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Gaslaser, insbesondere Gastransportlaser, mit einer
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Laserentladungsröhre Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gas
laser, insbesondere Gastransportiaser mit einer Laserentladungrahre, die ein Laserplasmarohr
so-vie ein dieses umfassendes Kühlrohr aufweist, wobei an den Zwischenraum zwischen
Laserplasmarohr und Kühlrohr Kühlmittelzuführungen bzw. -ableitungen angeschlossen
sind.
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Bei Gaslasern wird im allgemeinen die Laserstrahlung in einem Gasentladungsrohr,
auch Laserplasmarohr Benannt, erzeugt. Hierbei kann zum Teil erhebliche Wärme an
die Laserplasmarohrwandung abgegeben werden, die durch Kiihlung abgeführt werden
muß. Diese Wärmeabfuhr ist notwendig, da zu hohe Wandungstemperaturen und die damit
verbundenen Entladungstemperaturen im Laserplasmarohr zum einen den Wirkungsgrad
des Gas lasers negativ beeinflussen und zum anderen den verwendeten Bauteilen schaden.
Aus diesem Grund wird üblicherweise das Laserplasmarohr von dem oben beschriebenen
Kühlrohr umgeben, also mit einem Kühlmittelmantel, wobei das Kühlmittel bevorzugt
Wasser ist.
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Bei Lasern mit Geringer Laserausgangsleistung (...Watt) ist sowohl
das LaserDlasmarohr als auch das Kiihlrohr aus Glas gefertigt und zwar derart, daß
die beiden ineinandergeschobenen Rohre an ihren Enden zur Bildung des Wasserkühlmantels
verschmolzen sind. Diese Verschmelzunq an beiden Enden ist jedoch nur bei Lasern
mit geringer Leistung möglich, da bei höheren Leistungen und der dann auftretenden
erhöhten Erwärmung das innere Rohr um ein größeres Aaß als das äußere Rohr gedehnt
wird, was zu einem Bruch der Verbindungsstelle zwischen den beiden Rohren führt.
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Bei Lasern mit höherer Leistung und entsprechend längeren Laserplasmarohren
ist es bekannt geworden, daß durch Einbau eines Dehnungsbalges, welcher ebenfalls
aus Glas
besteht, die unterschiedlichen Dehnungen zu kompensieren
sind. Dabei ist der dehnungsbalg im äußeren Klihlmittelrohr vorgesehen. Diese Konstruktion
vermeidet wohl die oben genannten nachteile, ist dagegen im Hinblick auf die Herstellung
aufwendig und kostenungünstig. Daneben tritt der Nachteil auf, daß mit Rücksicht
auf einen Jleichbleibenden Querschnitt des Wasserkühlmantels auch der Außendurchmesser
des Laserplasmarohres großer werden muß, wodurch die Gesamtkonstruktion des Lasers
zwangsläufig größer wird.
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Darüber hinaus ist bei beiden Ausführungen gemäß dem Stand der Technik
die einwandfreie Flucht des Laserplasmarohres innerhalb enger Toleranzen problematisch.
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Dies ist insbesondere dadurch bedingt, daß durch die beidseitige Verschmelzung
das Innenrohr üblicherweise deformiert und dadurch die FluchtJenauiJkeit negativ
beeinflußt wird. Ein nachträgliches Richten des Innenrodres ist aufgrund des vorhandenen
Außenrohres nicht mehr möglich. Die genannten Fluchtfehler bewirken, wie die Praxis
gezeiJt hat, eine Leistungsreduzierung, die je nach Anzahl der hintereinander geschalteten
Laserplasmarohre einen Wert bis zu 30to aufweisen kann. Dies ist insbesondere darauf
zurickzuführen, daß bei mehreren hintereinander geschalteten Laserplasmarohren die
Fluchtfehler sich addieren und damit besonders ungünstig auf den Wirkungsgrad auswirken.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile
zu vermeiden, und einen Gaslaser mit einer Laserentladungsröhre zu schaffen, bei
der einerseits auch bei hohen Entladungstemperaturen keine Bruchstellen auftreten
und andererseits eine einwandfreie und Jleichbleibende Flucht des Innenrohres erreicht
wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen,
da. bei einem Gaslaser der eingangs genannten Art mindestens ein Ende des Kühlrohres
kühlmitteldicht und gleitend auf dem Laserplasmarohr gehalten ist. Durch diese Gleitdichtung
wird erreicht, daß unterschiedliche Dehnungen von dem Laserplasmarohr und dem Kühlmittelrohr
nicht zu einem Bruch der Rohre führen, sondern vielmehr die Rohre gegeneinander
sich um die entsprechenden Längendifferenzen verschieben können. Darüberhinaus wird
durch die Gleitdichtungen erreicht, daß nunmehr die Verwendung von Laserplasmarohren
möglich ist, die eine besonders hohe Genauigkeit in Bezug auf die hohe Flucht aufweisen.
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Im Hinblick darauf, daß zur Kompensierung der Längendehnung an sich
eine Gleitdichtung an einem Ende der Rohre ausreicbnd ist, zum anderen anker eine
Anschelmzung des anderen Endes u.U. zu einer Beeinträchtigung -ler Fluchtgenauigkeit
führen kann, wird gemaß einem weitern Vorschlag der Erfindung vorgeschlagen, daß
das Laserplasmarohr an dem einen Ende eine trichterförmige Erweiterung aufweist,
an welcher das K;ihlrohr angeschmolzen ist.
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Damit wird der Vorteil erreicht, daß das eigentliche Laserrohr, welches
einen kleineren Innendurchmesser als die trichterförmig Erweiterung aufweist, nicht
deformiert wird in bezug auf den Querschnitt und auch kein Fluchtfehler in diesem
Rohrbereich mit dem kleineren Durchmesser auftreten.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher
erläutert. Dabei veranschaulicht Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gastrnasportlasers,
Fig.
2 eine Ausführungsform der erfindunqsgemäßen Laserentladungsröhre, Fi. 3 eine andere
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserentladungsröhre.
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In Fi. 1 ist der schematische Aufbau eines mit lo bezeichnetentGastransport-C02-Lasers
veranschaulicht. Der Laser lo besteht im wesentlichen aus einer die Laserentladungsrohre
11,12 beinhaltenden Ringleitung 13a, 13b für das Lasergas, welche an eine1 Gebläse
14 angeschlossen sind, sodaß zwie Teilringleitungen gebildet werden. Den Laserentladungsrohren
11,12 sind Ringelektroden 15,16 zugeordnet, welche mit einer nicht näher dargestellten
Hochspannungsgleichstromquelle in Verbindung stehen. Die Laserspiegel sind mit 17
und 18 bezeichnet. Den Ringleitungen 13a, 13b wird kontinuierlich eine geringe Mene
Lasergas (Helium-Stickstoff-Kohlendioxyd-Gemisch) zugeführt. Zur Aufrechterhaltung
des geringen Druckes innerhalb des Gassystemes (ca. 30 Millibar) sind die Ringleitungen
13a,13b mit einer Vakuumpumpe 19 verbunden.
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In Fi7. 2 ist in vergrößerter Darstellung eine Ausführungsform der
Laserentladungsrohre 11,2 veranschaulicht. Das in seiner Gesamtheit mit 11 bezeichnete
Laserentladungsrohr weist ein Laserplasmarohr 20 sowie ein dieses umfassendes Kühlrohr
21 auf. An den Zwischenraum 22 zwischen den Rohren 20 und 21 sind Kühlmittelzuführungen
bzw. Kühlmittelableitungen 23bzw.24 angeschlossen. Die Kühlmittelzuführung 23 steht
dabei bevorzugt mit einer Kühlwasserversor3ungseinrichtung in Verbindung. Erfindungsgemäß
ist mindestens ein Ende des Kühlrohres 21 kühlmitteldicht und gleitend auf dem Laserplasmarohr
20 gehalten. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, ist dabei das Kühlrohrende 21a mit
einer Gleitdichtung 25 versehen, die aus einem Gewinde 26 am Kühlrohrende 2a, einer
Gewindemutter 27 und einem Dichtring 28 gebildet wird. Die Gewindemutter 27 weist
eine Mittenbohrung 29 auf, deren Durchmesser dem Laserplasmarohraußendurchmesser
*Axialstrom-
3o entspricht. Der zwischen Kühlrohrende (Stirnfläche
3') und Gewindemutter 27 angeordnete Dichtring 28 ist mittels der Mutter 27 an Laserplasmarohr
20 und Stirnfläche 31 anpreßbar, wodurch eine Kühlmittelabdichtung erreicht wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fil. 2 ist neben dem Kiihlrohrende 21a
auch dem Kühlrohrende 21b eine entsprechende Gleitdichtung zugeordnet, die entsprechend
ausgebildet ist, sodaß auf deren Aufbau nicht näher eingegangen wird.
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Die Anordnung zeigt, daß bei dieser Ausbildung das Laserplasmarohr
als Hochgenauigkeitsrohr ausgebildet werden kann und keinerlei Beeinflussung des
Laserplasmarohrinnendurchmessers bzw. der Flucht dieses Rohres durch das umfassende
Kühlrohr hervorgerufen wird. Die Gleitdichtungen 25 bewirken vorteilhaft, daß eventuell
auftretende Langenänderungen von Rohr 20 und 21 keinerlei Beschädigungen an den
beiden Rohren hervorrufen.
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Fi3. 3 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform eines Laserentladungsrohres
nach der vorliegenden vrfindung, wobei die Bauteile, welche denen der Fig. 2 entsprechen,
mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden sind. Beim Ausführungsbeispiel nach
Fi. 3 ist 1em Rohrende 21a eine Gleitdichtung 25 zugeordnet, während das Ende 21b
mit dem Laserplasmarohr verschmolzen ist. Dabei erfolgt bevorzugt, wie auch die
Fig.3zei1t, die Verschmelzung nicht in demjenigen Laserplasmarohrteil, welches den
fiir den Lasereffekt notwendigen Durchmesser 32 und die exakte Flucht aufweist,
sondern in einem erweiterten Teil 33. Dieser ereiterte Teil 33 ist an eine trichterförmige
Erweiterung 34 des Präzusionsrohres 20 angeschmolzen. Dadurch wird der Vorteil erreicht,
daß einerseits beim Anschmelzen des Kühlrohres 21 im Bereich 21b an die Verlängerung
33 des Rohres 20 keinerlei Deformation des Querschnittes
32 oder
der Flucht eintritt. Durch die vorgesehene Gleitdichtung 25 auf der anderen Seite
wird der erwähnte Dehnungsausgleich erreicht.
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Somit kann das Rohr 20 sich bei Erwärmung in der Gleitdichtung frei
ausdehnen. Die Bruchgefahr durch Temperaturbeeinflussung wird ausgeschlossen.
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L e e r s e i t e