-139 weist darauf hin, dass Lasereinrichtungen immer wirksame Zündquellen sind. Brennbare Stoffe in der Umgebung gehören in die Gefährdungsbeurteilung.

Einphasig oder dreiphasig anschließen

Im deutschen Niederspannungsnetz liegen zwischen Außenleiter und Neutralleiter 230 V an, zwischen zwei Außenleitern 400 V. Bei Lasergeräten hängt die Anschlussart von der Leistungsklasse ab.

Die Anleitung eines Herstellers handgeführter Faserlasergeräte gibt dafür ein Beispiel, mit den Nennwerten 220 und 380 V, denen hierzulande 230 und 400 V entsprechen:

• 1.000 und 1.500 Watt Laserleistung: einphasig, Leistungsaufnahme unter 6 beziehungsweise unter 8 kW
• 2.000 und 3.000 Watt: dreiphasig, Leistungsaufnahme unter 10 beziehungsweise unter 12 kW

Die Raycus-Laserquellen von 2.000 bis 6.000 Watt sind für 360 bis 510 V Wechselspannung und 7,5 bis 22 kVA Anschlussleistung ausgelegt.

Für den gewerblichen Einsatz gibt es CEE-Steckvorrichtungen nach DIN EN 60309. Nach MENNEKES kennzeichnet Blau den Bereich 200 bis 250 V und Rot 380 bis 440 V; einphasige Ausführungen haben zwei Pole und Schutzkontakt, dreiphasige drei Pole mit Schutzkontakt, gegebenenfalls mit Neutralleiter. Bemessungsströme sind zum Beispiel 16 A oder 32 A. Farbe, Polzahl und Bemessungsstrom des Gerätesteckers sollten vor der Lieferung bekannt sein.

Leistungsaufnahme und Absicherung

Die Laserleistung auf dem Datenblatt ist nicht die Leistungsaufnahme am Netz. Im Beispiel oben ist für ein Gerät mit 2.000 Watt Laserleistung eine Leistungsaufnahme von unter 10 kW angegeben.

Für die Stromversorgung zählen:

• die Leistungsaufnahme des Gesamtgeräts einschließlich eines separaten Kühlaggregats
• kurzzeitige Stromspitzen: Beim TEYU CW-5000/5200 kann der Strom laut Hersteller trotz geringer durchschnittlicher Aufnahme zeitweise 6 bis 10 A erreichen
• weitere Verbraucher am selben Stromkreis, etwa die Absaugung
• eine stabile Spannung: Raycus verlangt, vor dem Einschalten zu prüfen, ob die Versorgungsspannung stabil und der Schutzleiter in Ordnung ist; eine falsche Anschlussspannung kann das Gerät beschädigen

Eine passende Absicherung lässt sich daraus nicht pauschal ablesen. Muss eine Steckdose gesetzt oder ein Stromkreis geändert werden, hat der Unternehmer nach § 3 der DGUV Vorschrift 3 dafür zu sorgen, dass dies nur von einer Elektrofachkraft oder unter deren Leitung und Aufsicht geschieht.

Druckluft und Luftqualität

Manche handgeführten Laser benötigen einen Druckluftanschluss. Die Anleitung eines Herstellers handgeführter Faserlasergeräte verlangt beim Laserbetrieb angeschlossene Druckluft oder Stickstoff; die Druckluft soll sauber und trocken sein, bei etwa 0,2 bis 0,3 MPa, also 2 bis 3 bar. Ein eingebranntes Schutzglas ist danach zu ersetzen, weil sonst die Fokussierlinse beschädigt werden kann.

Auch an der Laserquelle kann Luft eine Rolle spielen: Raycus sieht einen Anschluss für saubere, trockene Luft gegen Kondensation vor — mit Taupunkt höchstens 0 °C sowie Partikel- und Ölnebelfiltern bis 0,1 µm.

Ob und in welcher Qualität ein Gerät Druckluft benötigt, steht in dessen Anleitung. Wo sie gefordert ist, sollte vorab geprüft werden, ob Druck und Aufbereitung des Werkstattnetzes passen.

Elektrische Sicherheit und Prüfungen

Die DGUV Information 203-071 beschreibt ortsveränderliche elektrische Betriebsmittel als solche, die während des Betriebs bewegt oder leicht von einem Platz zum anderen gebracht werden können, während sie angeschlossen sind; transportable Betriebsmittel werden wie ortsveränderliche behandelt. Wie ein fahrbares Laserreinigungsgerät einzuordnen ist, wird in der Gefährdungsbeurteilung festgelegt.

Unter anderem gilt:

• Anschlussfertige ortsveränderliche Betriebsmittel sind nach der DGUV Information 203-071 mindestens einer Prüfung auf augenscheinliche Mängel wie Transportschäden zu unterziehen.
• Hängt die Sicherheit eines Arbeitsmittels von den Montagebedingungen ab, ist es nach § 14 Absatz 1 BetrSichV vor der erstmaligen Verwendung von einer zur Prüfung befähigten Person zu prüfen.
• Arbeitsmittel, die Schäden verursachenden Einflüssen ausgesetzt sind, die zu Gefährdungen der Beschäftigten führen können, sind wiederkehrend zu prüfen. Die Fristen ermittelt und legt der Arbeitgeber fest; Richtwerte aus den Durchführungsanweisungen zu § 5 der DGUV Vorschrift 3 haben nach der DGUV Information 203-071 orientierenden Charakter.
• Die FBHM-139 verweist für die Prüfung der elektrischen Sicherheit auf die Betriebsanleitung und nennt für Notfälle das Abschalten der Lasereinrichtung, wenn möglich stromlos. Wo das Gerät vom Netz getrennt wird, sollte deshalb vor dem ersten Einsatz feststehen.

Welche Prüfungen im eigenen Betrieb erforderlich sind, klärt die Gefährdungsbeurteilung, gegebenenfalls mit fachkundiger Beratung.

Checkliste für den Aufstellort

Vor der Lieferung sollten diese Angaben vorliegen und mit dem Einsatzort abgeglichen sein:

1. Anschlussart laut Datenblatt: einphasig oder dreiphasig, Spannung und Frequenz
2. Leistungsaufnahme sowie Farbe, Polzahl und Bemessungsstrom des Steckers
3. vorhandener Stromkreis und Absicherung, bei Änderungen mit einer Elektrofachkraft
4. Art der Kühlung und bei Wasserkühlung Kühlmedium, Wechselintervall und Frostschutz
5. Raumtemperatur und Luftfeuchte im Jahresverlauf
6. Abstände für Zu- und Abluft von Gerät und Kühlaggregat
7. Druckluft: ob erforderlich, mit welchem Druck und in welcher Qualität
8. Sichtprüfung nach Anlieferung und Einordnung in die Prüforganisation

Laserbereich, Schutzausrüstung und Absaugung kommen als eigene Themen der Gefährdungsbeurteilung hinzu.

Quellen

• Raycus — Continuous-Wave Fiber Laser User Guide RFL-C2000S-HP bis RFL-C6000S-HP — Betriebsumgebung, Anschlussleistung, Versorgungsspannung, Kühlwasser, Taupunkttabelle, Luftanschluss.
• TEYU S&A — CW-5000/5200 Industrial Chiller User Manual — Stromspitzen, Belüftungsabstände, Kühlwasser, Frostschutz, Kondenswasser.
• STYLECNC — Handheld 3 in 1 Laser Machine User Manual — Anschlussart und Leistungsaufnahme nach Leistungsklasse, Druckluft, Schutzglas.
• JPT — CL3 luftgekühlter gepulster Faserlaser, Produktdaten — Luftkühlung ohne externes Kühlgerät, Betriebstemperaturbereich.
• Clean-Lasersysteme — Produktübersicht cleanPRODUKTE — Luftgekühlte Low-Power-Systeme, Mid-Power-Systeme mit Luft- oder Wasserkühlung und zulässige Umgebungstemperatur.
• MENNEKES — CEE-Stecker: Belegung, Farben und Uhrzeitstellung — Kennfarben, Polzahlen und Bemessungsströme nach DIN EN 60309.
• Energie-Lexikon — Niederspannungsnetz — 230 V Sternspannung und 400 V Außenleiterspannung.
• BetrSichV — Betriebssicherheitsverordnung, § 3 und § 14 — Gefährdungsbeurteilung vor der Beschaffung, Prüfung von Arbeitsmitteln, Prüffristen.
• DGUV Vorschrift 3 „Elektrische Anlagen und Betriebsmittel“, § 3 — Arbeiten an elektrischen Anlagen durch oder unter Aufsicht einer Elektrofachkraft.
• DGUV Information 203-071 „Wiederkehrende Prüfungen elektrischer Anlagen und Betriebsmittel“ — Ausgabe Januar 2020; Begriffe, Prüfung vor der ersten Inbetriebnahme, Prüffristen.
• DGUV — FBHM-139 „Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung“ — Stand 20.06.2024; Zündquellen, Prüfung der elektrischen Sicherheit, Notfälle.

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