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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Laser, der zirkulierendes Kühlwasser
verwendet und insbesondere betrifft sie einen Laser, bei dem die
Art der Steuerung für
das Kühlwasser
verbessert ist.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Wie
allgemein bekannt, wird zirkulierendes Kühlwasser verwendet, um eine Überhitzung
eines Lasermediums zu vermeiden, die im Betrieb eines Lasers oder
während
der Laseroszillation auftreten kann. 1 zeigt
schematisch den Aufbau eines solchen Lasers nach dem Stand der Technik.
Wie gezeigt, ist ein Laseroszillator 1 eine Vorrichtung
für eine
Laseroszillation, indem Energie von einer Laserenergieversorgung 3 aufgenommen
wird. Die Energieversorgung 3 wird von einem Steuerteil 2 gesteuert.
Das Steuerteil 2 schickt einen Laserausgangsbefehl an die
Energieversorgung 3, so dass der Laseroszillator 1 den
Laserstrahl ausgibt.
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Der
ausgehende Laserstrahl wird beispielsweise für eine Laserbearbeitung verwendet.
Wenn das Steuerteil 2 einen Laserstoppbefehl an die Energieversorgung 3 sendet,
stoppt der Laseroszillator 1 mit der Laseroszillation,
um die Ausgabe des Laserstrahls zu stoppen. An diesem Punkt kann
der Laserausgangsbefehl zwei Befehlstypen enthalten, das heißt einen
für eine
kontinuierliche Oszillation und einen für eine gepulste Oszillation.
In dieser Beschreibung wird auch im letzteren Fall die Situation,
in der die gepulste Oszillation wiederholt wird, als „während der
Laseroszillation" bezeichnet.
Das Steuerteil 2 hat ein nicht gezeigtes Handbetätigungsteil,
beispielsweise ein Bedienfeld mit einer Taste, einer Anzeige und
einer Tastatur, die in dem Steuerteil 2 in bekannter Weise
angeordnet sind. Somit kann eine Bedienungsperson das Steuerteil 2 bedienen,
um Befehle für
das Steuerteil 2 auszugeben.
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Wie
bekannt ist, erzeugt, während
der Laseroszillator 1 den Laserstrahl ausgibt, das gasförmige oder
feste Lasermedium Wärme
und die Temperatur des Mediums und eines umgebenden Bauteils wird erhöht. Daher
hat die Lasereinheit einen Kanal für Kühlwasser (nachfolgend zirkulierendes
Kühlwasser genannt),
das innerhalb des Laseroszillators 1 strömt. Durch
Zirkulierenlassen des Kühlwassers
in dem Kanal kann eine Überhitzung
des Lasermediums und des umgebenden Bauteils vermieden werden und
die Temperatur während
der Laseroszillation kann stabil gemacht werden.
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Um
das zirkulierende Kühlwasser
zu führen, wird
eine Wasserfördervorrichtung 10 verwendet.
Die Wasserfördervorrichtung 10 wird
von einer Antriebseinheit 4 betätigt, die vom Steuerteil 2 gesteuert
wird. Die Wasserfördervorrichtung 10 und
die Antriebseinheit 4 werden beispielsweise durch eine
Kombination aus Pumpe und Antriebsinverter für die Pumpe gebildet. Das zirkulierende
Kühlwasser
wird einem Tank 12 entnommen und von der Wasserfördervorrichtung 10 geliefert.
Das gelieferte Wasser wird in zwei Ströme aufgeteilt. Das Wasser eines
der Ströme
wird gereinigt, indem es einen Filter 11 für das Kühlwasser durchströmt und strömt in den
Laseroszillator 1. Das Wasser nimmt Wärme des Lasermediums und des umgebenden
Bauteils auf und strömt
dann in einen Wärmetauscher 13.
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Das
zirkulierende Kühlwasser
wird zu dem Tank 12 zurückgeführt, nachdem
das zirkulierende Kühlwasser
einen Wärmetausch
mit Primärkühlwasser
in dem Wärmetauscher 13 durchgeführt hat.
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Das
Primärkühlwasser
wird der Lasereinheit von einem Einlass 20 zugeführt und
strömt
in einem Kanal, der nicht derjenige für das zirkulierende Kühlwasser
ist. Sodann führt
das Primärkühlwasser
den Wärmetausch
mit dem zirkulierenden Kühlwasser durch
und strömt über einen
Auslauf 21 aus dem Laser. Mit anderen Worten, innerhalb
des Wärmetauschers 13 sind
Kanäle
für das
zirkulierende Wasser und das Primärkühlwasser voneinander getrennt. Das
Primärkühlwasser
und das zirkulierende Kühlwasser
vermischen sich nicht.
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Andererseits
wird das Wasser eines anderen Stromes, der unterschiedlich zu den
obigen beiden Strömen
ist, dem Tank 12 zurückgeführt, nachdem Metallionen
in dem Wasser etc. entfernt wurden, indem der Strom durch ein Ionentauscherharz 14 geführt wurde.
Auf diese Weise kann das zirkulierende Wasser in einem Kanal oder
Kreis zirkulieren.
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Es
sei festzuhalten, dass, während
die Wasserfördervorrichtung 10 läuft und
das Kühlwasser
zirkuliert, das zirkulierende Wasser zum Kühlen des Laseroszillators 1 von
dem Filter 11 oder dem Ionentauscherharz 14 gereinigt
wird; wenn die Vorrichtung 10 jedoch angehalten wird, wird
das zirkulierende Wasser nicht länger
gereinigt und kühlt
den Laseroszillator 1 nicht.
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Im
Betrieb des Lasers, der ein derartiges Kühlsystem verwendet, wird im
Stand der Technik ein Betriebsablauf gemäß 2 verwendet.
Zuerst ist vor dem Starten des Lasers die Wasserfördervorrichtung 10 in
einem Stoppzustand und das Kühlwasser zirkuliert
nicht (oder ist in einem gestoppten Zustand). Ausgehend von diesem
Zustand wird zur Zeit A1 die Wasserfördervorrichtung 10 durch
einen Befehl von der Bedienungsperson aktiviert, um das Kühlwasser
zirkulieren zu lassen (oder um den Zustand in einen Förderzustand
zu ändern).
Danach wird die Laseroszillation zu einer Zeit B1 durch einen Befehl
von der Bedienungsperson gestartet und wird zu einer Zeit C1 durch
einen anderen Befehl von der Bedienungsperson gestoppt. Weiterhin
wird zu einer Zeit D1 die Wasserfördervorrichtung 10 ebenfalls durch
einen Befehl von der Bedienungsperson gestoppt, so dass die Zirkulation
des Kühlwassers
gestoppt wird (oder zu dem Zustand des gestoppten Zustands zurückgekehrt
wird).
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In
vielen Fällen
wird ein so betriebener Laser nicht weiter betrieben und daher verbleibt
das Kühlwasser
bis unmittelbar vor dem Start der nächsten Laseroszillation in
dem gestoppten Zustand. Nachdem eine Zeitperiode vom Stoppen zum
Neustarten der Zirkulation des Kühlwassers
verstrichen ist oder zu einer Zeit A2 wird die Wasserfördervorrichtung 10 wieder
durch den Befehl von der Bedienungsperson aktiviert, so dass das
Kühlwasser
erneut zirkuliert. Danach werden zu den Zeiten B2, C2 und D2 die
Laseroszillation, der Stopp der Oszillation und der Stopp der Zirkulation
des Wassers entsprechend durchgeführt, wie oben beschrieben,
was zu dem gestoppten Zustand führt.
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Laser,
wie sie oben beschrieben werden, sind aus der JP-A-03283684 bekannt.
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Das
Problem in diesem Fall ist, dass dann, wenn die Vorrichtung 10 gestoppt
wird, das zirkulierende Wasser nicht länger vom Filter 11 oder
dem Ionentauscherharz 14 gereinigt wird und den Laseroszillator 1 wie
oben beschrieben nicht kühlt.
Wenn daher eine Zeitperiode des gestoppten Zustands relativ lang
ist, kann am Filter 11 oder im Ionentauscherharz 14 Schimmel
auftreten und Bakterien können
sich in dem stehenden Wasser ausbreiten, was die Qualität des Kühlwassers
verschlechtern kann. Wenn die Laseroszillation unter einer Bedingung
aktiviert wird, in der die Qualität des Kühlwassers verschlechtert ist, kann
der Laserausgang abnehmen.
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Bislang
wurde eine einfache Technik zum ökonomischen
Vermeiden des Schimmelwachstums am Filter oder im Ionentauscherharz,
so dass die Qualität
des Kühlwassers
nicht verschlechtert wird, in veröffentlichten Druckschriften
nicht gefunden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laser zu schaffen,
um ökonomisch das
Wachstum von Schimmel am Filter oder dem Ionentauscherharz und die
Qualitätsverschlechterung des
Kühlwassers
zu vermeiden, die in einer Ruhezeit der Laseroszillation auftreten
kann.
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Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt, die obigen Probleme zu lösen, indem
das Kühlwasser während der
Ruhezeit der Laseroszillation intermittierend zirkuliert wird.
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Genauer
gesagt, die vorliegende Erfindung schafft einen Laser, der aufweist:
einen Kühlwasserkreislauf
zum Kühlen
eines Lasermediums; eine Wasserfördervorrichtung
zum Fördern
des Kühlwassers
derart, dass das Kühlwasser
in dem Kreislauf zirkuliert; eine Steuervorrichtung zur Steuerung
der Förderung
durch die Wasserfördervorrichtung;
eine Reinigungsvorrichtung, die in dem Kreislauf angeordnet ist,
um das im Kreislauf zirkulierende Kühlwasser zu reinigen, wobei
die Steuervorrichtung die Wasserfördervorrichtung derart steuert,
dass während
einer Periode der Laseroszillation die Fördervorrichtung das Kühlwasser
kontinuierlich fördert;
und während einer
Ruhezeit der Laseroszillation die Fördervorrichtung das Kühlwasser
intermittierend derart fördert, dass
zwischen einem Förderzustand,
in dem das Kühlwasser
in dem Kreislauf zirkuliert und einem Stoppzustand gewechselt wird,
in dem das Kühlwasser
in dem Kreislauf nicht zirkuliert.
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Der
Laser kann weiterhin einen Wärmetauscher
aufweisen, der in dem Kreislauf angeordnet ist, sowie eine Leitung
zum Strömenlassen
von Primärkühlwasser
im Wärmetausch
mit dem Kühlwasser
im Wärmetauscher.
Vom ökonomischen
Gesichtspunkt her ist es bevorzugt, dass der Strom von Primärkühlwasser
in dem Förderzustand
während
der Ruhezeit der Laseroszillation gestoppt ist.
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Es
ist bevorzugt, dass die Wasserfördervorrichtung
das Kühlwasser
mit dem Ein- bis Zwanzigfachen des Volumens eines Tanks, der in
dem Kreislauf für
das Kühlwasser
angeordnet ist, innerhalb höchstens
48 Stunden in dem Förderzustand
während
der Ruhezeit der Laseroszillation fördert.
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Es
ist bevorzugt, dass die Reinigungsvorrichtung ein Partikelfilter
mit einer Maschengröße gleich
oder kleiner als 25 Mikrometer ist.
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Die
Wasserfördervorrichtung
kann in das Gehäuse
des Lasers eingebaut sein. Alternativ kann die Wasserfördervorrichtung
außerhalb
des Gehäuses
des Lasers angeordnet sein.
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Der
Stoppzustand kann zu dem Förderzustand
gewechselt werden, wenn eine erste vorbestimmte Zeitdauer seit dem
Beginn des Stoppzustandes verstrichen ist. Auch kann der Förderzustand
in den Stoppzustand gewechselt werden, wenn eine zweite vorbestimmte
Zeitdauer seit dem Beginn des Förderzustands
verstrichen ist.
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Der
Laser kann weiterhin eine Messvorrichtung aufweisen zur Messung
einer elektrischen Leitfähigkeit
des Kühlwassers
und ein Ionentauscherharz in dem Kreislauf zum Entfernen von Metallionen aus
dem Kühlwasser.
In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn die Steuervorrichtung die
Wasserfördervorrichtung
so steuert, dass eine Flussrate durch das Ionentauscherharz derart
ist, dass die von der Messvorrichtung gemessene elektrische Leitfähigkeit
des Kühlwassers
einen bestimmten oberen Grenzwert nicht überschreitet. Dieser obere
Grenzwert ist vorteilhafterweise gleich 3 Mikrosiemens/cm.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden Beschreibung von
bevorzugten Ausführungsformen
hiervon unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, wobei:
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1 eine
Darstellung eines Beispiels des Aufbaus eines Lasers nach dem Stand
der Technik ist;
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2 eine
Darstellung des Betriebsablaufs des Lasers von 1 ist;
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3 eine
Grafik ist, die das Bakterienwachstum während einer Förderstoppperiode
und die Abnahme von Bakterien nach Wiederaufnahme der Wasserförderung
zeigt;
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4 eine
Grafik ist, die die Änderung
der Bakterienanzahl während
der intermittierenden Förderung
pro Tag des Wassers anzeigt;
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5 eine
Grafik ist, die eine Abhängigkeit einer
asymptotischen Anzahl von Bakterien auf einer Filtermaschengröße zeigt,
wenn die intermittierende Förderung
des Wassers pro Tag für
eine lange Zeitdauer durchgeführt
wird;
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6 eine
Darstellung ist, die den Betriebsablauf eines Lasers zeigt, bei
dem das Kühlwasser während einer
Ruhezeit der Laseroszillation zirkuliert.
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7 eine
Darstellung ist, die den schematischen Aufbau eines Lasers gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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8 eine
Darstellung ist, die einen schematischen Aufbau eines Lasers gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 eine
Darstellung ist, die den Betriebsablauf des Lasers von 7 zeigt;
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10 ein
Flussdiagramm ist, um den Prozess eines intermittierenden Fördermodus
der Ausführungsform
der Erfindung zu erläutern;
und
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11 eine
Darstellung ist, die den schematischen Aufbau einer Lasereinheit
gemäß noch einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung zeigt, bei der eine Wasserfördervorrichtung außerhalb
eines Gehäuses
des Lasers liegt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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3 ist
eine Grafik, die eine Beziehung zwischen der Anzahl von Bakterien
und der Zirkulation des Kühlwassers
angibt. Genauer gesagt, ein experimentelles Ergebnis des Bakterienwachstums,
wenn das Kühlwasser
nicht zirkuliert oder während
der Förderstoppzeitdauer
und der Abnahme von Bakterien nach Wiederaufnahme der Wasserzirkulation.
In dieser Grafik gibt die Abszisse die Zeit an, nachdem die Förderung
des Kühlwassers
gestoppt wurde und die Ordinate gibt die Anzahl von Bakterien pro
Einheitsvolumen des Kühlwassers
(a.u.) an. Mit anderen Worten, die Grafik gibt die Änderung
der Bakterienanzahl an, die durch mikroskopische Untersuchung erkannt
wurde. Anhand der Grafik lassen sich die folgenden Punkte verstehen:
- (1) Die Anzahl von Bakterien nimmt ab dem Förderstopp
des Wassers bis zur Wiederaufnahme der Förderung oder nach 72 Stunden
zu
- (2) Insbesondere steigt die Anzahl von Bakterien nach 48 Stunden
nach Förderstopp
merklich an.
- (3) Die Anzahl von Bakterien nimmt nach Wiederauf nahme der
Förderung
oder der Zirkulation des Kühlwassers
ab.
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4 ist
eine Grafik, die ein experimentelles Ergebnis der Änderung
der Bakterienanzahl im Laser angibt. In der Grafik gibt die Abszisse
die Anzahl von Tagen seit Beginn des Experiments an und die Ordinate
die Anzahl von Bakterien (gezählt
als Anzahl von Bakterienkolonien; nachfolgend wird auch die Kolonienummer
verwendet). Mit anderen Worten, die Grafik gibt auch eine Änderung
der erkannten Anzahl von Bakterien an. Anhand der Grafik lassen
sich die folgenden Punkte verstehen:
- (4) Wenn
die Förderung
einmal am Tag durchgeführt
wird, erreicht die Anzahl von Bakterien eine konstante asymptotische
Anzahl.
- (5) Die konstante asymptotische Anzahl hängt von der Filtermaschengröße ab. Wenn
die Filtermaschengröße kleiner
(oder die Masche feiner ist), ist die asymptotische Anzahl niedriger.
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Wie
oben beschrieben, kann dann, wenn die Förderung einmal am Tag durchgeführt wird,
das Bakterienwachstum entsprechend der Filtermaschengröße begrenzt
werden. In diesem Zusammenhang zeigt 5 eine Grafik,
die eine Beziehung zwischen der Filtermaschengröße und der asymptotischen Anzahl
von Bakterienkolonien (oder die Anzahl von Bakterien in einem stationären Zustand) zeigt,
wenn die Förderung
einmal am Tag oder intermittierend durchgeführt wird.
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Zusätzlich kann
durch das Experiment verstanden werden, dass die Anzahl von Bakterien
nicht gesteuert werden kann, wenn diese Anzahl größer als
8.000 pro Einheit ist. Das heißt,
in einem Zustand, in dem die Förderung
des Kühlwassers
einmal am Tag durchgeführt
wird, ist die obige asymptotische Anzahl von Bakterien schwierig
zu ermitteln, wenn die Anzahl von Bakterienkolonien 8.000 pro Einheit übersteigt.
Wie in 5 gezeigt, ist die Filtermaschengröße entsprechend „Bakterienanzahl
von 8.000 pro Einheit" 25 μm. Mit anderen
Worten, in dem Zustand, in dem die Förderung intermittierend einmal am
Tag durchgeführt
wird, kann das Bakterienwachstum begrenzt werden, indem ein Filter
mit einer Maschengröße unter
25 μm verwendet
wird.
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Ein
einfacher Weg, die Qualitätsverschlechterung
des Kühlwassers
während
der Zeitdauer des Förderstopps
zu vermeiden, ist eine kontinuierliche Zirkulation, in der die Wasserfördervorrichtung
betrieben wird, selbst wenn der Laser nicht in Gebrauch ist.
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Das
heißt,
in einem Prozess gemäß 6 kann
dann, wenn das Kühlwasser
stets zirkuliert, die Qualität
des Kühlwassers
in gutem Zustand gehalten werden, wodurch der Schimmelwachstum am
Filter oder im Ionentauscherharz vermieden werden kann. Ganz offensichtlich
ist diese Vorgehensweise jedoch nicht ökonomisch. Daher wird nachfolgend
eine Ausführungsform
beschrieben, mit der das Kühlwasser ökonomisch
und ausreichend gereinigt werden kann.
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Eine
Ausführungsform
gemäß der Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die 7–10 beschrieben.
Ein Bauteil, welches das gleiche ist, wie es in 1 beschrieben
wurde, wird mit dem gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen
und eine nochmalige Beschreibung des Bauteils wird – wenn passend – weggelassen.
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In 7 ist
ein schematischer Aufbau eines Lasers gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Im Vergleich von 7 mit 1 ist
offensichtlich, dass der Aufbau des Lasers gleich wie bei einem
herkömmlichen
Laser sein kann. Jedoch wird anstelle des Steuerteils 2 von 1 ein
Steuerteil 30 verwendet, da der Steuerinhalt für die Wasserfördervorrichtung 10 anders
ist, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Genauer
gesagt, ein Laseroszillator 1 ist eine Vorrichtung zum
Oszillierenlassen eines Laserstrahls bei Leistungsaufnahme von einer
Laserleistungsversorgung 3. Die Leistungsversorgung 3 wird
von einer Steuervorrichtung oder dem Steuerteil 30 gesteuert. Das
Steuerteil 30 schickt einen Laserausgangsbefehl an die
Energieversorgung 3, so dass der Laseroszillator 1 schwingt
und den Laserstrahl ausgibt. Der ausgegebene Laserstrahl wird beispielsweise
für eine
Laserbearbeitung verwendet.
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Wenn
das Steuerteil 30 einen Laserstoppbefehl an die Energieversorgung 3 sendet,
stoppt der Laseroszillator 1 mit der Laserschwingung, um
die Ausgabe des Laserstrahls zu stoppen. An diesem Punkt kann der
Laserausgangsbefehl zwei Befehlstypen enthalten, nämlich für kontinuierliche
Oszillation und gepulste Oszillation. Wie oben beschrieben, wird auch
der letztere Fall die Situation, bei der die gepulste Oszillation
wiederholt wird, als „während der Laseroszillation" bezeichnet. Das
Steuerteil 30 hat ein nicht gezeigtes manuelles Bedienteil,
beispielsweise ein Bedienfeld mit einer Taste, einer Anzeige und
einer Tastatur, die am Steuerteil 30 in bekannter Weise
angeordnet sind. Daher kann eine Bedienungsperson das Steuerteil 30 bedienen,
um von dem Steuerteil 30 Befehle auszugeben.
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Die
Lasereinheit hat einen Kanal, um innerhalb des Laseroszillators 1 Kühlwasser
strömen
zu lassen, um eine Überhitzung
des Lasermediums und eines umgebenden Bauteils zu vermeiden. Um
das zirkulierende Kühlwasser
zu führen,
wird eine Wasserfördervorrichtung 10 verwendet,
die von einer Antriebseinheit 4 betätigt wird, die von einem Steuerteil 30 gesteuert
wird. Die Wasserfördervorrichtung 10 und
die Antriebseinheit 4 werden beispielsweise durch eine
Kombination aus einer Pumpe und einem Antriebsinverter für die Pumpe
gebildet. Das zirkulierende Kühlwasser
wird einem Tank 12 entnommen und von der Wasserfördervorrichtung 10 geliefert. Das
gelieferte Wasser wird in zwei Strömungen aufgeteilt. Wie unter
Bezugnahme auf 1 beschrieben, wird das Wasser
in einem der Ströme
gereinigt, indem es durch eine Reinigungsvorrichtung oder einen
Filter 11 für
das Kühlwasser
geführt
wird und strömt
dann in den Laseroszillator 1. Das Wasser nimmt Wärme vom
Lasermedium und dem umgebenden Bauteil auf und strömt dann
in einen Wärmetauscher 13.
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Das
zirkulierende Kühlwasser
wird nach einem Wärmetausch
mit Primärkühlwasser
in dem Wärmetauscher 13 im
Tank 12 zurückgeführt.
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Wie
oben beschrieben wird das Primärkühlwasser
dem Laser von einem Einlass 20 zugeführt und dann erfährt das
Wasser einen Wärmetausch
mit dem zirkulierenden Kühlwasser
und strömt
aus dem Laser durch einen Auslass 21 heraus.
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Das
Wasser der anderen Strömung
der beiden obigen Strömungen
wird, nachdem Metallionen etc. aus dem Wasser entfernt wurden, indem
es durch ein Ionentauscherharz 14 geführt wird, dem Tank 12 zurückgeführt. Der
Grund für
die Entfernung von Metallionen ist, dass alle Metallionen sich nicht
in dem Kühlwasser
lösen können, wenn
viele Metallionen in dem Wasser enthalten sind (oder die elektrische
Leitfähigkeit
des Wassers hoch ist), so dass sich die Metallionen am Wärmetauscher
oder dem Partikelfilter niederschlagen können, was zu einem Leistungsabfall
beim Wärmetausch
oder einer Abnahme der Flussrate des Kühlwassers durch Einschränkungen
des Kanals führt.
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Der
Leistungsabfall beim Wärmetausch
kann Fehlfunktionen des Laseroszillators verursachen. Auch kann
die Abnahme der Strömungsrate
des Kühlwassers
eine geeignete Steuerzeit T1 ändern, die
vorab unter Verwendung der Strömungsrate
berechnet wurde. Es wurde experimentell herausgefunden, dass die
elektrische Leitfähigkeit
des Kühlwassers
geringer als 3 μS/cm
sein muss, um das System permanent betreiben zu können. Als
einfacher Weg, um die elektrische Leitfähigkeit geeignet aufrecht zu erhalten,
kann eine Überwachungseinheit 16 zur Messung
der elektrischen Leitfähigkeit
des Wassers und eine Alarmvorrichtung zur Anzeige, wenn der Messwert
einen bestimmten Schwellenwert von weniger als 3 μS/cm übersteigt,
verwendet werden.
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Um
weiterhin die Qualität
des Wassers geeignet aufrecht zu erhalten, kann ein elektromagnetisches
Ventil 15 stromaufwärts
oder stromabwärts des
Ionentauscherharzes 14 angeordnet werden. Wenn die elektrische
Leitfähigkeit
des Kühlwassers, die
von der Überwachungseinheit 16 gemessen
wird, größer als
der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird das elektromagnetische
Ventil 15 geöffnet,
um das Wasser in das Harz 14 zu leiten, so dass die elektrische
Leitfähigkeit
abgesenkt wird. Wenn die von der Überwachungseinheit 16 gemessene
elektrische Leitfähigkeit
des Kühlwassers
geringer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird das elektromagnetische
Ventil 15 geschlossen, so dass kein Wasser in das Harz 14 geführt wird
und die elektrische Leitfähigkeit
nicht weiter abgesenkt wird.
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Das
Kühlwasser
strömt
und zirkuliert somit in dem Kanal des Kreislaufs. Eine derartige
Ausgestaltung ist rein exemplarisch und kann auf verschiedene Weise
abgeändert
werden. Beispielsweise kann der Auslass 21 am Kreislauf
angeordnet werden oder die Anordnungen von Harz und Filter können getauscht werden.
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Das
Ionentauscherharz und der Partikelfilter sind Beispiele von Bestandteilen,
die in einem Reinigungsmittel für
das Kühlwasser
enthalten sind. Allgemein gesagt, können auch andere Arten von
Reinigungsmitteln angeordnet werden. Der Wärmetauscher kann auch einen
anderen Aufbau haben, der Wärmetausch
mit Umgebungsluft durchführen
kann, und nicht den Aufbau, der das Primärkühlwasser verwendet. Weiterhin
kann die Wasserfördervorrichtung außerhalb
des Lasers angeordnet werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Nachfolgend
wird die Arbeitsweise des Lasers beschrieben. 9 zeigt
ein Zeitdiagramm eines Beispiels eines Vorgangs bei der Arbeitsweise. Die
Arbeitsweise von einer Zeit A1 bis D1 kann die gleiche wie die oben
beschriebene Arbeitsweise betreffend dem Stand der Technik sein.
Beispielsweise wird die Wasserfördervorrichtung 10 durch
einen Befehl von der Bedienungsperson zu einer Zeit A1 aktiviert
und dann beginnt die Laseroszillation zu einer Zeit B1. Danach wird
die Laseroszillation bei einer Zeit C1 gestoppt und die Wasserfördervorrichtung 10 wird
zu einer Zeit D1 ebenfalls gestoppt. Danach wird angenommen, dass
die Laseroszillation für
eine ziemlich lange Zeit gestoppt wird (beispielsweise aufgrund
von Sommerferien). Zusätzlich
ist es ökonomisch
vorteilhaft, die Strömung
des Primärkühlwassers
in dem Kanal zu stoppen, wenn die Laseroszillation gestoppt wird.
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Der
Steuerteil 30 aktiviert an diesem Punkt oder zu dieser
Zeit D1 einen Timer im Laser. Nach Verstreichen einer vorbestimmten
Dauer R1, die unter 48 Stunden liegt, gibt der Steuerteil 30 einen
Betriebsbefehl an die Wasserfördervorrichtung 10,
ohne dass irgendein Befehl von der Bedienungsperson empfangen wird.
Bei Empfang des Betriebsbefehls beginnt die Wasserfördervorrichtung 10 automatisch wieder
mit der Förderung
von Kühlwasser.
An diesem Punkt kann die Förderung
von Primärkühlwasser
neu gestartet werden.
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Aus
Gründen
der Verständlichkeit
sei ein j-ter Startbefehl für
eine automatische Wasserförderung während der
Ruhezeit der Laseroszillation als „Förderstartbefehl j" bezeichnet. Somit
wird zu der ersten Zeit (j = 1) der „Förderstartbefehl 1" ausgegeben.
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Nach
einer Zeitdauer T1, die die Wasserfördervorrichtung benötigt, das
Kühlwasser
mit einem vorbestimmten Volumen zu zirkulieren, das um das Einfache
größer und
kleiner als das Zwanzigfache des Volumens des Tanks 12 ist,
gibt der Steuerteil 30 einen Stoppbefehl an die Wasserfördervorrichtung 10,
ohne irgendeinen Befehl von der Bedienungsperson zu empfangen. Wenn
das Primärkühlwasser
verwendet wird, ist es ökonomisch
vorteilhaft, die Strömung
des Primärkühlwassers
zur gleichen Zeit zu stoppen.
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Aus
Gründen
der Einfachheit wird ein k-ter Stoppbefehl für die automatische Wasserförderung während der
Ruhezeit der Laseroszillation als „Förderstoppbefehl k" bezeichnet. Somit
wird zum ersten Zeitpunkt (k = 1) der „Förderstoppbefehl 1" ausgegeben.
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Ein
Zyklus, der den Start und den Stopp der automatischen Wasserförderung
während
der Ruhezeit der Laseroszillation enthält, ist somit abgeschlossen.
Danach wird eine Abfolge einschließlich des ähnlichen Ausgangsbefehls durch
den Steuerteil 30 durchgeführt, ohne irgendeinen Befehl
von der Bedienungsperson zu erhalten. Mit anderen Worten, die Abfolge
schreitet wie folgt voran: Förderstoppbefehl 1 → Verstreichen
einer Zeitdauer R2 → Förderstartbefehl
2 → Verstreichen
einer Zeitdauer T2 → Förderstoppbefehl
2 → Verstreichen
einer Zeitdauer R3 → Förderstoppbefehl
3 → Verstreichen
einer Zeitdauer T3 → Förderstoppbefehl
3 → ...
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In
dem obigen Beispiel gibt, nachdem der Förderstoppbefehl 3 ausgegeben
worden ist, die Bedienungsperson von Hand den Förderstartbefehl ein, um die
Wasserförder vorrichtung 10 zu
aktivieren. In diesem Fall wird die Abfolge zurückgesetzt (oder ein Timer im
Steuerteil 30 wird zurückgesetzt).
Danach werden zu Zeiten B2 bzw. C2 bzw. D2 die Laseroszillation
bzw. der Stopp der Laseroszillation bzw. der Stopp der Wasserfördervorrichtung ähnlich wie
oben sequentiell durchgeführt.
Danach startet der Timer in dem Steuerteil 30 erneut und
die obige Abfolge für die
Ruhezeit der Laseroszillation startet neu.
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Wenn
bei dieser Ausführungsform
die Wasserfördervorrichtung 10 dem
Stopp der Laseroszillation gemäß gestoppt
wird, wird die Abfolge für
die Ruhezeit der Laseroszillation derart durchgeführt, dass der
Förderzustand
und der gestoppte Zustand abwechselnd wiederholt werden. Diese Abwechslung wird
fortgeführt,
bis die Bedienungsperson die Abfolge stoppt, indem beispielsweise
ein Unterbrechungsvorgang durchgeführt wird. Durch geeignet Vorabbestimmung
der Parameter der Abfolge R1, T1, R2, T2, ... können verschiedene Nachteile,
die durch die lange Ruhezeit der Laseroszillation hervorgerufen
werden, beispielsweise eine Verschlechterung der Kühlwasserqualität, mit relativ
geringem Energieverbrauch vermieden werden.
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Die
Zeitparameter R1, R2, R3, R4, ... und T1, T2, T3, T4, ..., die in
der Ausführungsform
verwendet werden, können
auf verschiedene Arten vorab bestimmt werden und optimale Werte
können
je nach Auslegungsanforderungen bestimmt werden. Als ein Beispiel
zur Vereinfachung der Abfolge können
R1 = R2 = R3 = R4 = ... = ein Konstantwert (eine erste konstante
Zeitdauer), T1 = T2 = T3 = T4 = ... = ein Konstantwert (eine zweite
konstante Zeitdauer) oder eine Kombination hiervon möglich sein.
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Wird
weiterhin die Charakteristik der obigen Änderung der Bakterienanzahl
mit in Betracht gezogen, ist es bevorzugt, dass die Zeitparameter
R1, R2, R3, R4, ... und T1, T2, T3, T4, ... so bestimmt werden, dass
die Wasserfördervorrichtung
das Kühlwasser mit
einem Volumen gleich dem Volumen des Tanks 12 innerhalb
höchstens
48 Stunden fördert,
auch während
der Ruhezeit der Laseroszillation. An diesem Punkt ist die geringere
Flussrate des Kühlwassers
vom ökonomischen
Standpunkt her bevorzugt. Weiterhin wird die Effizienz bei der Wachstumsbegrenzung
der Bakterien nicht erhöht,
wenn die Flussrate extrem hoch ist. In diesem Zusammenhang hat die
Flussrate für
das Kühlwasser
im wesentlichen einen oberen Grenzwert. Als eine Richtgröße für den oberen
Grenzwert ist ein Fördervolumen
pro 48 Stunden möglich,
das weniger als das Zwanzigfache des Volumens des Timers 12 beträgt. Ganz
offensichtlich ist es möglich,
das Fördervolumen
einzustellen, indem die Leistung der Pumpe eingestellt wird.
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Die
Werte der Parameter R1, R2, R3, R4, ... und T1, T2, T3, T4, ...
werden vorab in einem Speicher des Steuerteils 30 eingegeben
und eine Abfolgedurchführvorrichtung
im Steuerteil 30 führt
die Abfolge unter Verwendung der Werte durch. Ein bekannter Steuerschaltkreis,
der in der Lage ist, eine derartige Abfolge betreffend die obige
Zeitplanung durchzuführen,
kann als Abfolgedurchführvorrichtung
verwendet werden. Alternativ kann, wenn der Steuerteil 30 eine
CPU enthält,
eine Software zur Durchführung
der obigen Abfolge verwendet werden. Ein Beispiel der Abfolge ist
in 10 gezeigt, wo R1 = R2 = ... = R (erste konstante
Zeitdauer) und T1 = T2 = ... = T (zweite konstante Zeitdauer) gilt.
Der Schlüsselpunkt
im Betrieb bei jedem Schritt der Abfolge wird nachfolgend erläutert.
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Das
Programm zur Durchführung
der Abfolge wird jedesmal dann aktiviert, wenn die Bedienungsperson
manuell den Förderstoppbefehl
eingibt.
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Schritt S1
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Ein
Flag F, das den automatischen zeitweiligen Fördermodus angibt, ist auf „1" gesetzt (das heißt der zeitweilige
Fördermodus
ist gültig).
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Schritt S2
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Der
Timer wird gelöscht
und auf Null gesetzt.
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Schritt S3
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Der
gelöschte
Timer wird gestartet.
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Schritt S4
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Das
Flag F wird überprüft. Wenn
F = 1, geht der Ablauf zum Schritt S5 weiter. Wenn F = 0, wird der
Prozess beendet. Das Flag F wird durch eine manuelle Betätigung durch
die Bedienungsperson auf „0" geändert (der
zeitweilige Fördermodus
ist ungültig),
wenn die Laseroszillation neu gestartet werden soll.
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Schritt S5
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Es
wird überprüft, ob der
Timer > R. Wenn Timer > R, geht der Ablauf
zum Schritt S5 weiter. Ansonsten kehrt der Ablauf zum Schritt S4
zurück.
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Schritt S6
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Die
Wasserfördervorrichtung
wird aktiviert, um den „Förderzustand" zu veranlassen.
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Schritt S7
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Der
Timer wird gelöscht.
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Schritt S8
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Der
Timer wird gestartet.
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Schritt S9
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Das
Flag F wird überprüft. Wenn
F = 1, geht der Ablauf zum Schritt S10 weiter. Wenn F = 0, wird der
Ablauf beendet.
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Schritt S10
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Es
wird überprüft, ob der
Timer > T. Wenn Timer > T, kehrt der Ablauf
zum Schritt S2 zurück, nachdem
die Wasserfördervorrichtung
gestoppt wurde (Schritt S11). Wenn Timer < T, kehrt der Ablauf zum Schritt S9
zurück.
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Die
obige Abfolge wird wiederholt, um das Wasser zeitweilig beispielsweise
während
der Nacht, dem Wochenende oder in den Sommerferien zu fördern, das
heißt,
wenn der Betrieb des Lasers gestoppt ist. Daher kann eine Verschlechterung
der Wasserqualität,
das Bakterienwachstum und/oder die Erzeugung von Schimmel vermieden
oder verringert werden. Weiterhin benötigt die Abfolge weniger Energieverbrauch
(üblicherweise
elektrische Leistung) und ist somit vom ökonomischen her vorteilhaft im
Vergleich zu einer Abfolge, bei der die Wasserfördervorrichtung 10 kontinuierlich
läuft.
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Wenn
die Bedienungsperson das Flag F von „1" auf „0" ändert,
beispielsweise nach den Ferien, wird diese Änderung nach dem Schritt S4
oder S9 erkannt und der Laser wird in einem normalen Modus betrieben
(das heißt,
der zeitweilige Fördermodus
ist ungültig).
Sodann wird der normale Betrieb des Lasers einschließlich der
Laseroszillation und der Förderung
des Kühlwassers
beispielsweise durch eine manuelle Eingabe seitens der Bedienungsperson
gestartet. Nachdem der normale Betrieb geendet hat und die Bedienungsperson
die Laseroszillation und die Förderung
des Wassers gestoppt hat, wird das Programm zur Durchführung der
obigen Abfolge gestartet und der zeitweilige Fördermodus wird gültig (F =
1). Dieser Zyklus wird wiederholt.
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Abschließend sei
eine Gestaltung von Vorrichtungen betreffend die Wasserförderung,
insbesondere die Wasserfördervorrichtung 10 kurz
erläutert.
In der Ausgestaltung gemäß 7 sind
die Antriebseinheit 4 für
die Wasserfördervorrichtung,
die Wasserfördervorrichtung 10,
der Filter 11 für
das Kühlwasser,
der Tank 12, der Wärmetauscher 13, das
Ionentauscherharz 14 und Leitungen, die die Verbindungen
dazwischen bilden, im Laser angeordnet und der Einlass 20 und
der Auslass 21 für
das Primärkühlwasser
dienen als eine Grenze zwischen Laser und dessen Außenseite.
Ein so ausgestalteter Laser kann daher sperrig sein. Insbesondere
kann es angenehmer sein, wenn die Wasserfördervorrichtung 10,
die eine Pumpe oder dergleichen verwendet, außerhalb des Gehäuses des
Lasers liegt.
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11 zeigt
ein Beispiel, bei dem Wasserfördervorrichtung
außerhalb
liegt. In 11 ist die Grenze zwischen dem
Gehäuse
des Lasers und dessen Außenseite
durch eine gestrichelte Linie angegeben. Wie gezeigt, liegen die
Antriebseinheit 4 und die Wasserfördervorrichtung 10 außerhalb
des Gehäuses
des Lasers 100 (mit der gestrichelten Linie dargestellt).
Ein Einlass 101 und ein Auslass 102 des Gehäuses des
Lasers vermögen
das Kühlwasser
in den Kanal im Gehäuse
des Lasers durch den Einlass 101 und den Auslass 102 hinein
und hier heraus strömen
zu lassen.
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Obgleich
der Filter 11, der Tank 12, der Wärmetauscher 13 und
das Ionentauscherharz 14 in 11 nicht
gezeigt sind, so liegen diese Komponenten ebenfalls außerhalb
des Gehäuses
des Lasers. Die Beschreibung der Arbeitsweise einschließlich der
zeitweiligen Förderung
wird weggelassen, da sie ähnlich
zum obigen Beispiel ist.
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Bei
dem Laser gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Verschlechterung der Wasserqualität, die während der
Ruhezeit der Laseroszillation auftreten kann, durch eine zeitweilige
Förderung
des Wassers vermieden. Daher kann die Zuverlässigkeit des Lasers auf ökonomische
Weise verbessert werden.
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Obgleich
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
beschrieben wurde, die zum Zweck der Darstellung gewählt wurden, versteht
sich, dass eine Vielzahl von Abwandlungen durch einen Fachmann gemacht
werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.