DE3446640A1

DE3446640A1 - Hochgeschwindigkeits-axialstrom-gaslaseroszillator

Info

Publication number: DE3446640A1
Application number: DE19843446640
Authority: DE
Inventors: Ryoji Redondo Beach Calif. Koseki; Hidenori Hacienda Heights Calif. Osada
Original assignee: Amada Engineering and Service Co Inc
Current assignee: Amada Engineering and Service Co Inc
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1985-07-11
Anticipated expiration: 2004-12-21
Also published as: GB2158635B; IT1177494B; GB2158635A; GB8432724D0; CH667556A5; IL73939A; AU603497B2; JPH0626263B2; IT8424169A0; AU2754488A; FR2614476B1; IL73939A0; KR920010604B1; FR2557742A1; SE457491B; DE3446640C2; AU3717984A; CA1267963A; AU577342B2; FR2614476A1

Description

Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaseroszillator, insbesondere auf einen Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator, in welchem das Lasergas in der Richtung des Laserstrahls strömt.

In einem Gaslaseroszillator geschieht der Laser-Verstärkungseffekt in einem Laserrohr, indem ein Plasma darin erzeugt wird.Es ist bekannt, daß sich aus einer Verlängerung des

,-.Laserrohrs eine erhöhte Leistung ergibt, da sich das von dem 15

Plasma eingenommene Volumen vergrößert. Um die Leistung eines solchen Lasers zu erhöhen, müßte also die Länge der Laserrohre eines Gaslaseroszillators vergrößert werden. Einer Vergrößerung der Länge der Laserrohre stehen jedoch technische Schwierigkeiten sowie die Nachteile eines erhöhten Raumbedarfs entgegen. Deshalb werden gewöhnlich mehrere Laserrohre parallel zueinander angeordnet und über Umlenkspiegel miteinander verbunden, um auf diese Weise die effektive Gesamtlänge zu vergrößern. Es ist ferner bekannt,

daß sich in einem Gaslaseroszillators durch Kühlung des 25

Lasergases die Besetzungsumkehr beschleunigen und damit der Wirkungsgrad der Laseroszillation steigern läßt.

Deshalb werden die Laserrohre gewöhnlich gekühlt, oder das

Lasergas wird in einem eigenen Wärmetauscher gekühlt und 30

mit hoher Geschwindigkeit in die Laserrohre eingeblasen. Das durch die elektrische Entladung erhitzte Lasergas wird dann sofort wieder zum Wärmetauscher zurückgeführt und erneut gekühlt. Um den Wirkungsgrad eines Gaslaseroszillators weiterhin zu steigern, ist es ferner notwendig, den 35

Wirkungsdrad der für die Injektion aufgewendeten elektrischen Energie zu verbessern.

Bekannte Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillatoren haben einen Kühler oder Wärmetauscher zum Kühlen des in den Laserrohren erhitzten Lasergases und ein Gebläse zum Einblasen des gekühlten Gases in die Laserrohre mit hoher Geschwindigkeit, worauf das Gas dann von den Laserrohren wieder zum Wärmetauscher zurückgeführt wird. Bei den bekannten Gaslaseroszillatoren sind die Rückführleitungen für das Gas von den Laserrohren zum Wärmetauscher jedoch nicht gleich lang. Diese bedeutet, daß die Strömungswiderstände in den verschiedenen Gas-Rückführleitungen ungleich sind, so daß sich ungleiche Strömungsgeschwindigkeiten, und damit unterschiedliche Temperaturen des Lasergases in den einzelnen Laserrohren ergeben.

In den Laserrohren, welche mit Lasergas gespeist sind, welches mit einer niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit umgewälzt wurde als das anderen Laserrohren zuströmende Lasergas, herrscht daher eine höhere Temperatur, welche zu einer Verlangsamung der Besetzungsumkehr führt. Dadurch werden die Leistung des Lasers verringert und der Modus des Laserstrahls in nachteiliger Weise beeinflußt. Unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des den verschiedenen Laserrohren zugeführten Lasergases sind somit die Ursache für eine insgesamt verringerte Leistung und für Leistungsschwankungen des Gaslaseroszillators insgesamt.

Bei dem in einem Gaslaseroszillator von den Laserrohren zum Wärmetauscher zurückgeführten Lasergas handelt es sich um eine Art Plasma, da das Gas zuvor durch elektrische Entladungen in den Laserrohren ionisiert wurde. Dies bedeutet wiederum, daß das Gas elektrisch leitend ist, so daß es zwischen dem Wärmetauscher und den Kathoden der Laserrohre zu elektrischen Entladungen kommt, welche in keiner Weise zum Pumpen des Lasergases beitragen und daher zu großen Verlusten der für die Injektion aufgewendeten elektrischen Energie führen. Darüber hinaus wird das Lasergas durch diese elektrischen F.ntladungen weiter aufgeheizt, was zu einer erhöhten Bfclaf.t.unft der. Wiirniftiiunr-hf-rn odrr KUh 1 τπ führt.

Ferner ist bei bekannten Gaslaseroszillatoren der Ausbau bzw. das Auswechseln der Elektroden äußerst schwierig. Im Hinblick auf die Stabilität der elektrischen Entladungen und die Erzielung optimaler Strömungsbedingungen für das Lasergas in den Laserrohren müssen die Elektroden ringförmig sein. Um den Kontaktwiderstand zwischen den Elektroden und den Elektrodenhaltern möglichst klein zu halten, sind die Elektroden durch Schrumpfpassung mit den mit den Laserrohren verbundenen Elektrodenhaltern verbunden. Dementsprechend müssen die Elektrodenhalter für das Auswechseln der Elektroden von den Laserrohren abgenommen werden, was eine Axialverschiebung des jeweiligen Laserrohrs zur Folge hat.

Schließlich sind bei bekannten Gaslaseroszillatoren die die Laserrohre tragenden Tragbleche starr mit einer Unterlage verbunden, so daß es äußerst schwierig ist, die Wärmeverformung der Tragbleche und dazugehöriger Teile zu kompensieren.

Ein Hauptziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillators, bei welchem die Strömungsgeschwindigkeiten des Lasergases in den einzelnen Laserrohren untereinander mehr oder weniger gleich sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gaslaseroszillators der genannten Art, bei welchem die von den Laserrohren zum Wärmetauscher oder Kühler führenden Rückführleitungen für das Lasergas selbst bei einer Vergrößerung oder Verminderung der Anzahl der Laserrohre im wesentlichen gleich lang sind.

Noch ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gaslaseroszillators der genannten Art, bei welchem die elektrischen Entladungen zwischen den Elektroden der Laserrohre und dem Wärmetauscher unterdrückt werden, um Verluste der für die Injektion aufgewendeten elektrischen Energie zu

verringern, die übermäßige Erhitzung des Lasergases zu vermeiden und darüber hinaus die zusätzliche Belastung des Wärmetauschers oder Kühlers zu verringern.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gaslaseroszillators der genannten Art, bei welchem der Ausbau und das Auswechseln der Elektroden in den Laserrohren mühelos und ohne Axialverschiebung der Rohre bewerkstelligbar ist.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Gaslaseroszillators der genannten Art, bei welchem die Schwingungen des für die Einblasung des Lasergases in die Laserrohre verwendeten Gebläses nicht auf die einzelnen Rohre übertragen wird, und bei welchem es darüber hinaus möglich ist, die Wärmeverformung der Verbindungen zwischen dem Gebläse und den Laserrohren auszugleichen.

Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung eiens Gaslaser-Oszillators der genannten Art, bei welchem die die beiden Enden der Laserrohre tragenden Tragstützen in einem geringen Maß beweglich sind, um Dehnungen und Schrumpfungen von mit den Tragstützen verbundenen Haltestreben ausgleichen zu können.

Die vorstehend Genannten und andere Ziele sind gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die von den Laserrohren zum Wärmetauscher oder Kühler führenden Rückführ-Strörnungswege für das Lasergas nahezu gleich lang sind. Ferner ist entlang den Rückführ-Strömungswegen ein Katalysator angeordnet, um die ionisierten Lasergase zu neutralisieren. Ferner verwenden die Verbindungen zwischen dem Gebläse und den Laserrohren sowie zwischen jedem Laserrohr und dem Wärmetauscher aus einem flexiblen Werkstoff gefertigte Verbindungsteile. Außerdem sind die die Laserrohre tragenden Stützen derart ausgebildet und angeordnet, daß sie sich in Abhängigkeit von Dehnung und Schrumpfung der Verbindungsstreben um ein kleines Stück frei bewegen können. Schließ-

J]r:h ftircl <iin Elektroden in Jedem Laserrohr derart zwischen Fingern einer Halterung festgehalten, daß sie mühelos ausbau- und auswechselbar sind.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer mit einem Laseroszillator

gemäß der Erfindung bestückten Werkzeugmaschine, 10

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Laseroszillators in einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Laseroszillator nach Fig. 2, 15

Fig. 4 eine Stirnansicht des in Fig. 2 dargestellten Laseroszillators von rechts,

Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2,

Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 2,

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht im Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 3 und

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht im Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 3

Eine in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete Werkzeugmaschine ist mit einem Laseroszillator 3 bestückt, welcher auf einem rückwärtigen Teil der Maschine montiert ist und der Erzeugung eines auf einen Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 1 gerichteten Laserstrahls LB dient. Die Erfindung ist jedoch nich auf die Verwendung des Laseroszillators 3 an der Werkzeugmaschine 1 beschränkt, sie erlaubt vielmehr auch den Einsatz des Laseroszillators an anderen Vorrichtungen.

Die Werkzeugmaschine 1 hat ein Untergestell 5 mit einer lotrecht aufwärts davon abstehenden Stütze 7 und einem Träger 9, welcher mit einem Ende an der Stütze 7 befestigt ist und sich freitragend oberhalb des Untergestells 5 und parallel zu diesem erstreckt. Das Untergestell 5 trägt einen Arbeitstisch 11 mit einer großen Anzahl von frei drehbar darin gelagerten Kugeln, auf denen ein zu bearbeitendes flächiges Werkstück W in waagerechter Lage verschieblich aufliegt. Der Träger 9 trägt an seinem freien Ende-einen Arbeitskopf 13, welcher eine Spiegelanordnung 15 und eine Fokussierlinsö· 17 enthält. Die genannte Spiegelanordnung 15 lenkt den vom Laseroszillator 3 erzeugten Laserstrahl LB in Richtung auf das Werkstück W um. Die Fukussierlinse 17 dient dazu, den Laserstrahl LB auf das Werkstück W zu fokussieren, wobei dieses gleichzeitig von einem Hilfsgas, z.B. Sauerstoff, beaufschlagt wird. In der beschriebenen Werkzeugmaschine 1 wird als ein vom Laseroszillator 3 erzeugter Laserstrahl LB durch die im Arbeitskopf 13 der Maschine enthaltene Spiegelanordnung 15 und die zugeordnete Fokussierlinse 17 in Richtung auf das Werkstück W umgelenkt und auf dieses fokussiert.

Zum Bewegen des zu bearbeitenden Werkstücks W und zum Ausrichten desselben in der jeweils richtigen Stellung hat die Werkzeugmaschine 1 einen in eienr waagerechten Ebene frei bewegbaren gcsien Schlitten 19 und einen zweiten Schlitten 21 mit einer Anzahl von Einspannvorrichtungen 23 zum Festspannen des Werkstücks W. Der erste Schlitten 19 ist mittels eines Antriebs entlang parallel zueinander auf dem oberen Teil des Untergestells 5 angeordneten Schienen 25 auf den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 1 unter dem Arbeitskopf 13 derselben zu und von ihm weg verfahrbar. Der die Einspannvorrichtungen 23 tragende zweite Schlitten ist mittels eines Antriebs in waagerechter Ebeno lotrecht 7,n den Schienen 25 verfahrbar auf dem brsten Schlitten 19 angeordnet. Durch entsprechendes Verfahren des ersten und des zweiten Schlittens 19 bzw. 21 läßt sich das von ddnnEJnspannvorrichtungen 23 festgehaltene Werkstück W auf dem

Ar-t.^ i \.n ι 1 π'Λι 11 i η j^'lrr \>r I 11-\>) μ,ηη ntrllung unter dem Arbeitskopf' 13 ausrichten.

c Nach der Ausrichtung des Werkstücks W unter dem Arbeitskopf 13 durch entsprechende Bewegungen des ersten und des zweiten Schlittens 1° bzw. 21 wird es mittels des Laserstrahls LB bearbeitet. Dabei ist der vom Laseroszillator erzeugte Laserstrahl LB zunächst auf den Arbeitskopf 13 .«ausgerichtet und wird von den darin enthaltenen Spiegeln abwärts umgelenkt. Der umgelenkte Laserstrahl LB wird von der Fokussierlinse 17 auf das Werkstück W fokussiert, wobei dieses gleichzeitig von einem Hilfsgas, z.B. Sauerstoff, beaufschlagt wird.

Wie man in Fig. 2 bis 5 erkennt, hat der Laseroszillator 3 einen ihn tragenden Grundrahmen 27, einen auf dem Grundrahmen 27 ruhenden Generatorabschnitt 29 und eine Anordnung von Stelleinrichtungen 31 zum Einstellen des optischen

Systems der Werkzeugmaschine 1 und von im Generatorab-20

schnitt 29 vorhandenen Spiegeln. Der^Grundrahmen 27 ist aus einer Anzahl von Rechteckrohren aufgebaut und trägt nahe seinem rechten und seinem linken Ende jeweils einen kastenförmigen Sockel 33A bzw. 33B, auf denen sich der

Generatorabschnitt 29 abstützt. Die Stelleinrichtungen 31 25

sind an der Ausgangsseite des Generatorabschnitts 29 an dem betreffenden Sockel 33A angebracht.

Wie man aus Fig. 5 erkennt, ist zum Schutz des Laseroszillators 3 ein den Generatorabschnitt 29 und die Stellein-30

richtungen 31 umgebendes Gehäuse 35 auf den Grundrahmen 27 aufgesetzt. Eine vordere und eine hintere Wand 35F bzw. 35R sind über Scharniere 37 an einer oberen Deckwand 35.U des Gehäuses angelenkt, so daß sich das Gehäuse für die mühelose Wartung des Generatorabschnitts 29 und der Stellein-35

richtungen 31 mit den dazugehörigen Teilen öffnen läßt. Für die Kühlung des Innenraums des Gehäuses 35 sind an der vorderen und der hinteren Wand 35F bzw. 35R an geeigneten Stel-

len Hilfswärmetauscher 39 angeordnet. Außerdem sind an geeigneten Stellen durchsichtige Fenster 41 aus Akrylglas od. dergl. vorgesehen. Die Luft innerhalb des Gehäuses 35 wird mittels der Hilfswärmetauscher 39 ständig gekühlt und in Umlauf gehalten. Das Innenre des Gehäuses kann durch die Fenster 41 beobachtet werden.

Für die Kühlung eines das Lasergas darstellenden Gemischs aus He, Np und CO₂ ist ein relativ großer Hauptwärmetau-

scher 43 im mittleren Teil des Grundrahmens 27 installiert. Der Wärmetauscher 43 enthält eine von einem Kühlmittel, z.B. Kühlwasser, durchströmte und mit einer Vielzahl von Rippen besetzte Rohrschlange. Um die Wartung des Hauptwärmetauschers 43 zu erleichtern, sind untere Abdeckplatten 45 desselben mittels Gelenkbolzen 47 am Grundrahmen 27 angelenkt, so daß sie sich abwärts aufklappen lassen.

Zu dem vorstehend genannten Generatorabschnitt 29 gehört eine Anzahl von zueinander parallelen Laserrohren 49A, 49B, in denen die Erregerstrahlung eine Resonanzschwingung vollführt und dabei verstärkt wird. Die Enden der sich nach links und rechts erstreckenden Laserrohre 49A, 49B sind von lotrecht auf den Sockeln 33A, 33B stehenden Stützwänden 5IA bzw. 51B festgehalten. Die Stützwände 51A, 51B erstrecken sich lotrecht zur Längserstreckung der Laserrohre 49A, 49B und sind durch eine Anzahl von Verbindungsstreben 53 oben und unten miteinander verbunden.

Um einen Ausgleich von durch Temperaturschwankungen innerhalb des Gehäuses 35 hervorgerufenen Verformungen der Stützwände 51A, 51B und der Verbindungsstreben 53 sowie dazugehöriger Teile zu ermöglichen, sind die Stützwände 51A, 51B jeweils um ein kleines Stück beweglich auf den Sockeln 33A bzw. 33B gelagert. Wie man insbesondere in Fig. 6 erkennt, 351st nahe einem Ende der Stützwand 51A eine abwärts hervorstehende Einstellschraube 55 in die Stützwand 51A eingeschraubt. Sie stützt sich über eine Kugelsitzanordnung 57 auf dem Sockel 33A ab, so daß sie in allen Richtungen beweg-

lieh ist. Nahe dem anderen Ende der Stützwand 51A besteht die Verbindung zwischen ihr und dem Sockel 33A aus einer Führung 59 und einem Gleitstück 61 dafür und ermöglicht so eine Längsverschiebung der Stützwand 51A unter dem Einfluß der Wärmedehnung. Im mittleren Bereich ist die Stützwand 51A über eine dünne und daher begrenzt flexible Schraube 63 mit dem Sockel 33A verbunden. Die andere Stützwand 51B ist, wie man in Fig. 2 erkennt, über eine feststehende Führung 65 und ein darin geführtes Gleitstück 67 mit dem Sockel 33B verbunden so daß sie relativ zu diesem nach rechts und links bewegbar ist.

Bei einer durch Temperaturschwankungen hervorgerufenen Längenänderung der Verbindungsstreben 63 ermöglicht die vorstehend beschriebene Anordnung eine entsprechende Verschiebung der Stützwand 51B, während aufgrund von Temperaturschwankungen auftretende ungleichmäßige Verformungen der verschiedenen Teile eine geringfügige Kipp- oder Drehbewegung der Stützwand 51A um den Kugelsitz 57 bzw. die Führungsanordnung 59, 61 bewirken und dadurch ausgeglichen werden können. Dadurch bleiben die die beiden Enden der Laserrohre 49A, 49B tragenden Stützwände 51A, 51B auch unter dem Einfluß von durch Temperaturänderungen hervorgerufenen Verformungen in der richtigen Stellung.

Wie man unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 2 bis 5 erkennt, sind die Laserrohre 49A, 49B für ihre Speisung mit dem Lasergas mit einer Lasergas-Umwälzeinrichtung 69 sowie mit dem vorstehend genannten Hauptwärmetauscher 43 verbunden, in welchem das durch elektrische Entladungen in den Laserrohren 49A, 49B erhitzte Lasergas rückgekühlt wird. Die Umwälzeinrichtung 69 saugt im Hauptwärmetauscher 43 gekühltes Lasergas an und fördert es den Laserrohren 49A, 49B zu. Bei der Umwälzeinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Roots-Gebläse od. dergl. handeln. Die Umwälzeinrichtung 69 ist durch eine Anzahl von schwingungsabsorbierenden Gummipuffern 71 über dem Hauptwärmetauscher 43 abgestützt.

Die Umwälzeinrichtung 69 trägt auf ihrer Oberseite einen Hilfswärmetauscher 73, welcher dazu dient, dem Lasergas die durch die Umwälzeinrichtung erzeugte Wärme zu entziehen und damit e.ine angemessene Kühlung des den Laserrohren 49A, 49B zugeführten Lasergases zu gewährleisten. Der Hilfswärmetauscher 73 arbeitet beispielsweise mit Wasser als Kühlmittel und ist in diesem Falle kastenförmig ausgeführt. Auf der Oberseite des Hilfswärmetauschers 73 erheben sich mehrere senkrechte Verbindungsrohre 75. Außerdem hat der Hilfswärmetauscher 73 in der Oberseite weitere öffnungen, welche durch runde Deckel 77 verschlossen sind und dem Anschluß von weiteren Laserrohren dienen können. Weitere, waagerecht ,verlaufende Verbindungsrohre 79 sind mit jeweils einem Ende an den Stirnseiten des Hilfswärmetauschers 73 angeschlossen. Die Stirnseiten weisen ebenfalls weitere, durch Deckel 81 verschlossene öffnungen für den möglichen Anschluß von weiteren Laserrohren auf. Die anderen Enden der waagerechten Verbindungsrohre 79 erstrecken sich bis nahe an die jeweiligen Enden der Laserrohre 49A, 49B heran und sind dort unter Zwischenlage von schwingungsabsorbierenden Gummielementen 83 durch Stützen 85 festgehalten, welche auf dem jeweiligen Sockel 33A, 33B angebracht sind. Dementsprechend werden die Schwingungen der Gasumwälzeinrichtung 69 weder auf den Grundrahmen 27 noch auf die Sockel 33A, 33B übertragen.

Für die Zufuhr des von der Umwälzeinrichtung 69 geförderten Lasergases zu den Laserrohren 49A, 49B sind diese in ihrem mittleren Bereich mit den Verbindungsrohren 75 verbunden.

Die Enden der waagerechten Verbindungsrohre 79 sind über senkrechte Anschlußrohre 87 mit den jeweiligen Enden der Laserrohre 49A, 49B verbunden. Jedes der Laserrohre 49A, 49B ist gewissermaßen in drei Teile unterteilt, nämlich ein Mittelstück 89 und zwei Endstück 91 und 93. Die aufrecht stehenden Verbindungsrohre 75 sind am jeweiligen Mjtt-olstück 89 angeschlossen, und dio waagerechten Verbindungsrohre 79 an den Endstücken 91 und 93- Die Verbindung ist dabei jeweils durch ein muffenartiges, flexibles Verbin-

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dungselement beispielsweise aus Silikongummi bewerkstelligt. Die flexiblen Verbindungselemente 95 verhindern die Übertragung von Schwingungen der Gas-Umwälzeinrichtung 69 auf die Laserrohre 49A, 49B und ermöglichen geringfügige Stellungsänderungen der Verbindungsrohre 75, 87 und der Laserrohre 49A, 49B relativ zueinander in allen Richtungen.

Für die Erzeugung von elektrischen Entladungen in den Laserrohren 49A, 49B sind an mehreren Stellen innerhalb der ' Laserrohre 49A, 49B Paare von positiven und negativen Elektroden angeordnet. Für die Kühlung des durch die elektrischen:.Entladungennin den Laserrohren 49A, 49B erhitzten Lasergases sind die Laserrohre mit dem vorstehend erwähnten Wärmetauscher 43 verbunden. Im einzelnen sind in den flexiblen Verbindungselementen 95 Anoden eingebettet, wie nachstehend erläutert. Zwischen dem 'jeweiligen Mittelstück 89 und den Endstücken 91 und 93 der Laserrohre 49A, 49B ist jeweils eine Gasrückführleitung 97 angeschlossen, deren oberes Ende T-förmig ausgebildet und deren unteres Ende über einen Faltenbalg mit dem Hauptwärmetauscher 43 verbunden ist. An den Verbindungsstellen zwischen den Rückführleifeungen 97 und dem Mittelstück 89 sowie den Endstücken 91 und 93 ist jeweils ein Elektrodeneinsatz 99 vorhanden.

Von der Gasumwälzeinrichtung 69 über den Hilfswärmetauscher 73 den Laserrohren 49A, 49B zugeführtes Lasergas strömt über die Rückführleitungen 97 zurück zum Hauptwärmetauscher 43, strömt nach Kühlung im Hauptwärmetauscher 43 erneut der Umwälzeinrichtung 69 zu, wird im Hilfswärmetauscher 73 nochmais gekühlt und strömt anschließend wieder in die Laserrohre 49A, 49B ein.

Wie man in Fig. 7 erkennt, ist das jeweilige'Endstück 91 der Laserrohre 49A, 49B an seinem freien Ende mittels einer zylindrischen Endhalterung 101 in der Stützwand 51A gelagert. Nahe dem freien Ende hat das Endstück 91 einen abwärts hervorstehenden zylindrischen Stutzen 91P für den Anschluß des jeweiligen flexiblen Verbindungselements 95.

In den Stutzen 91P ist ein eine nadeiförmige Anode 103 enthaltender, zylindrischer Anodenhalter 105 eingesetzt. In den Elektrodenhalter 105 ist eine die Anode 103 umgebende, elektrisch isolierende Schutzmuffe 107 eingeschraubt, so daß das obere Ende der Anode 103 in gleicher Höhe mit dem oberen Ende der Schutzmuffe 107 liegt. In das obere Ende des Anschlußrohrs 87 ist ein ringförmiger Federsitz 109 eingesetzt. Zwischen diesem und dem in den Stutzen 91P eingesetzten Elektrodenhalter 105 ist eine elektrisch leitende Schraubenfeder 111 unter Kompression gehalten.

Die vorstehend beschriebene Anordnung ermöglicht Bewegungen des Endstücks 91 und der Anschlußrohrs 87 relativ zueinander und verhindert die übertragung von Schwingungen vor der Gasumwälzeinrichtung 69 auf die Laserrohre 49A, 49B.

Die Endstücke 93 der Laserrohre 49A, 49B sind in der gleichen Weise wie vorstehend anhand des Endstücks 91 beschriebedn in der anderen Stützwand 51B gelagert, wobei auch die flexiblen Verbindungselemente 95 in der gleichen Weise angeordnet und ausgeführt sind, so daß sich eine erneute Beschreibung erübrigt.

Wie man unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 5 erkennt, sind die vorstehend genannten Kathhodeneinsätze 99 durch Tragstege 113 gehaltert, welche ihrerseits an den die rechte und die linke Stützwand 51A, 51B miteinander verbindenden Verbindungsstreben 53 befestigt sind. Der Tragsteg 113 hat mehrere Öffnungen 113H für die Aufnahme einer größeren Anzahl von Laserrohren und dazugehörigen Kathodeneinsätzen 99-

Wie man insbesondere in Fig. 8 erkennt, sind die Kathodeneinsätze 99 so ausgebildet, daß sich eine ringförmige 3g Kathode 115 mühelos ausbauen und auswechseln läßt. Zu dem in Fig. 8 dargestellten Kathodeneinsatz 99 gehören zwei zu beiden Seiten der Kathode 115 angeordnete Halteringe, namentlich ein erster Haltering 117, in welchen hier das

eine Endstück 91 des einen Laserrohrs 49A oder 49B eingesetzt ist, und ein zweiter Haltering 119, in welchen das eine obere Ende der zugeordneten Gasrückführleitung 97 eingesetzt ist. Die Kathode 115 und die beiden Halteringe und 119 sind mittels mehrerer Zugschrauben 121 zusammengespannt, um den Kontaktwiderstand dazwischen zu verringern. An den Außenseiten der Halteringe 117, 119 sind unter Zwischenlage jeweils einer Ringdichtung 123 Dichtungsklemmringe 125 mittels Schrauben 127 befestigt. Der Ausbau und das Auswechseln der Kathode 115 läßt sich somit mühelos durch Lösen der Schrauben 127 und 121 bewerkstelligen.

Wie vorstehend bereits erläutert, werden im Inneren der Laserrohre 49A, 49B mittels der Paare von Anoden 103 und Kathoden 115 an mehreren Stellen elektrische Entladungen erzeugt. Das durch die elektrischen Entladungen erhitzte Lasergas wird von den Laserrohren 49A, 49B über die Rückführleitungen 97 dem Hauptwärmetauscher 43 zugeführt. Die durch die Rückführleitungen 97 gebildeten Strömungswege sind im wesentlichen gleich lang, so daß die Strömungsgeschwindigkeit in den Laserrohren 49A, 49B im wesentlichen die Gleiche bleibt, selbst wenn die Anzahl der Laserrohre erhöht wird. Um das durch die elektrischen Entladungen in den Laserrohren ionisierte Lasergas zu neutralisieren, ist an jedem Rücklauf-Strömungsweg ein geeigneter Katalysator angeordnet. Im dargestellten Beispiel hat jede Rücjführleitung eine Erweiterung 129, welche einen wabenförmigen Katalysatoreinsatz aus beispielsweise mit Platin dotiertem, aktiviertem Aluminiumoxyd enthält.

Die in den durch die Rückführleitungen 97 dargestellten Strömungswegen angeordneten Katalysatoreinsätze werden durch das zurückströmende Lasergas erhitzt und dadurch in ihrem Wirkungsgrad gesteigert. Bei der Durchströmung der 351η den Erweiterungen 129 der Rückführleitungen 97 angeordneten Katalysatoreinsätze wird das Lasergas neutralisiert, so daß es dem Hauptwärmetauscher 43 in Form eines neutralen Gases zuströmt. Dementsprechend sind nutzlose oder gar

schädliche elektrische Entladungen, wie sie anderenfalls zwischen den Kathoden 115 und dem Hauptwärmetauscher 43 auftreten könnten, unterdrückt, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad bzw. zu einer erhöhten Leistung des Oszillators insgesamt führt.

Um das durch die elektrischen Entladungen in den Laserrohren 49A, 49B erzeugte Licht zu Resonanzschwingungen anzuregen und zu verstärken, ist an einem Ende des Laserrohrs 49A eine einen Austrittsspiegel enthaltende Austrittsspiegelanordnung 131 und am gleichen Ende des anderen Laserrohrs 49B eine einen Ausgangssensor 133 sowie einen Spiegel enthaltende hintere Spiegelanordnung 135 angebracht. An den anderen Enden der Laserrohre 49A, 49B sind einander gegenüberstehende Spiegelanordnungen 137 angebracht, welche den Strahlengang des Lichts jeweils um 90° umlenken. Die Ausgangsspiegelanordnung 131 und die hintere Spiegelanordnung 135 sind über Faltenbälge mit der Stützwand 51A verbunden, so daß ihre Ausrichtung frei verstellbar ist. In gleicher Weise sind die Umlenkspiegelanordnungen 137 über Faltenbälge mit der Stützwand 51B verbunden, so daß sie in ihrer Ausrichtung frei verstellbar sind. Darüber hinaus sind die beiden Umlenkspiegelanordnungen 137 über einen weiteren Faltenbalg miteinander verbunden.

Fig. 7 zeigt Einrichtungen zum Verstellen der Austrittsspiegelanordnung 131. Diese ist mit einer Art Flansch 131F versehen, welcher von mehreren Zugschrauben 139 durchsetzt ist. Eine gleiche Anzahl von Zugschrauben 141 durchsetzt die Stützwand 51A. Die Zugschrauben 139 und 141 sind über Zugfedern 143 paarweise miteinander verbunden. Ferner sind an verschiedenen Stellen des Flanschs 131F Mikrometer 145 in diesen eingesetzt, welche sich mit ihrer Spindel 145S jeweils auf einem in die Stützwand 51A geschraubten Amboß 147 abstützen.

Durch die Zugfedern 143 ist die Austrittsspiegelanordnung 131 ständig in Richtung auf die Stützwand 51A belastet, so

daß sich die Mikrometer 145 mit ihren Spindeln 145S auf dem jeweiligen Amboß 147 abstützen. Durch Verstellen der einzelnen Mikrometer 145 läßt sich die Stellung der Austrittsspiegelanordnung 131 und damit des darin enthaltenen Spiegels mit hoher Genauigkeit einstellen.

Die hintere Spiegelanordnung 135 sowie die Umlenkspiegelanordnungen 137 sind an den Stützwänden 51A bzw. 51B in der gleichen Weise angebracht wie vorstehend in bezug auf die Spiegelanordnung 131 beschrieben. Dabei sind die Befestigungsstellen untereinander austauschbar, so daß die verschiedenen Spiegel bei Verwendung einer größeren Anzahl von Laserrohren in entsprechender Weise angeordnet werden können.

Zu den vorstehend erwähnten Stelleinrichtungen 31 gehören u.A. ein Helium-Neon-Laseroszillator 149, eine Prismenanordnung 151 und ein Strahldämpfer 153. Der Helium-Neon-Laseroszillator 149 findet Verwendung zum Einstellen oder Ausrichten der Spiegel in der Austrittsspiegelanordnung 131, in der hinteren Spiegelanordnung 135 und in den Umlenkspiegelanordnungen 137 des Generatorabschnitts 29 sowie zum Einstellen des optischen Systems der Laser-Werkzeugmaschine 1. Wie man insbesondere in Fig. 2 erkennt, ist der Helium-Neon-Laseroszillator 149 in senkrechter Stellung an einer Halterung 155 angebracht, welche ihrerseits am Sockel 33A befestigt ist. Die Prismenanordnung 151 dient dazu, den vom Helium-Neon-Laseroszillator 149 erzeugten Laserstrahl wahlweise in Richtung auf die Laserrohre 49A, 49B des Generatorabschnitts 29 oder in Richtung auf das optische System der Laser-Werkzeugmaschine 1 umzulenken. Im dargestellten Beispiel ist die Prismenanordnung 151 beweglich in einem Bereich angeordnet, in welchem sich der Laserstrahl des Helium-Neon-Laseroszillators 149 mit dem Laserstrahl LB des Generatorabschnitts 29 schneidet. Der Strahldämpfer 153 dient dazu, den über die Austrittsspiegelanordnung 131 aus dem Generatorabschnitt 29 austretenden Laserstrahl LB abzudunkeln oder zu unterbrechen und ist zu diesem

Zweck zwischen der Austrittsspiegelanordnung 131 und der Prismenanordnung 151 in den Strahlengang des Laserstrahls LB hinein und daraus hervor bewegbar.

Wie man aus vorstehender Beschreibung erkennt, sind die von den parallel zueinander angeordneten Laserrohren ausgehenden Rücklauf-Strömungswege für das Lasergas im wesentlichen gleich lang, so daß die Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Laserrohren untereinander im wesentlichen gleich sind. Dadurch ist der Temperaturanstieg des Lasergases in allen Laserrohren im wesentlichen der Gleiche, wodurch eine stabile Ausgangsleistung des Lasers erzielbar ist.

Da ferner jeder Rücklauf-Strömungsweg einen Katalysator zum Neutralisieren des durch elektrische Entladungen ionisierten Lasergases enthält, befindet sich das zum Hauptwärmetauscher zurückströmende Lasergas in einem neutralen Zustand, so daß es nicht zu elektrischen Entladungen zwischen den Kathoden und dem Hauptwärmetauscher kommt und die aufgewendete elektrische Energie optimal genutzt wird.

Wie aus vorstehender Beschreibung ferner ersichtlich, ermöglicht die Erfindung ein schnelles und müheloses Ausbauen oder Auswechseln der Kathoden, und die die Laserrohre tragenden Stützwände und anderen Teile können sich über einen begrenzten Bereich bewegen, um sich Wärmedehnungen und -Schrumpfungen anzupassen. Darüber hinaus werden von mechanischen Teilen ausgehende Schwingungen nicht auf die Laserrohre übertragen, so daß sich ein hohes Maß an Genauigkeit aufrechterhalten läßt.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern erlaubt die verschiedensten Änderungen und Abwandlungen derselben im Rahmen der Ansprüche.

Claims

Patent a_n Sprüche

ι 1. ' Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator, gekennzeichnet durch einen Hauptwärmetauscher (43) zum Kühlen des Lasergases, durch eine auf dem Hauptwärmetauscher angeordnete und mit ihr verbundene Gas-

30 umwälzeinrichtung (69), durch eine Anzahl von parallel zueinander oberhalb der Gasumwälzeinrichtung angeordneten und mit dieser verbundenen Laserrohren (49A, 49B) und durch eine Anzahl von die Laserrohre mit dem Hauptwärmetauscher verbindenden Gasrücklauf-Strömungawegen (97),

35 welche untereinander im wesentlichen die gleiche Läng/: aufweisen.
2. Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator, gekennzeichnet durch einen Hauptwärmetauschcr (43) zum Kühlen des Lasergases, durch eine auf dem Hauptwärmetauscher angeordnete und mit diesem verbundene Gas-

5umwälzeinrichtung (69), durch eine Anzahl von parallel zueinander oberhalb der Gasumwälzeinrichtung angeordneten und mit dieser verbundenen Laserrohren (49A, 49B) und durch eine Anzahl von die Laserrohre mit dem Hauptwärmetauscher verbindenden Gasrücklauf-Strömungswegen (97), deren jeder in seinem mittleren Bereich einen Katalysator (129) zum Neutralisieren des ionisierten Gases aus den Laserrohren aufweist.
3- Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasrücklauf-Strömungswege (97) im wesentlichen gleich lang sind.
4. Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator, gekennzeichnet durch einen Hauptwärmetauscher (43) zum Kühlen des Lasergases, durch eine Anzahl von parallel zueinander angeordneten und mit dem Hauptwärmetauscher verbundenen Laserrohren (49A, 49B) durch eine mit dem Hauptwärmetauscher sowie mit der Anzahl von Laserrohren verbundene Gasumwälzeinrichtung (69) zum Umwälzen des Lasergases und durch wenigstens für die Verbindung der Gasumwälzeinrichtung mit jedem der Laserrohre verwendete Anschlußelemente (95) aus einem flexiblen Material.
5. Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator, gekennzeichnet durch eine Anzahl von parallel zueinander angeordneten Laserrohren (49A, 49B), durch einen Wärmetauscher (43) zum Kühlen von Lasergas aus der Anzahl von Laserrohren, durch eine Gasumwälzeinrichtung

35(69) zum Fördern des Lasergases vom Wärmetauscher zu jedem der Laserrohre und durch eine Halterung (51A, 51B) für jedes der Laserrohre, welche in Abhängigkeit von Wärmedehnungen und -Schrumpfungen von ihr zugehörigen Teilen in

1 begrenztem Maße frei beweglich angeordnet ist.
6. Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (43) 5 zum Kühlen von Lasergas aus Laserrohren (49A, 49B), durch eine Gasumwälzeinrichtung (69) zum Fördern des Lasergases vom Wärmetauscher zu den Laserrohren, durch die Laserrohre ringförmig umgebende Elektroden (115) und durch ein Paar von den Laserrohren gehalterter Elektrodenhalter (117,119), 10 zwischen denen die Elektroden lösbar eingespannt sind.