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Die Erfindung betrifft eine Laserschutzwand, wie sie bei der Lasermaterialbearbeitung zur Abschirmung oder zusammengesetzt zu einer Kabine zur Einhausung von Arbeitsplätzen, an denen mit Laserstrahlung Werkstücke bearbeitet werden, Verwendung findet.
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Bei der Lasermaterialbearbeitung können Gefährdungen einerseits durch die direkte Einwirkung der Laserstrahlung auf Menschen oder empfindliche Objekte, z. B. in Folge von Fehlsteuerungen, und andererseits durch die im Verlauf der Bearbeitung ablatierten Materialien in gasförmiger, flüssiger oder Partikelform entstehen.
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Diese Gefährdungen werden in industriellen Anlagen in der Regel vermieden durch geeignetes Einhausen des gesamten Arbeitsplatzes in einer Kabine, die während der Lasereinwirkung weder Strahlung noch ablatiertes Material nach außen lässt, wobei im Allgemeinen eine geeignete Absaugung, gegebenenfalls mit Filtern versehen, verwendet wird.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten derartigen Einhausungen lassen sich in passive und aktive Einhausungen bzw. Laserschutzwände einteilen.
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Die passiven Laserschutzwände, einschließlich der Fenster und Türen, sind so konzipiert, dass sie über eine vorgegebene Zeit der vollen Laserbestrahlung, wie sie bei einer fehlerhaften Ausrichtung des Strahls auftreten kann, ohne Beeinträchtigung der Schutzwirkung widerstehen.
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Nachteilig ist, dass Kabinen, bestehend aus passiven Laserschutzwänden, nicht nur relativ viel Platz einnehmen, sondern hohe Masse haben und hohe Kosten bei Investition und Betrieb verursachen. Auch die notwendigen Absaugleistungen (und als Folge die Absaugkosten) steigen mit der Kabinengröße an. Als Folge der Größe und der hohen Masse sind die Lasermaterialbearbeitungsanlagen nur mit relativ großem Aufwand an verschiedenen Orten einsetzbar. Diese Nachteile machen sich besonders bei Laserbearbeitungsanlagen im Leistungsbereich > 1 kW bemerkbar, die man gerne flexibel in Bearbeitungsketten integrieren möchte.
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Im Unterschied zu den genannten passiven Laserschutzwänden verhindern aktive Laserschutzwände durch ihre Dimensionierung und Materialeigenschaften ein Durchdringen der Laserstrahlung höchstens kurzzeitig, bewirken jedoch ein Abschalten der Laserstrahlung unmittelbar nach dem Auftreffen der Laserstrahlung auf die Laserschutzwand.
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Damit können die Anforderungen an die Kabinenwände (Laserschutzwände zuzüglich Fenstern und Türen) durch Reduzierung der maximal möglichen Strahlungsdeposition bis zu einer Sicherheitsabschaltung herabgesetzt werden. Durch die Reduktion der Wandstärke oder/und den Einsatz anderer Wandmaterialien können die Wandmasse und die Kosten bei konstanter Kabinengeometrie reduziert werden. Darüber hinaus können veränderte Kabinenkonstruktionen eingesetzt werden, bei denen die Wände mehr oder weniger flexibel nur die unmittelbare Umgebung des jeweiligen Arbeitsplatzes umschließen.
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Zu aktiven Laserschutzwänden sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Lösungen bekannt. Sie sind in der Regel doppelwandig und umfassen zwischen einer Innenwand und einer Außenwand technische Mittel, die auf eine durch die Innenwand eindringende Strahlung reagieren. Es ist auch bekannt, solche Laserschutzwände, um eine größere Abschirmung zu bilden, aus einer Vielzahl von Wandmodulen zusammenzusetzen.
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In der
DE 89 08 806 U1 ist eine Laserschutzwand bzw. ein Wandmodul beschrieben, bei welchem das technische Mittel zur Feststellung des Eindringens von Laserstrahlung durch einen stromdurchflossenen Leiter gebildet ist. Die Leiter mehrerer Wandmodule werden in Reihe geschaltet oder einzeln an die Notausschaltung angeschlossen. Artgleiche Laserschutzwände bzw. Wandmodule für Laserschutzwände sind aus der
DE 36 38 874 A1 und der
US 4 710 606 A bekannt und müssen in der Regel nach einer Beschädigung ausgetauscht werden.
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In der
EP 0 157 221 B1 ist eine Laserschutzwand offenbart, bei der zwei voneinander beabstandete Schichten eine geschlossene, mit einem gasförmigen Medium befüllte Kammer definieren. In der Kammer ist ein Sensor vorhanden, der auf den Gasfluss infolge der Zerstörung einer der Schichten durch den Laser reagiert. Eine derartige Laserschutzwand ist vergleichsweise billiger herstellbar, jedoch ist auch diese nach einer Beschädigung nicht mehr funktionsfähig.
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Eine Laserschutzwand, welche eine Vielzahl von verkleideten Profilrahmen, dort Leichtmetall-Profilelemente, mit eine Kammer bildenden Innenwänden aufweist, ist in der
DE 20 2009 004 927 U1 aufgezeigt. Die gebildeten Kammern sind jeweils in sich geschlossen, woraus man ableiten kann, dass, sofern die Laserschutzwand mit Sensoren zum Detektieren eindringender Laserstrahlung komplettiert wird, pro Kammer wenigstens ein solcher Sensor vorhanden sein muss.
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Aus der
DE 10 2006 026 555 A1 ist eine Laserschutzwand bekannt, in welcher von Sendern kommend eine modulierte Strahlung auf gegenüberliegende Sensoren gerichtet wird, welche diese Strahlung mit einem typischen Modulationsmuster erfassen. Dieses Modulationsmuster wird gestört, wenn die Bearbeitungslaserstrahlung in die Laserschutzwand eindringt, und es kommt zu einer Fehlermeldung und dem Abschalten der Laseranlage.
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In der
DE 202 00 664 U1 ist eine Laserschutzwand offenbart, die aus mehreren im Wesentlichen rechteckigen Leichtmetallprofilelementen gebildet ist, welche durch Innenwände verkleidete, einzelne aneinander gereihte Wandmodule (dort Kammern) bilden und miteinander lösbar verbunden sind. Gegenstand ist hier die Ausführung der Profilierung, um die Kammern unkompliziert miteinander verbinden zu können. Es gibt keinen Hinweis auf eingebaute Sensoren o. ä. sondern den Hinweis, dass die Wanddicke der Verkleidungsplatten z. B. 80 mm beträgt, was für eine passive Laserschutzwand spricht.
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Alle aufgezeigten Lösungen beschreiben entweder Laserschutzwände, die im weitesten Sinne durch eine Kammer gebildet werden. Dass diese, auch wenn das nicht immer explizit erwähnt wird, als Wandmodule zu einer Laserschutzwand zusammengefügt werden können, um eine größere Abschirmung zu erreichen, oder zu einer Kabine zusammengesetzt werden können, um einen Arbeitsplatz einzuhausen, ist für den Fachmann naheliegend.
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Laserschutzwände stellen in den Produktionshallen ein notwendiges Übel dar, welches keinen Beitrag zum Wert eines Produktes leistet, sondern lediglich die Sicherheit bei der Herstellung von mit Laser bearbeiteten Produkten gewährleistet. Laserschutzwände sollen so billig wie möglich sein. Darüber hinaus sollen sie eine auf den jeweiligen Arbeitsplatz optimierte Dimensionierung haben, um den Platzbedarf hierfür klein zu halten.
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Letzteres erfüllen individuell gefertigte Laserschutzwände und Laserschutzkabinen. Sie können optimal auf den Bedarf dimensioniert werden. Diese sind allerdings vergleichsweise wesentlich teurer, da sie allein durch die unterschiedlichen Abmessungen individuell geplant und hergestellt werden müssen.
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Laserschutzwände werden daher bevorzugt in Modulbauweise vom Hersteller angeboten. Um jeweils der Dimensionierung einer individuell geplanten Laserschutzwand bzw. -kabine möglichst nahe zu kommen, sollten die einzelnen Wandmodule entweder mit gleichen geringen Breiten oder noch besser in unterschiedlichen Breiten, eventuell auch Höhen, gefertigt werden, damit der Hersteller aus einer Vielzahl dieser Wandmodule eine annähernd individuelle Laserschutzwand oder -kabine anbieten kann.
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Gemäß dem vorgenannten Stand der Technik ist jedes der Wandmodule für sich allein funktionsfähig und weist die dafür erforderliche Sensortechnik auf. Mit dem Ziel, eine Laserschutzwand möglichst billig zu machen, wird man zwecks Einsparung von Sensortechnik eher auf wenigere größere Wandmodule zurückgreifen als auf mehrere kleine.
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Das führt wiederum zu dem Nachteil einer schlechteren Handhabbarkeit beim Transport und der Montage der Wandmodule und zu einer geringeren Flexibilität in der Variierbarkeit der Abmessungen einer aus den Wandmodulen zusammengesetzten Laserschutzwand bzw. Laserschutzkabine.
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Aus der
DE 20 2009 008 378 U1 ist eine modulare aktive Laserschutzwand, bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten quaderförmigen hohlen Wandmodulen, bekannt, die über innere Seitenflächen miteinander verbunden sind. Ein darin angeordneter Strahlungssensor detektiert Strahlung aus einem Raumwinkelbereich von 180°.
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In der
DE 199 40 476 A1 wird eine weitere Laserschutzwand, bestehend aus Wandmodulen, beschrieben, die mindestens einen die Laserstrahlung detektierenden Sensor aufweist, z. B. einen Wärmesensor oder einen Lichtsensor. Es ist nicht erforderlich, die Wandmodule jeweils mit einem Sensor auszustatten, wenn diese über Verbindungselemente gekoppelt werden. Dass die Wandmodule über Verbindungselemente so gekoppelt werden können, dass sie einen Winkel miteinander einschließen, ist hier weder offenbart noch nahe gelegt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Laserschutzwand, bestehend aus Wandmodulen, zu schaffen, die vergleichsweise mit weniger Sensoren auskommt und bei der die Wandmodule einen Winkel miteinander einschließen können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für eine Laserschutzwand mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Angabe von Variationsmöglichkeiten sowie von dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Hierbei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze für eine erste Laserschutzwand gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine Prinzipskizze für eine zweite Laserschutzwand gemäß dem Stand der Technik und
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3 eine Prinzipskizze für eine erfindungsgemäße Laserschutzwand.
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Gleich gattungsgleichen Laserschutzwänden des Standes der Technik ist eine erfindungsgemäße Laserschutzwand 1 modular aufgebaut und enthält grundsätzlich eine Vielzahl, wenigstens zwei, quaderförmiger hohler Wandmodule 2. Im Betriebszustand wird eine solche Laserschutzwand 1 so aufgestellt, dass sie mit einer Innenwandfläche 1.1 einem Laserarbeitsplatz zugewandt ist, von dem die Laserstrahlung ausgeht, vor welcher geschützt werden soll. Sie weist eine zu der Innenwandfläche 1.1 mit einem Abstand parallel angeordnete Außenwandfläche 1.2 auf, wodurch ein Hohlraum gebildet wird. Die Innenwandfläche 1.1 der Laserschutzwand 1 wird durch Innenwandteilflächen 2.1, die jeweils an einem der Wandmodule 2 vorhanden sind, gebildet, so wie die Außenwandfläche 1.2 der Laserschutzwand 1 durch Außenwandteilflächen 2.2, die jeweils an einem der Wandmodule 2 vorhanden sind, gebildet ist. Die Laserschutzwand 1 bildet einen geschlossenen Hohlraum, begrenzt durch die Innenwandfläche 1.1, die Außenwandfläche 1.2, eine geschlossene Deckfläche 1.3, gebildet durch geschlossene Deckteilflächen 2.3, die jeweils an einem der Wandmodule 2 vorhanden sind, eine geschlossene Bodenfläche 1.4, gebildet durch geschlossene Bodenteilflächen 2.4, die jeweils an einem der Wandmodule 2 vorhanden sind, und zwei geschlossene Seitenflächen. Die beiden geschlossenen Seitenflächen stellen die äußeren Seitenflächen 1.5 der die Laserschutzwand 1 begrenzenden Wandmodule 2 dar. Das heißt, es gibt zwei äußere Wandmodule 2, die jeweils eine geschlossene äußere Seitenfläche 1.5 bilden. Die anderen der Seitenflächen dieser äußeren Wandmodule 2, und die Seitenflächen aller anderen zwischen diesen äußeren Wandmodulen 2 angeordneten Wandmodule 2, nachfolgend innere Seitenflächen 2.5 genannt, sind geöffnet, sodass die durch die Wandmodule 2 jeweils gebildeten Hohlräume keine geschlossenen Hohlräume bilden, sondern erst in Verbindung miteinander einen geschlossenen lichtdichten Hohlraum bilden.
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Vorteilhaft sind die Stöße der inneren Seitenflächen 2.5 durch Blenden abgedeckt.
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Die Wandmodule 2 weisen jeweils bevorzugt an der Bodenteilfläche 2.4 höhenverstellbare Elemente auf, um eine exakte Ausrichtung der Wandmodule 2 zueinander auch bei Unebenheiten des Aufstellgrundes zu gewährleisten.
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Die Laserschutzwand 1 weist wenigstens einen Strahlungssensor 5 auf. Dieser ist vorteilhaft mittig in der Laserschutzwand 1 in einem der Wandmodule 2 angeordnet. Es liegt auf der Hand, dass der Strahlungssensor 5 nicht vollständig innerhalb des Wandmoduls 2 angeordnet sein muss, sondern nur die Detektorfläche bzw. Detektorflächen, über welche dieser die Laserstrahlung detektiert. Hierfür gibt es aus dem Stand der Technik bekannte geeignete Strahlungssensoren 5, die aus einem Raumwinkelbereich von 180° Strahlung detektieren können. Wenn ein Laserstrahl durch die Innenwandfläche 1.1 hindurch in die Laserschutzwand 1 eindringt, so entsteht eine Streustrahlung, die sich um den Eintrittsort über einen Raumwinkelbereich von 180° ausbreitet und detektiert wird, bevor der Laserstrahl die Laserschutzwand 1 die Außenwandfläche 1.2 durchdringend verlassen kann. Der Strahlungssensor 5 ist so ausgelegt, dass er diese Streustrahlung im Wesentlichen unmittelbar detektiert. Natürlich detektiert er diese auch mittelbar nach Reflexion innerhalb der gebildeten Kammer, sodass auch in abgeschattete Bereiche eintretende Laserstrahlung, z. B. hinter den Stegen der inneren Seitenflächen 2.5, detektiert wird.
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Das ist gegeben, wenn die inneren Seitenflächen 2.5 der Wandmodule 2 parallel zueinander angeordnet und unmittelbar miteinander verbunden sind. Zwei Ausführungsbeispiele von Laserschutzwänden 1, bei denen alle Wandmodule 2 entsprechend in einer Reihe fluchtend miteinander verbunden sind, sind in den 1 und 2 gezeigt. Beispielhaft wurden hier jeweils drei Wandmodule 2 gezeigt, und ein Strahlungssensor 5 ist hier in einem äußeren der Wandmodule 2 angebracht. Wie erläutert kann die Laserschutzwand 1 eine beliebige Vielzahl von Wandmodulen 2 umfassen, und wenigstens ein Strahlungssensor 5 ist in einem der Wandmodule 2 vorhanden. Zur besseren Darstellung einer der inneren Seitenflächen 2.5 wurden zwei benachbarte Wandmodule 2, die an sich miteinander verbunden sind, voneinander beabstandet dargestellt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Laserschutzwand 1 sind wenigstens zwei der Wandmodule 2, wie in 3 gezeigt, einen Winkel miteinander einschließend, mittelbar über ein Eckmodul 3 verbunden. In diesem Eckmodul 3 ist über dessen gesamter Höhe, die gleich der Höhe der Wandmodule 2 ist, eine Spiegelfläche 3.1 vorhanden, welche die Streustrahlung durch Reflexion von dem einen der angrenzenden Wandmodule 2 kommend in das andere der angrenzenden Wandmodule 2 umlenkt. Um aus mehreren Laserschutzwänden 1 eine Kabine zu bilden, ist der Winkel vorteilhaft 90°. Soll die Laserschutzwand 1 einen Arbeitsplatz nur vom Bewegungsbereich von Menschen abschirmen, dann können beliebige Winkel sinnvoll sein.
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Mit der Detektion von in die Laserschutzwand 1 eingedrungener Laserstrahlung wird ein Signal ausgelöst, welches die sofortige Abschaltung der Laserstrahlungsquelle am Laserarbeitsplatz bewirkt.
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Natürlich ist die Empfindlichkeit eines solchen Strahlungssensors 5 begrenzt.
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Zum Beispiel weist ein derartiger Strahlungssensor 5, wie er unter der Bezeichnung Laserspy von der Firma Reiss Lasertec GmbH angeboten wird, einen Detektionsbereich mit einem Raumdurchmesser von 5 m auf. Er besteht aus einer Anordnung von um einen Kern konzentrisch angeordneten Detektoren, weshalb er Strahlung aus allen Richtungen innerhalb dieses Raumwinkels kommend detektieren kann.
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Die Größe einer Laserschutzwand 1 ist bei der Verwendung nur eines Strahlungssensors 5 folglich durch den Durchmesser des Detektionsbereiches begrenzt. Um hier abzuhelfen, werden entweder mehr als ein Strahlungssensor 5 innerhalb einer Laserschutzwand 1 angeordnet und zwar vorteilhaft so, dass sich deren Detektionsbereiche nur minimal überlappen. Oder es werden mehrere solcher Laserschutzwände 1 zu einer Laserschutzwandanordnung zusammengesetzt. Eine solche Laserschutzwandanordnung kann auch eine Kabine bilden.
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Die Laserschutzwand 1 wird aus mehreren, vorteilhafterweise schmalen Wandmodulen 2 gebildet, wofür es mehrere Gründe gibt.
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Ein erster Grund besteht in dem Wunsch, eine Laserschutzwand 1 anbieten zu können, die in ihrer Größe, insbesondere ihrer Länge, optimiert auf einen bestimmten Laserarbeitsplatz dimensioniert werden kann. Ohne dass eine individuelle Laserschutzwand 1 geplant und hergestellt werden muss, ist dies durch eine Modulbauweise, bei welcher alle Wandmodule 2 eine gleiche Länge haben, um so besser möglich, je schmaler die Wandmodule 2 sind. Je schmaler diese jedoch sind, umso größer ist die Anzahl, die benötigt wird, um diese zu einer Laserschutzwand 1 mit einer gewünschten Länge zusammenzusetzen. Hier kommt der Vorteil einer erfindungsgemäßen Laserschutzwand 1 voll zum Tragen. Da die Anzahl der Strahlungssensoren 5 für eine Laserschutzwand 1 unabhängig von der Anzahl der verwendeten Wandmodule 2 ist, werden diese auch nicht in einer höheren Anzahl benötigt, wenn die Anzahl der Wandmodule 2 für eine Laserschutzwand 1 gleicher Länge größer ist, weil diese in einer schmaleren Breite hergestellt sind. Haben die Wandmodule 2 unterschiedliche Längen, so sollte es wenigstens einige schmalere geben, um Laserschutzwände 1 mit einer Länge feiner Abstufung herstellen zu können.
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Ein zweiter Grund besteht in der einfacheren Transportier- und Handhabbarkeit bei der Montage von Kabinen.
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Dadurch, dass nicht jedes Wandmodul 2 einen Strahlungssensor 5 aufweist, können die Kosten für eine Laserschutzwand 1 bei Ausnutzung der vorgenannten Vorteile gering gehalten werden, was einen dritten Grund für eine Modulbauweise mit schmalen Wandmodulen 2 darstellt.
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Die Bauweise der Wandmodule 2 und gegebenenfalls der Eckmodule 3 wird gleich gewählt, wozu nachfolgend zwei Ausführungen angegeben werden.
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Die Wandmodule 2 können vorteilhaft durch einen mit Abdeckplatten verkleideten Profilrahmen 4 gebildet sein (1), sodass die Wandmodule 2 ihre Stabilität durch den Profilrahmen 4 erhalten und an die Abdeckplatten keine hohen Anforderungen gestellt werden müssen. Sie können dünn und leicht, z. B. aus Stahl bzw. Aluminium von 1 mm Dicke ausgeführt werden. Der Profilrahmen 4, z. B. aus gekantetem Blech, erhält seine Steifigkeit insbesondere durch eine verwindungsarme Geometrie. Die geschlossenen Teilflächen eines Wandmoduls 2 werden jeweils durch eine Abdeckplatte gebildet. Die geöffneten Seitenflächen werden jeweils durch den Profilrahmen 4 selbst gebildet, das heißt, hier sind keine Abdeckplatten angebracht.
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Die Wandmodule 2 können auch durch sich selbst tragende Wandelemente gebildet sein, die z. B. durch Biegen und Schweißen von Blechen hergestellt sind (2). So können bei einem geeigneten Zuschnitt eines Bleches die Bodenteilfläche 2.4, die Deckteilfläche 2.3 und die inneren Seitenflächen 2.5 bzw. gegebenenfalls die Seitenfläche der Laserschutzwand 1 an der Innenwandteilfläche 2.1 um 90° abgewinkelt werden und die Außenwandteilfläche 2.2 vorteilhaft aus einem laserresistenterem Material an die abgewinkelten Flächen angeschweißt oder anderweitig befestigt werden. Die inneren Seitenflächen 2.5 wurden zuvor z. B. durch ein Ausstanzen geöffnet.
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Entscheidend ist, dass die Wandmodule 2, abgesehen von den geöffneten inneren Seitenflächen 2.5, lichtdicht sind. Die Wandmodule 2 können statisch feststehende Bestandteile der Laserschutzwand 1 bilden, oder aber beweglichen Elemente, wie z. B. Türen, Rundtische und Hubtüren, die insbesondere in Kabinen zwischen feststehenden Wandmodulen 2 eingebunden sind.
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Eine erfindungsgemäße Laserschutzwand 1 ist aus den vielen genannten Gründen vergleichsweise billiger herstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laserschutzwand
- 2
- Wandmodul
- 1.1
- Innenwandfläche
- 1.2
- Außenwandfläche
- 1.3
- Deckfläche
- 1.4
- Bodenfläche
- 1.5
- äußere Seitenfläche
- 2.1
- Innenwandteilfläche
- 2.2
- Außenwandteilfläche
- 2.3
- Deckteilfläche
- 2.4
- Bodenteilfläche
- 2.5
- innere Seitenfläche
- 3
- Eckmodul
- 3.1
- Spiegelfläche
- 4
- Profilrahmen
- 5
- Strahlungssensor
