DE3734690A1 - Ankoppelvorrichtung fuer hf-energie an laser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Haupt­ anspruchs.

Leistungslasern (CO₂-Lasern) führt man die Energie über eine Kapazität zu. Die Kapazitäten können zur richtigen Aufteilung der Leistung dienen. Dies bedeutet, daß sie in der Lage sein müssen, im Kilowattbereich Energie zu übertragen. Dies wiederum bedeutet, daß sie wärmefest sein müssen, ganz abgesehen davon, daß der Laser ja beim Arbeiten warm wird und sie daher auch Strahlungswärme oder Wärme über die Zuführungsleitungen erhalten. Die Kapazitäten dienen auch zur galvanischen Trennung. Schließlich können sie dazu herangezogen werden, den Schwingkreis zu beeinflussen. Die Frequenzen der HF-Energie liegen im Bereich der ersten Megahertzdekade bis zu einigen zig Megahertz, d. h. zum Beispiel zwischen 5 MHz und 30 MHz. Das später noch zu beschreibende bevorzugte Ausführungsbeispiel arbeitet bei 13,5 MHz.

Auch bei Leistungslasern hat man das Bestreben, diese immer kleiner zu bauen. Hieran hindert aber im Stand der Technik die Abmessung der zu verwendenden Kondensatoren. Man kann die Laserstrecken nicht nahe genug nebeneinander verlaufen lassen. Jede Laserstrecke muß ja auch aus Sicher­ heitsgründen HF-mäßig abgeschirmt werden, was in der Praxis durch einen im Querschnitt meist U-förmigen Deckel geschieht. Die Größe des Deckels bestimmt nach außen hin den Raumverbrauch für die Laserstrecke. Wegen der Lage und der Abmessung der Kondensatoren mußte man relativ große Deckel verwenden, denn auch die Kondensatoren müssen innerhalb der Ab­ schirmung sein.

Darüber hinaus sind natürlich die Kondensatoren Bauteile, die man kaufen muß, am Lager halten muß und die nur in bestimmten Größenstufen (auch der Kapazität nach) erhältlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die gestattet, wesentlich kompakter zu bauen, so daß die Laserrohre (meistens aus Quarz­ glas bestehend) näher aneinander rücken können, so daß schlußendlich auch die Abdeckung für die Laserstrecke kleingehalten werden kann.

Natürlich sollen keine Zugeständnisse in bezug auf die Wärmefestigkeit, die Übertragbarkeit von Energie und den einfachen Aufbau gemacht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Man nützt nunmehr die ohnehin vorhandene Ober­ fläche der ersten Kontaktelektrode aus. Die Folie selbst ist dem Volumen nach völlig zu vernachlässigen und eine elektrische Leiterbahn hat - selbst wenn sie sehr steif ist, - eine vernachlässigbare Dicke. Man muß ja den Kontaktelektroden ohnehin über eine Leiterbahn die HF-Energie zuführen, so daß die Leiterbahn an und für sich auch kein weiterer Aufwand ist. Da ja die Kontaktelektroden gekühlt sind bleibt der so gebildete Kondensator auch kühl mit allen hieraus resultierenden Vorteilen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 erreicht man, daß man zu vergleichs­ weise großen Kapazitäten kommen kann, denn man macht ja die Kontakt­ elektroden nur unwesentlich kürzer wie die Laserrohre lang sind, so daß eine solche Kontaktelektrode eine Länge bis in die zig Zentimeter hat und dementsprechend der Teilbereich lang gemacht werden kann. Seine Erstreckung der Breite nach - um zu einer Fläche zu kommen - ist dann kein Problem. Außerdem wird dann die Elektrode über diese Länge mit Energie versorgt und nicht etwa nur über einen kleinen Querschnitt angeschlossen, so daß die Kontaktelektrode auf ihre gesamte Länge HF-mäßig angeschlossen ist. Da gekühlte Kontaktelektroden - z. B. im Gegensatz zu aus Blechstreifen gebildeten Elektroden - stets sehr massive Metallstäbe sind, beeinflußt diese es überhaupt nicht, wenn sie mechanisch und auch elektrisch einen solchen langen Kondensator tragen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 erreicht man, daß auf einen solchen Längs­ streifen die häufig als Längsstreifen angebotenen Folien passen und diese dann gegebenenfalls nur noch an einem Rand beschnitten werden müssen, falls sie zu breit sein sollten. Zu einem solchen Längsstreifen passen also die auf Rollen angebotenen Folienbahnen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 4 sieht der Teilbereich das zugehörige Laserrohr nicht, d. h. daß er auch nicht von Strahlungswärme beaufschlagt wird und deshalb noch kühler bleibt. Außerdem bleiben die Flanken der Kontakt­ elektrode für die Kühlungsbohrungen und Kühlungsanschlüsse frei. Der Rücken der Kontaktelektrode kann ohne weiteres eben gehalten werden, da er sonst keine Aufgaben hat. Auch stört aus anderen Gründen am wenigsten, wenn der Rücken zur Bildung des Kondensators verwendet wird.

Durch die Merkmale des Anspruchs 5 erreicht man, daß die Kapazität maximal hoch ist, denn Unterbrechungen, Welligkeiten oder dergleichen würden die Kapazität heruntersetzen, da diese den Abstand zwischen den Kondensator­ elektroden bildenden Bereiche vergrößert würden.

Durch die Merkmale des Anspruchs 7 vermeidet man Überschläge zwischen der elektrischen Leiterbahn und der Kontaktelektrode.

Durch die Merkmale des Anspruchs 8 braucht man lediglich den gesamten Rücken mit Folie zu bedecken, was billiger ist, als wenn man auf dem Rücken nur ein bestimmtes Feld mit Folie bedecken müssen. Insbesondere eignet sich ein solches Vorgehen, wenn die Folie auf der einen Seite selbstklebend ist. Ist die Folie für den Rücken an sich zu breit, dann macht dies nichts aus, weil man sie dann nur noch entsprechend den Rändern des Rückens beschneiden muß, nachdem sie aufgeklebt worden ist.

Durch die Merkmale des Anspruchs 9 erreicht man ein sehr alterungsbeständiges Dielektrikum in bezug auf die Betriebsbedingungen bei einem Laser. Außerdem gibt es Folien dieses Typs in allen möglichen, feingestuften Dicken, so daß auch der Kapazitätswert fein gestuft werden kann.

Durch die Merkmale des Anspruchs 10 braucht man die Leiterbahnen nicht auf die Folie aufdampfen oder dergleichen. Vielmehr kann man die Leiter­ bahnen der Konstruktion als separates Bauteil beigeben. Wenn das Metall­ profil biegesteif ist, dann liegt es ohne Wellungen auch dicht an der Folie an.

Durch die Merkmale des Anspruchs 11 baut das Metallprofil nieder, was nicht in diesem Ausmaß der Fall wäre, wenn es z. B. ein U-Profil wäre.

Durch die Merkmale des Anspruchs 12 verteilt das Metallprofil die Energie gleichmäßig auf seiner ganzen Länge und es entstehen keine Stoßstellen, an denen die Folie durchgedrückt werden könnte oder eingedrückt werden könnte.

Durch die Merkmale des Anspruchs 13 kann man die Kontaktelektroden in unterschiedlich große Elektroden aufteilen, was in manchen Fällen konstruktive Vorteile mit sich bringt.

Insbesondere im Zusammenhang mit den Merkmalen des Anspruchs 14 macht dies Sinn, da man nunmehr in der Lage ist, längs des Laserrohrs unterschied­ lich große Kapazitäten vorzusehen. Zum Beispiel können die stromauf liegenden Teilelektroden eine dünnere Folie tragen als weiter stromab, so daß dort mehr HF-Energie eingekoppelt wird. Aber auch andere Kapazitätsverläufe lassen sich dadurch realisieren.

Durch die Merkmale des Anspruchs 15 kann man sowohl das Metallprofil am Rücken der ersten Kontaktelektroden befestigen als auch die beiden Kontakt­ elektroden feinfühlig gegen das Laserrohr drücken.

Durch die Merkmale des Anspruchs 16 erreicht man, daß dieses Andrücken symmetrisch erfolgt und keinerlei Kippneigung der Kontaktelektroden gegen­ einander erzeugt wird.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung be­ schrieben. In der gegenüber der Natur vergrößerten Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Rücken der an einem Laserrohr befestigten Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß dem Pfeil 2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine nochmals vergrößerte Darstellung eines Schnitts längs der Linie 3.3 in Fig. 2.

Ein aus Quarzglas bestehendes kreiszylindrisches Laserrohr 11 erstreckt sich längs einer geometrischen Längsachse 12 und ist an seinen beiden Enden von je einer Fassung 13 gefaßt. Das Gas strömt gemäß dem Pfeil 14 im Laserrohr 11. Gemäß Fig. 2 und 3 ist oberhalb des Laserrohrs 11 eine erste Kontaktelektrode 16 bestehend aus zwei Teilelektroden 17, 18 vorge­ sehen. Die Teilelektrode 17 ist mehr als doppelt so lang wie die Teilelektrode 18. In Längsrichtung gesehen haben sie einen kleinen, jedoch einen elektrischen Überschlag verhindernden Abstand. Unterhalb des Laserrohrs 11 ist eine zweite Kontaktelektrode 19 vorgesehen, die genau gegenüber der ersten Kontaktelektrode 16 liegt. Mit Rinnen 21, die koaxial zur Längsachse 12 sind, liegen die Kontaktelektroden 16, 19 satt an den oberen und unteren Umfangsbereichen des Laserrohrs 11 an. Die Teilelektroden 17, 18 und die Kontaktelektrode 19 sind einstückig aus massivem Aluminium hergestellt, in dem nicht gezeichnete Kühlungsbohrungen mit nicht gezeichneten Kühlungs­ anschlüssen vorgesehen sind. Die gemäß Fig. 3 einander am nächsten kommenden Stirnflächen 22 der Kontaktelektroden 16, 19 bei etwa 3 Uhr und 9 Uhr (Fig. 3) sind so weit voneinander entfernt, daß dort mit Sicherheit kein elektrischer Überschlag auftritt. Die in Fig. 3 senkrechten Flanken 23 der Kontaktelektroden 16, 19 fluchten untereinander und haben voneinander in Seitenrichtung gesehen einen größeren Abstand voneinander als es dem Außendurchmesser des Laserrohrs 11 entspricht.

An der gemäß Fig. 3 rechten Flanke 23 der zweiten Kontaktelektrode 19 ist mittig mit einer Schraube 24 ein Kupferblech 26 angeschraubt. Da dieses elektrisch Masse hat, hat auch die zweite Kontaktelektrode 19 Masse.

Es sind drei Joche 27, 28 und 29 vorgesehen, die aus einem elektrisch nicht leitenden, wärmefesten Kunststoff bestehen. Dabei ziehen die Joche 27, 28 die Teilelektrode 17 gegen das Laserrohr 11, ebenso wie den linken Bereich der Kontaktelektrode 19 und das Joch 29 zieht die Teilelektrode 18 und die Kontaktelektrode 19 im rechten Bereich in gleicher Weise. Jedes Joch hat zwei Längsschenkel 31, 32, deren Innenseiten mit Ausnahme einer Hohlkehle 33 im Bereich der Stirnflächen 22 eben sind und an den Flanken 23 diese auch führend anliegen. Die unteren Enden der Längsschenkel 31, 32 sind mittels Schrauben 34 an den Flanken 23 der zweiten Kontakt­ elektrode 19 in deren unteren Bereich fest angeschraubt. Auf die obere Stirn­ fläche der Längsschenkel 31, 32 ist mittels Schrauben 36 ein biegesteifer Querschenkel 37 angeschraubt. Genau in der Mitte und senkrecht über der geometrischen Längsachse 12 hat jedes Joch 27, 28, 29 eine Druckschraube 38, 39, 41.

Die Teilelektroden 17, 18 haben planebene Rücken 42, 43, die vollständig miteinander fluchten. Auf dem Rücken 42 ist auf dessen kompletter, länglich rechteckiger Fläche eine selbstklebende Folie 44 aufgeklebt, die jedoch so dünn ist, daß sie in Fig. 2 nicht zeichenbar ist. Auch auf den Rücken 43 ist eine selbstklebende Folie 46 aufgeklebt, die in Fig. 3 nur deshalb sichtbar ist, weil sie erheblich der Dicke nach übertrieben dargestellt ist. Die Folien 44, 46 sind aus Tetra-Fluor-Äthylen, z. B. Folien aus Teflon (eingetragenes Warenzeichen). Auf der Folie 44 in der Ansicht von Fig. 1 symmetrisch zur Längsachse 12 liegt ein I-Profil 47 (auch Flachprofil genannt) aus Aluminium, das mehrere Millimeter dick ist. Sein rechter Rand 48 und sein linker Rand 49 erstreckt sich parallel zu den Flanken 23 und damit zum entsprechenden Rand der Folie 46, die nur bis zu den Flanken 23 reicht. Von den Flanken 23 haben die Ränder 48, 49 einen erheblichen Abstand. Sinngemäß das Gleiche gilt für die Querränder 51, 52 des I-Profils 47. Die Flächengröße der Unterseite 53 des I-Profils 47, der Abstand zum Rücken 42 und die dielektrischen Eigenschaften der Folie 44 bestimmen die Größe der Kapazität des Kondensators. Es wirkt also nur ein Teilbereich des Rückens 43 als Kondensatorelektrode.

Die Druckschraube 38 drückt auf die Oberseite des I-Profils 47 in seinem linken Bereich und die Druckschraube 39 drückt im rechten Bereich des I-Profils 47.

Die Folie 46 auf dem Rücken 43 der gemäß Fig. 1 und 2 rechten Teil­ elektrode 18 ist nach den gleichen Prinzipien angebracht. Auf ihr liegt ein ebenfalls nach den gleichen Prinzipien wie das I-Profil 47 gestaltetes I- Profil 54, das also eben solche und fluchtende Ränder 48, 49, Querränder 51, 52 und eine Unterseite 53 hat.

Würde man die Folie 44 um die Querkante 56 ein Stück nach unten schlagen und würde man die Folie 46 um die Querkante 57 ein Stück nach unten schlagen, dann könnte man das I-Profil 47, 54 einstückig machen, d. h. durchlaufend machen.

Mit einer Schraube 58 ist ein Kupferblech 59 sowohl elektrisch als auch mechanisch am rechten Endbereich des I-Profils 47 befestigt. Natürlich geht die Schraube 58 nicht durch die Folie 44 hindurch. Das Kupferblech 59 liegt in seinem rechten Bereich auch auf dem I-Profil 54 auf und kontaktiert auch dieses HF-mäßig. Das Kupferblech 59 führt die HF heran. Das Kupferblech 59 verläuft unterhalb des Querschenkels 37 des Jochs 29 und dessen Druck­ schraube 41 drückt sowohl das Kupferblech 59 gegen das I-Profil 54 als auch dieses gegen die Folie 46. Da das Kupferblech 59 um die Dicke der I-Profile 47, 54 höher als der Rücken 42, 43 liegt, erfolgt kein Überschlag.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum kapazitiven Ankoppeln von HF-Energie an eine Laserstrecke,
mit einer Zuführungsleitung,
mit einem in der Zuführungsleitung liegenden Kondensator, der eine erste Kondensatorelektrode, eine zweite Kondensatorelektrode und ein zwischen den beiden Kondensatorelektroden liegendes Dielektrikum aufweist,
mit zwei ein dielektrisches Laserrohr umfassenden, gekühlte Kontakt­ elektroden,
und mit einer Abführleitung, die zumindest elektrisch mit an der zweiten Kontaktelektrode verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Einen Teilbereich der Oberfläche zumindest der ersten Kontaktelektrode ist die erste Kondensatorelektrode,
• b) Auf dem Teilbereich liegt eine dielektrische Folie, die das Kondensatordielektrikum bildet,
• c) Auf der Folie liegt eine elektrische Leiterbahn, die die zweite Kondensatorelektrode bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil­ bereich sich längs der Kontaktelektrode erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil­ bereich ein Längsstreifen mit geraden Längsbauten ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil­ bereich auf dem Rücken der Kontaktelektrode liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil­ bereich eben ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie selbstklebend ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie sich über den Teilbereich hinaus erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesent­ lichen der gesamte Rücken der Kontaktelektroden mit der Folie bedeckt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus einem Material vom Typ Tetra-Fluor-Äthylen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter­ bahn ein biegesteifes Metallprofil ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall­ profil ein I-Profil ist, das sich auf dem Teilbereich erstreckt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall­ profil einstückig ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kontaktelektrode mindestens zwei Teilelektroden umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie auf den Teilelektroden Teil-Folienstücke unterschiedlicher Dicke aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Metallprofil Druckschrauben von Befestigungsjochen drücken, welche Befestigungsjoche - über die Druckschrauben - die Kontaktelektroden gegen ein die Laserstrecke umschließendes Rohr drücken.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ schrauben jeweils mittig an einem Querjoch jedes Befestigungsjochs vorgesehen sind und auch die Druckschrauben für die Kontaktelektroden sind.