DE3446640C2 - Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator - Google Patents
Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-GaslaseroszillatorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaseroszillator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
insbesondere auf einen Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-
Gaslaseroszillator, in welchem das Lasergas in der Richtung
des Laserstrahls strömt.
Ein gattungsbildendes Gaslaser ist beispielweise aus der DE-OS 27 40 222 bekannt.
In einem Gaslaseroszillator geschieht der Laser-Verstärkungs
effekt 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
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
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
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 Gaslaseroszil
lators weiterhin zu steigern, ist es ferner notwendig, den
Wirkungsgrad der für die Injektion aufgewendeten elektri
schen Energie zu verbessern.
Bekannte Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszilla
toren 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 Strömungswider
stände 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 um
gewälzt 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. Unter
schiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des den verschiede
nen Laserrohren zugeführten Lasergases sind somit die Ur
sache 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 Ent
ladungen 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 Pumpendes Lasergases beitragen und daher zu großen
Verlusten der für die Injektion aufgewendeten elektrischen
Energie führen. Darüber hinaus wird das Lasergas durch
diese elektrischen Entladungen weiter aufgeheizt, was zu
einer erhöhten Belastung des Wärmetauschers oder Kühlers
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 ringför
mig sein. Um den Kontaktwiderstand zwischen den Elektroden
und den Elektrodenhaltern möglichst klein zu halten, sind
die Elektroden durch Schrumpfpassung mit den mit den Laser
rohren verbundenen Elektrodenhaltern verbunden. Dement
sprechend 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 Unter
lage verbunden, so daß es äußerst schwierig ist, die
Wärmeverformung der Tragbleche und dazugehöriger Teile zu
kompensieren.
Die DE 27 40 222 beschreibt einen Hochgeschwindigkeits-
Axialstrom-Gaslaseroszillator, bei welchem zumindest eine Laser
entladungsröhre in einem Metallhalter gehalten ist, an deren
Ende Spiegelhalter mit Umlenk- bzw. Auskoppelspiegel zugeordnet
sind. Die ebenfalls aus Metall gefertigten Spiegelhalter sind
mittels Keramikrohren an dem Metallhalter der Laserentladungsröh
re befestigt. Die Laserentladungsröhren sind gleitend im Metall
halter befestigt. Die Keramikrohre werden mittels Gummimanschet
ten gehalten, so daß auch die Kera
mikrohre eine Gleitbewegung in Längsrichtung gegenüber dem Metallhalter ausführen
können.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Gaslaser
oszillators der eingangs genannten Art, bei welchem die die beiden
Enden der Laserrohre tragenden Tragstützen in einem gerin
gen Maß beweglich sind, um Verformungen einzelner Bauteile
ausgleichen zu
können.
Diese Aufgabe löst ein Gaslaseroszillator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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,
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Laseroszillators in einer
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Laseroszillator nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Stirnansicht des in Fig. 2 dargestellten Laser
oszillators 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 Erzeu
gung eines auf einen Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 1
gerichteten Laserstrahls LB dient. Die Erfindung ist jedoch
nicht 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 bearbei
tendes flächiges Werkstück W in waagerechter Lage ver
schieblich aufliegt. Der Träger 9 trägt an seinem freien
Ende einen Arbeitskopf 13, welcher eine Spiegelanordnung 15
und eine Fokussierlinse 17 enthält. Die genannte Spiegel
anordnung 15 lenkt den vom Laseroszillator 3 erzeugten
Laserstrahl LB in Richtung auf das Werkstück W um. Die
Fokussierlinse 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 Laser
oszillator 3 erzeugter Laserstrahl LB durch die im Arbeits
kopf 13 der Maschine enthaltene Spiegelanordnung 15 und die
zugeordnete Fokussierlinse 17 in Richtung auf das Werk
stück W umgelenkt und auf dieses fokussiert.
Zum Bewegen des zu bearbeitenden Werkstücks W und zum Aus
richten desselben in der jeweils richtigen Stellung hat
die Werkzeugmaschine 1 einen in eienr waagerechten Ebene
frei bewegbaren ersten 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 Ebene lotrecht zu
den Schienen 25 verfahrbar auf dem ersten Schlitten 19 an
geordnet. Durch entsprechendes Verfahren des ersten und des
zweiten Schlittens 19 bzw. 21 läßt sich das von denn Ein
spannvorrichtungen 23 festgehaltene Werkstück W auf dem
Arbeitstisch 11 in jeder beliebigen Stellung unter dem
Arbeitskopf 13 ausrichten.
Nach der Ausrichtung des Werkstücks W unter dem Arbeits
kopf 13 durch entsprechende Bewegungen des ersten und des
zweiten Schlittens 19 bzw. 21 wird es mittels des Laser
strahls LB bearbeitet. Dabei ist der vom Laseroszillator 3
erzeugte Laserstrahl LB zunächst auf den Arbeitskopf 13
ausgerichtet und wird von den darin enthaltenen Spiegeln 15
abwärts umgelenkt. Der umgelenkte Laserstrahl LB wird von
der Fokussierlinse 17 auf das Werkstück W fokussiert, wo
bei dieses gleichzeitig von einem Hilfsgas, z. B. Sauer
stoff, beaufschlagt wird.
Wie man in Fig. 2 bis 5 erkennt, hat der Laseroszillator 3
einen ihn tragenden Grundrahmen 27, einen auf dem Grund
rahmen 27 ruhenden Generatorabschnitt 29 und eine Anord
nung von Stelleinrichtungen 31 zum Einstellen des optischen
Systems der Werkzeugmaschine 1 und von im Generatorab
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
sind an der Ausgangsseite des Generatorabschnitts 29 an dem
betreffenden Sockel 33A angebracht.
Wie man aus Fig. 5 erkennt, ist zum Schutz des Laseroszil
lators 3 ein den Generatorabschnitt 29 und die Stellein
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 35U des
Gehäuses angelenkt, so daß sich das Gehäuse für die mühe
lose Wartung des Generatorabschnitts 29 und der Stellein
richtungen 31 mit den dazugehörigen Teilen öffnen läßt. Für
die Kühlung des Innenraums des Gehäuses 35 sind an der vor
deren und der hinteren Wand 35F bzw. 35R an geeigneten Stellen
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, N2 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 Haupt
wärmetauschers 43 zu erleichtern, sind untere Abdeckplat
ten 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 voll
führt 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 51A
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 inner
halb des Gehäuses 35 hervorgerufenen Verformungen der Stütz
wände 51A, 51B und der Verbindungsstreben 53 sowie dazu
gehöriger 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,
ist nahe einem Ende der Stützwand 51A eine abwärts hervor
stehende Einstellschraube 55 in die Stützwand 51A einge
schraubt. Sie stützt sich über eine Kugelsitzanordnung 57
auf dem Sockel 33A ab, so daß sie in allen Richtungen beweglich
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 Ein
fluß der Wärmedehnung. Im mittleren Bereich ist die Stütz
wand 51A über eine dünne und daher begrenzt flexible
Schraube 63 mit dem Sockel 33A verbunden. Die andere Stütz
wand 51B ist, wie man in Fig. 2 erkennt, über eine festste
hende 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 53 ermöglicht die
vorstehend beschriebene Anordnung eine entsprechende Ver
schiebung der Stützwand 51B, während aufgrund von Tempera
turschwankungen auftretende ungleichmäßige Verformungen
der verschiedenen Teile eine geringfügige Kipp- oder Dreh
bewegung 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 beispiels
weise um ein Roots-Gebläse od. dergl. handeln. Die Umwälz
einrichtung 69 ist durch eine Anzahl von schwingungsab
sorbierenden 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 eine angemessene Kühlung des den Laserrohren 49A,
49B zugeführten Lasergases zu gewährleisten. Der Hilfs
wärmetauscher 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 An
schluß 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 schwingungsabsorbie
renden Gummielementen 83 durch Stützen 85 festgehalten,
welche auf dem jeweiligen Sockel 33A, 33B angebracht sind.
Dementsprechend werden die Schwingungen der Gasumwälzein
richtung 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 Mittel
stück 89 angeschlossen, und die waagerechten Verbindungs
rohre 79 an den Endstücken 91 und 93. Die Verbindung ist
dabei jeweils durch ein muffenartiges, flexibles Verbindungselement
beispielsweise aus Silikongummi bewerkstelligt.
Die flexiblen Verbindungselemente 95 verhindern die Über
tragung von Schwingungen der Gas-Umwälzeinrichtung 69 auf
die Laserrohre 49A, 49B und ermöglichen geringfügige Stel
lungsänderungen der Verbindungsrohre 75, 87 und der Laser
rohre 49A, 49B relativ zueinander in allen Richtungen.
Für die Erzeugung von elektrischen Entladungen in den Laser
rohren 49A, 49B sind an mehreren Stellen innerhalb der
Laserrohre 49A, 49B Paare von positiven und negativen
Elektroden angeordnet. Für die Kühlung des durch die elek
trischen Entladungen in 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 Rückführleitungen 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 noch
mals gekühlt und strömt anschließend wieder in die Laser
rohre 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 gela
gert. Nahe dem freien Ende hat das Endstück 91 einen ab
wärts hervorstehenden zylindrischen Stutzen 91P für den
Anschluß des jeweiligen flexiblen Verbindungselements 95.
In den Stutzen 91P ist ein eine nadelförmige Anode 103 ent
haltender, 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 An
schlußrohrs 87 ist ein ringförmiger Federsitz 109 einge
setzt. Zwischen diesem und dem in den Stutzen 91P einge
setzten 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 zueinan
der 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 glei
chen Weise wie vorstehend anhand des Endstücks 91 beschrie
bedn in der anderen Stützwand 51B gelagert, wobei auch die
flexiblen Verbindungselemente 95 in der gleichen Weise an
geordnet 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 verbin
denden Verbindungsstreben 53 befestigt sind. Der Tragsteg
113 hat mehrere Öffnungen 113H für die Aufnahme einer grö
ßeren Anzahl von Laserrohren und dazugehörigen Kathoden
einsätzen 99.
Wie man insbesondere in Fig. 8 erkennt, sind die Kathoden
einsätze 99 so ausgebildet, daß sich eine ringförmige
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 einge
setzt ist, und ein zweiter Haltering 119, in welchen das
eine obere Ende der zugeordneten Gasrückführleitung 97 ein
gesetzt ist. Die Kathode 115 und die beiden Halteringe 117
und 119 sind mittels mehrerer Zugschrauben 121 zusammen
gespannt, um den Kontaktwiderstand dazwischen zu verringern.
An den Außenseiten der Halteringe 117, 119 sind unter Zwi
schenlage jeweils einer Ringdichtung 123 Dichtungsklemm
ringe 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 Rück
führleitungen 97 dem Hauptwärmetauscher 43 zugeführt. Die
durch die Rückführleitungen 97 gebildeten Strömungswege
sind im wesentlichen gleich lang, so daß die Strömungs
geschwindigkeit 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 Rücjführlei
tung 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
in den Erweiterungen 129 der Rückführleitungen 97 angeord
neten 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 Laser
rohren 49A, 49B erzeugte Licht zu Resonanzschwingungen anzu
regen und zu verstärken, ist an einem Ende des Laserrohrs
49A eine einen Austrittsspiegel enthaltende Austrittsspiegel
anordnung 131 und am gleichen Ende des anderen Laserrohrs
49B eine einen Ausgangssensor 133 sowie einen Spiegel ent
haltende hintere Spiegelanordnung 135 angebracht. An den
anderen Enden der Laserrohre 49A, 49B sind einander gegen
überstehende Spiegelanordnungen 137 angebracht, welche den
Strahlengang des Lichts jeweils um 90° umlenken. Die Aus
gangsspiegelanordnung 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 Falten
bälge 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 Austritts
spiegelanordnung 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 1455
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 Aus
trittsspiegelanordnung 131 und damit des darin enthaltenen
Spiegels mit hoher Genauigkeit einstellen.
Die hintere Spiegelanordnung 135 sowie die Umlenkspiegel
anordnungen 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 Befe
stigungsstellen untereinander austauschbar, so daß die
verschiedenen Spiegel bei Verwendung einer größeren An
zahl von Laserrohren in entsprechender Weise angeordnet
werden können.
Zu den vorstehend erwähnten Stelleinrichtungen 31 gehören
u. A. ein Helium-Neon-Laseroszillator 149, eine Prismen
anordnung 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 Umlenk
spiegelanordnungen 137 des Generatorabschnitts 29 sowie
zum Einstellen des optischen Systems der Laser-Werkzeug
maschine 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 beweg
lich in einem Bereich angeordnet, in welchem sich der Laser
strahl des Helium-Neon-Laseroszillators 149 mit dem Laser
strahl LB des Generatorabschnitts 29 schneidet. Der Strahl
dämpfer 153 dient dazu, den über die Austrittsspiegelanord
nung 131 aus dem Generatorabschnitt 29 austretenden Laser
strahl 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 aus
gehenden Rücklauf-Strömungswege für das Lasergas im wesent
lichen gleich lang, so daß die Strömungsgeschwindigkeiten
in den einzelnen Laserrohren untereinander im wesentlichen
gleich sind. Dadurch ist der Temperaturanstieg des Laser
gases in allen Laserrohren im wesentlichen der Gleiche, wo
durch eine stabile Ausgangsleistung des Lasers erzielbar
ist.
Da ferner jeder Rücklauf-Strömungsweg einen Katalysator zum
Neutralisieren des durch elektrische Entladungen ionisier
ten Lasergases enthält, befindet sich das zum Hauptwärme
tauscher zurückströmende Lasergas in einem neutralen Zustand,
so daß es nicht zu elektrischen Entladungen zwischen den
Kathoden und dem Hauptwärmetauscher kommt und die aufgewen
dete elektrische Energie optimal genutzt wird.
Wie aus vorstehender Beschreibung ferner ersichtlich, ist
ein schnelles und müheloses Ausbauen
oder Auswechseln der Kathoden möglich, 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 Genau
igkeit aufrechterhalten läßt.
Claims (4)
1. Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator mit
einer Anzahl von parallel zueinander angeordneten Laserrohren (49a, 49b),
einem Wärmetauscher (43) zum Kühlen von Lasergas aus dieser Anzahl von Laserrohren,
einer Gasumwälzeinrichtung (69) zum Fördern des Lasergases von dem Wärmetauscher zu jedem der Laserrohre und
einer ersten Stützwand (51A) und einer zweiten Stützwand (51B) zum Abstützen der Laserrohre,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Stützwand (51A) an ihrem einen Ende über eine Kugelsitzanordnung (57) an einem ersten Sockel (33A) abgestützt ist, und daß das andere Ende dieser ersten Stützwand (51A) mittels einer Führung (59) und einem Gleitstück (61) an diesem ersten Sockel (33A) befestigt ist, so daß eine Verschiebung der ersten Stützwand (51A) in dieser Führung quer zur Ausrichtung der Laserrohre möglich ist, und
daß die zweite Stützwand (51B) über eine feststehende Führung (65) und ein darin geführtes Gleitstück (67) mit einem zweiten Sockel (33B) verbunden ist, so daß sie relativ zu diesem zweiten Sockel (33B) in Längsrichtung der Laserrohre bewegbar ist.
einer Anzahl von parallel zueinander angeordneten Laserrohren (49a, 49b),
einem Wärmetauscher (43) zum Kühlen von Lasergas aus dieser Anzahl von Laserrohren,
einer Gasumwälzeinrichtung (69) zum Fördern des Lasergases von dem Wärmetauscher zu jedem der Laserrohre und
einer ersten Stützwand (51A) und einer zweiten Stützwand (51B) zum Abstützen der Laserrohre,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Stützwand (51A) an ihrem einen Ende über eine Kugelsitzanordnung (57) an einem ersten Sockel (33A) abgestützt ist, und daß das andere Ende dieser ersten Stützwand (51A) mittels einer Führung (59) und einem Gleitstück (61) an diesem ersten Sockel (33A) befestigt ist, so daß eine Verschiebung der ersten Stützwand (51A) in dieser Führung quer zur Ausrichtung der Laserrohre möglich ist, und
daß die zweite Stützwand (51B) über eine feststehende Führung (65) und ein darin geführtes Gleitstück (67) mit einem zweiten Sockel (33B) verbunden ist, so daß sie relativ zu diesem zweiten Sockel (33B) in Längsrichtung der Laserrohre bewegbar ist.
2. Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stützwand
(51A) an ihrem einen Ende eine hervorstehende Einstellschraube
(55) aufweist, die in die erste Stützwand (51A) eingeschraubt ist.
3. Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittlerer
Bereich der ersten Stützwand (51A) mittels einer begrenzt
flexiblen Schraube (63) mit dem ersten Sockel (33A) verbunden
ist.
4. Hochgeschwindigkeits-Axialstrom-Gaslaseroszillator nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kugelsitzanordnung (57) und die Führung (59) so ausgebildet
sind und zusammenwirken, daß Kipp- oder Drehbewegungen der
ersten Stützwand (51A) ermöglicht werden.
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