Wie werden Schutzglas und Optik am Laserkopf richtig gepflegt?

Wird das Schutzglas zu spät getauscht, falsch gereinigt oder unsauber eingesetzt, kann es selbst Leistung kosten und Schäden verursachen.

Dieser Beitrag beschreibt Anzeichen, Ursachen und das übliche Vorgehen, mit dem Schutzglas und Optik nach Herstellerangaben gepflegt werden. Verbindlich sind die Betriebsanleitung Ihres Geräts und die Gefährdungsbeurteilung für Ihren Arbeitsplatz.

Wozu das Schutzglas im Laserkopf dient

Das Schutzglas sitzt in Strahlrichtung hinter der fokussierenden Optik, also zwischen Linse und Werkstück. In der Patentliteratur zu Laseroptiken wird sein Zweck klar benannt: Es schützt die Linsen, weil Metallspritzer und Dämpfe aus der Bearbeitung sonst die Optik verschmutzen würden.

Bei der Laserreinigung entstehen Abtragprodukte direkt vor dem Kopf. Die DGUV-Handlungshilfe FBHM-139 sieht eine Absaugung vor, die sie möglichst nahe an der Entstehungsstelle erfasst. Ein Teil der Partikel und Rückspritzer kann dennoch in Richtung Optik gelangen.

Eine Grenze hat das Schutzglas: Nach Darstellung von Precitec verhindern Schutzgläser den Eintritt von Schmutzpartikeln weitgehend, helfen aber nicht gegen Partikel, die bereits im Inneren des Kopfes sind. Wer den Kopf öffnet, sollte das daher so sauber wie möglich tun.

Woran sich eine verschmutzte Optik erkennen lässt

Hersteller nennen in ihren Anleitungen diese Anzeichen:

• dunkle Punkte auf der Oberfläche, verursacht durch Staub, Öl oder Rückstände
• Brandflecken, Kratzer oder eine beschädigte Beschichtung
• Sprünge oder Brüche
• nachlassende Wirkung oder unregelmäßige Ergebnisse bei unveränderten Parametern, beim Laserschweißen etwa eine geringere Einschweißtiefe

Für die Sichtprüfung empfiehlt ein Optikleitfaden helles Licht und gegebenenfalls eine Lupe, weil viele Verunreinigungen und Defekte klein sind. Ein Hersteller von Reinigungslasern rät, das Glas aus mehreren Blickwinkeln zu betrachten.

Warum Verschmutzung Leistung kostet

Schmutz auf einer optischen Oberfläche streut und absorbiert Strahlung. Beides fehlt am Werkstück. Ein Hersteller von Laserreinigungsgeräten formuliert es knapp: Ist das Schutzglas verschmutzt, geht die Reinigungswirkung verloren.

Hinzu kommt ein weniger offensichtlicher Effekt. Lagern sich Partikel auf optischen Elementen ab, erwärmen sich diese durch erhöhte Absorption. Dadurch können sich die Brechungseigenschaften und mit zunehmender Verunreinigung die Brennweite ändern — der Fokus verschiebt sich. Dieser Effekt ist als thermische Fokusverschiebung bekannt.

Eine verschmutzte Optik kann also nicht nur weniger Leistung durchlassen, sondern auch die Lage des Fokus verändern. Das Ergebnis wird dann schlechter, obwohl am Gerät dieselben Werte eingestellt sind.

Wie Folgeschäden an der Optik entstehen

Absorbierte Strahlung wird zu Wärme. Ein Leitfaden zur Handhabung optischer Komponenten beschreibt, dass Verunreinigungen so heiße Stellen auf der Oberfläche erzeugen, die zu dauerhaften Schäden führen können. Beim Schutzglas kann das bis zur Zerstörung des Glases reichen, wie eine Offenlegungsschrift zu Laserschweißoptiken festhält.

Springt oder bricht das Glas, verliert die Optik dahinter ihren Schutz. Partikel, die sich auf Optiken absetzen, können nach Darstellung von Precitec bis zum Ausfall durch Zerstörung der Optik beitragen.

Wer nachlassende Wirkung mit mehr Leistung ausgleicht, schickt mehr Strahlung durch ein Glas, das bereits mehr absorbiert. Sinnvoller ist es, zuerst die Optik zu prüfen. Verbrennen Schutzgläser wiederholt, nennt ein Hersteller von Reinigungslasern Rückspritzer und einen zu geringen Hilfsgasstrom als mögliche Ursachen.

Die Betriebsanleitung legt das Vorgehen fest

Die FBHM-139 verweist für Wartung und Prüfung auf die Hinweise der Herstellfirmen in der Betriebsanleitung. Ausdrücklich genannt werden dabei die Wartungsintervalle, darunter die Reinigung der optischen Einrichtungen.

Einheitliche Intervalle gibt es nicht. Ein Hersteller von Laserreinigungsgeräten nennt einen obligatorischen Austausch nach 200 Betriebsstunden sowie bei Sprüngen oder Bruch; bei Verschmutzung kann das Glas auch gereinigt werden. Eine Herstelleranleitung für Schneidköpfe empfiehlt dagegen, den Zustand regelmäßig zu prüfen, statt nach festem Plan zu tauschen. Ein Intervall lässt sich deshalb nicht von einem Gerät auf ein anderes übertragen.

Vor dem ersten Wechsel sollte aus der Betriebsanleitung bekannt sein:

• welches Ersatzglas passt, mit Abmessungen und Wellenlänge
• ob und womit das Glas gereinigt werden darf
• welche Teile des Kopfes der Betreiber öffnen darf
• welche Prüfung nach dem Wechsel vorgesehen ist

Vorbereitung vor dem Öffnen des Kopfes

Für Instandhaltungsarbeiten am Gerät hält die FBHM-139 fest, dass sie nur bei ausgeschaltetem Lasersystem erfolgen dürfen. Eine Herstelleranleitung beginnt den Schutzglaswechsel entsprechend damit, die Maschine auszuschalten und die Laserquelle vollständig abzuschalten.

Weitere Vorbereitungen aus Herstelleranleitungen:

• die Außenseite des Kopfes mit einem fusselfreien Tuch säubern, damit beim Öffnen kein Staub in den Optikraum gelangt
• in einer möglichst sauberen, staubarmen Umgebung arbeiten
• saubere Handschuhe, neues Schutzglas, fusselfreie Tücher oder Linsenreinigungspapier, zugelassenes Lösemittel, Blasebalg und das passende Werkzeug bereitlegen

Schutzglas wechseln Schritt für Schritt

Der Ablauf hängt von der Bauart ab — manche Köpfe haben einen Haltering, andere einen herausnehmbaren Glashalter. Die Reihenfolge fasst zusammen, was Herstelleranleitungen beschreiben. Im Zweifel gilt die eigene Betriebsanleitung.

1. Das Gerät so ausschalten, wie es die Anleitung vorgibt, und den Kopf außen reinigen.
2. Haltering oder Glashalter ohne übermäßige Kraft lösen.
3. Das alte Glas nur am Rand greifen — Berührungen der Fläche hinterlassen Fingerabdrücke oder Öl, die die Transmission beeinträchtigen.
4. Losen Staub in der Aufnahme mit einem Blasebalg entfernen.
5. Das neue Glas am Rand greifen, eine vorhandene Schutzfolie entfernen und das Glas plan und ohne Verkippung einsetzen — ein verkippter Sitz kann laut Herstelleranleitung zu einem ungleichmäßigen Fokus führen.
6. Den Haltering gleichmäßig und ohne übermäßige Kraft anziehen.
7. Auf Fingerabdrücke, Schlieren und festen Sitz prüfen, danach einen Probelauf machen.

Für den Probelauf gelten dieselben Schutzmaßnahmen wie im normalen Betrieb. Wer Datum und Betriebsstunden des Wechsels festhält, kann ein Intervall nach Herstellerangabe tatsächlich einhalten.

Wann Reinigung genügt und wann ein Tausch nötig ist

Eine Herstelleranleitung unterscheidet: Leichte Verschmutzung kann gereinigt werden, wenn Oberfläche und Beschichtung intakt sind. Bei Brandflecken, Kratzern oder beschädigter Beschichtung stellt eine Reinigung die Leistung nicht wieder her. Bei Sprüngen oder Bruch nennt ein anderer Hersteller den Austausch obligatorisch.

Reinigung ist auch nicht beliebig oft sinnvoll. Ein Optikleitfaden weist darauf hin, dass zu häufiger Kontakt mit Lösemitteln und Tüchern die Oberfläche selbst beschädigen kann. Vor jeder Reinigung steht deshalb die Prüfung, wie stark und welcher Art die Verschmutzung ist.

Ob der Betreiber an Linsen im Inneren des Kopfes arbeiten darf, legt die Betriebsanleitung fest. Die FBHM-139 sieht Instandhaltungsarbeiten nur durch Fachpersonal, zum Beispiel von Herstellfirmen, oder durch dazu ausgebildete Personen vor.

Geeignete Mittel für die Reinigung

Der Optikleitfaden beginnt berührungslos: Loser Staub wird mit einem Blasebalg oder inertem Druckgas abgeblasen. Druckgasdosen sollen dabei nicht geschüttelt und aufrecht gehalten werden, damit kein Treibmittel auf die Oberfläche gelangt.

Reicht das nicht, wird mit Lösemittel gereinigt:

• Tücher: Linsenreinigungspapier, Tücher aus reiner Baumwolle oder optische Wattestäbchen, keine aus der Drogerie
• Lösemittel in optischer Qualität, etwa Aceton, Methanol oder Isopropanol; Herstelleranleitungen für Laserköpfe nennen auch hochreines Ethanol
• Handschuhe oder Fingerlinge während des gesamten Vorgangs

Maßgeblich ist, welches Mittel der Gerätehersteller freigibt. Die meisten Lösemittel sind giftig, entzündlich oder beides und entsprechend vorsichtig zu handhaben.

Die Tropfmethode

Für ebene Flächen beschreibt der Leitfaden die Drop-and-Drag-Methode: Ein frisches Blatt Linsenreinigungspapier wird über die Fläche gehalten, ein bis zwei Tropfen eines schnell trocknenden Lösemittels werden daraufgegeben, dann wird das feuchte Papier langsam und gleichmäßig über die Fläche gezogen. Jedes Blatt wird nur einmal verwendet. Ein Hersteller von Reinigungslasern empfiehlt, in eine Richtung zu wischen.

Typische Fehler beim Wechsel und bei der Reinigung

Diese Punkte widersprechen den genannten Anleitungen:

1. Die optische Fläche wird mit bloßen Fingern berührt; Hautfett kann sie dauerhaft schädigen.
2. Das Glas wird trocken abgewischt, obwohl Tücher immer mit Lösemittel befeuchtet sein sollen.
3. Ein Tuch wird mehrfach benutzt.
4. Staub wird mit dem Mund weggepustet — dabei gelangen Speicheltröpfchen auf die Optik.
5. Ein Glas mit Brandflecken oder Kratzern wird gereinigt statt ersetzt.
6. Das neue Glas sitzt verkippt, oder der Haltering wird zu fest angezogen.
7. Der Kopf wird in staubiger Umgebung geöffnet.
8. Nachlassende Wirkung wird mit mehr Leistung ausgeglichen, ohne die Optik zu prüfen.
9. Ein Wechselintervall wird von einem anderen Gerät übernommen.

Sicherheit und Zuständigkeit bei Wartungsarbeiten

Bei handgeführten Laser-Einrichtungen zur Materialbearbeitung handelt es sich nach DGUV Information 203-093 überwiegend um Laser der Klasse 4. Die Schrift führt Wartung und Service als Betriebsarten, die in der Gefährdungsbeurteilung zu berücksichtigen sind. Art, Umfang und Fristen erforderlicher Prüfungen legt der Betreiber im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung fest.

Die FBHM-139 hält für Instandhaltungsarbeiten fest: nur bei ausgeschaltetem Lasersystem und nur durch Fachpersonal oder dazu ausgebildete Personen. Auch nach dem Abschalten können dabei erhebliche elektrische Gefährdungen auftreten. Manipulationen am System, besonders an Sicherheitseinrichtungen, sind zu unterbinden. Arbeiten an den Lasereinrichtungen selbst, etwa Instandhaltung und Justierung, behandelt die Schrift ausdrücklich nicht; dafür bleiben die Angaben der Herstellfirma maßgeblich.

Dieser Beitrag ersetzt weder die Betriebsanleitung noch die Gefährdungsbeurteilung für Ihren Arbeitsplatz und ist keine Rechtsberatung.

Quellen

• DGUV – FBHM-139 „Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung“ — Stand 20.06.2024. Wartung nach Betriebsanleitung einschließlich Reinigung der optischen Einrichtungen; Voraussetzungen für Instandhaltungsarbeiten.
• DGUV Information 203-093 – Handlungshilfe für die Gefährdungsbeurteilung beim Betrieb von offenen Laser-Einrichtungen zur Materialbearbeitung mit Handführung oder Handpositionierung (HLG) — Ausgabe April 2019. Wartung und Service in der Gefährdungsbeurteilung; Prüfungen und Prüffristen.
• Precitec GmbH & Co. KG – Offenlegungsschrift DE102021123617A1 „Laserbearbeitungskopf mit Klebefalle“ — Erwärmung durch Partikelablagerung, thermische Fokusverschiebung, Grenzen von Schutzgläsern.
• Inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH – Offenlegungsschrift DE19605018A1 — Folgen verschmutzter Schutzgläser an Laserschweißoptiken.
• SCANSONIC GmbH – Gebrauchsmuster DE20314918U1 — Schutzfunktion des Schutzglases gegen Metallspritzer und Dämpfe.
• Handling and Cleaning Procedures for Optical Components (Leitfaden, wavelength-oe.com) — Handhabung, Sichtprüfung, Abblasen, Drop-and-Drag-Methode und Lösemittel.
• STRION LASER – How to Replace the Protective Lens of a Laser Cleaning Machine — Herstelleranleitung zum Schutzglaswechsel an einem Laserreinigungskopf.
• HARSLE – Laser Cutting Head Protective Lens Replacement — Herstelleranleitung für Schneidköpfe mit Kriterien für Reinigung oder Austausch.
• PULSAR Laser – Zubehör für Laserreinigungsgeräte — Wechselkriterien eines Herstellers für Schutzgläser.

Passende Inhalte