DE8806785U1

DE8806785U1 - Axialstromgaslaser, insbesondere CO↓2↓-Gaslaser

Info

Publication number: DE8806785U1
Application number: DE8806785U
Authority: DE
Original assignee: Gebr Becker & Co 5600 Wuppertal De GmbH
Current assignee: Gebr Becker & Co 5600 Wuppertal De GmbH
Priority date: 1987-01-22
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1988-10-20
Also published as: DE3801481A1; DE3801481C2

Description

,an!

zugelassene VerUäter.beim Europäischer» Patentamt

. BUSE · DiPLPHYS. MENTZEL · dipling. LUDEWIG

Unterdornen 114 ■ Postfach 200210 - 5600 Wuppertal 2 - Telefon (0202) 557022/23/24 - Telex 8591606 wpat - Telefax 0202/557024

5600 Wuppertal 2, den

Xl

Kennwort: "Lasermodulgeblasell"

Gebr. Becker GmbH & Co., Hölker Feld 29-31, 5600 Wuppertal 2

Axialstromgaslaser, insbesondere CO₂-Gaslaser

Die Erfindung betrifft einen Axialstromgaslaser, insbesondere CO.-Gaslaser mit wenigstens einem im Lasergehäuse angeordneten als optischen Resonator ausgebildeten Gasentladungsrohr, das vom Lasergas durchströmt wird und mit einem zur Umwälzung des Lasergases dienenden Radialgasgebläse mit einem Gehäuse, das einen Rotor mit wenigstens einem Laufrad aufweist.

Bei Lasern werden derzeit zumeist Wälzkolbenpumpen als Umwälzgebläse eingesetzt.

Diese Gebläse-Bauart hat konstruktiv bedingt einige Nachte; Ie, die häufig zu Störungen des Laser-Betriebes führen.

Die zwei Wälzkolben werden durch ein ölgeschmiertes Zahnrad-Getriebe synchronisiert. Es besteht die Gefahr, daß durch die Wellenabdichtungen Öl aus dem Getrieberaum in den Schöpfrauin und damit in den Laser-Kreislauf gelangt. In der Laserröhre vercrackt dieses Öl und führt zu einem Belag auf der Optik und zur Beeinträchtigung der Entladung. Zur Reinigung muß der Laser vollständig

zerlegt werden, was lange Stillstandszeiten zur Folge hat. Auch Absaugung des Lasergases aus den Getrieberäumen, so daß ein permanenter Gasstrom vom Schöpfraum zu den Getrieberäumen erfolgt, verhindert die Schöpfraum-Verölung nicht sicher.

Die Wälzkolbenpumpen sind zumeist aus Grauguß- oder Normalstahl-Bauteilen gefertigt. Luftfeuchtigkeit kann zur Oberflächen-Korrosion führen. Korrosions-Produkte werden dann mit dem umgepumpten La&ergas auf den Spiegeln abgelagert. Auch in diesem Fall ist vollständige Demontage zur Reinigung und zur Wiedererlangung der vollen Laserleistung notwendig.

Aufgrund der Synchronisations-Getriebe und der hohen nicht vollständig ausgeglichenen bewegten Massen vibrieren die Wälzkolbenpumpen relativ stark. Um diese Vibrationen nicht auf den Laserstrahl zu übertragen, muß die Laser-Optik entweder auf einem starren Träger hoher Masse befestigt sein und/oder die Leitungen von der Wälzkolbenpumpe zum Laser müssen durch aufwendige Maßnahmen schwingungsisolierend ausgeführt sein.

Die Geräuschentwicklung der Wälzkolbenpumpen ist aufgrund des Getriebe-Geräusches und des isochoren Verdichtungsvorganges beträchtlich. Die Gebläse müssen deshalb in vielen Fällen schallgekapselt in der Laser-Installation eingebaut werden.

Da die Wälzkolbenpumpen Verdrängungspumpen sind, wachsen die Abmessungen, die Vibrationen und die Geräusche des Gebläses mit dem Volumenstrom stark an. Speziell bei leistungsstarken Lasern, die einen hohen Umwälz-Volumenstrom benötigen, werden diese Erscheinigungen sehr störend.

Der Wirkungsgrad der Wälzkolbenpumpen ist mit Werten im dereich von 50 bis 60% relativ gering. Das führt dazu, daß unnötig hohe Verdichterleistungen installiert werden, die über große Nachkühler dem Lasergas wieder entzogen werden müssen. Auch dies ist speziell bei leistungsstarken Lasern nachteilig.

Um den Wirkungsgrad nicht zu gering werden zu lassen, werden die Wälzkolbenpumpen mit möglichst kleinen Spaltweiten zwischen den Wälzkolben und den Gehäuseteilen ausgeführt. Bei den notwendigen hohen Druckverhältnissen zur Umsetzung der Lasergase tritt eine stark unterschiedliche Erwärmung der Gehäuse zwischen Saug- und der Druckseite auf. Das kann dazu führen, daß die Wälzkolben an den Gehäusen anlaufen.

Nicht zuletzt aufgrund dieser Nachteile der Wälzkolbenpumpen als Umwälzgebläse für Gaslaser wurden verschiedene andere Gebläse-Bauarten vorgeschlagen.

DE 3 245 958 A 1 schlägt Anordnungen von Seitenkanal-Verdichtern in dem Laser-Kreislauf vor. DE 3 344 714 A Stellt einen Gaslaser mit integriertem einstufigen Radialverdichter vor. Diese Gebläsebauart wird auch in DE 3 245 959 A 1 verwendet. DE 3 121 372 A 1 und DE 32 35 170 A ■eigen integrierte ein- bzw. mehrstufige Axialgebläse an.

Alle diese Gebläse sind einwellige Strömungsmaschinen, die wesentliche Nachteile der Wälzkolbenpumpen vermeiden. Ölschmierung ist nicht notwendig, die Vibrationen sind geringer, die Betriebsgeräusche sind geringer, die Baumaße bei großen Voluraenströmen sind geringer, mit Radial- und Axialgebläsen werden bessere Wirkungsgrade erzielt.

Um eine kompakte Bauweise zu erreichen, werden die vorge~

«ff 1 *· *

· &igr; 14*

-A-

ümwälzyebläse in den Laseraufbau integriert, d.h. Teile des Lasergas-Kreislaufes sind gleichzeitig Gehäusewände der Gebläse.

Zur Betrachtung der erforderlichen Leistungsdaten sollen beispielhaft CO₂-Laser betrachtet werden. Bei den z.Zt. am Markt angebotenen längs durchströmten CO₂-Lasern liegt der Betriebsdruck im Bereich von 60 bis 130 mbar, mit der Tendenz zu größeren Drücken. Die erforderlichen Volumenströme liegen im Bereich von 500 bis 2000 m /h, mit der Tendenz zu größeren Werten. Die erforderlichen Druckverhältnisse betragen je nach Typ und Hersteller 1,25 bis 2. Die Zusammensetzung des Lasergases aus Stickstoff, Helium und Kohlendioxyd ist bei den verschiedenen Herstellern sehr unterschiedlich. Von den wesentlichen Lasertypen werden z.Zt. jeweils ca. 20 bis Stück pro Jahr hergestellt.

Die vorgeschlagenen integrierten Umwälzgebläse wären jeweils nur für einen Lasertyp geeignet. Aufgrund der geringen Stückzahlen wäre eine wirtschaftliche Fertigung sehr schwierig zu realisieren. Um die geforderten Leistungsdaten zu erreichen, müssen die vorgeschlagenen Radial- und Axialverdichter mit sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden. Die Laufräder müssen aus teuren und schwer bearbeiteten Werkstoffen, z.B. Titan, gefertigt werden. Das ist speziell dann erforderlich, wenn wie in DE 3 245 vorgeschlagen, das Gebläse ohne Vorkühlung mit den heißen Lasergasen angeströmt wird. Die notwendige sehr hochtourige Lagerung ist teuer und anfällig gegen Betriebsstörungen.

Aufgabe der Erfindung ist es bei einem Gaslaser der eingangs genannten Art ein Umwälzgebläse zu schaffen, daß die technischen Nachteile der Wälzkolbenpumpen und die wirtschaftlichen Nachteile der bekannten Strömungs-

- .&ldquor;>«*.- v.Kfa-?^ . - JLt

· t

maschinen vermeidet, hierbei soll das Umwälzgebläse für eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen der eingangs genannten Laser geeignet sein, um so eine vielseitige Verwendbarkeit des Gebläse zu erreichen und somit für die wesentlichen Teile des Gebläses hohe Stückzahlen zu erzielen sind, wodurch sich eine wohlfeile Herstellung ergibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das ein- oder mehrstufig ausgebildete Radialgebläse hinsichtlich seines Rotors und/oder seines Gehäuses einen zumindest teilmodularen Aufbau aufweist. Durch den modularen Aufbau ist es nunmehr möglich mit dem gleichen Grundaufbau die Leistung der Radialgebläse hinsichtlich Volumendurchfluß und Arbeitsstärke zu vergrößern, ohne daß besondere neue Radialgebläse konzipiert werden müssen. Für die Herstellung unterschiedlicher Radialgebläse können nunmehr hinsichtlich des Rotors und/oder des Gehäuses eine Vielzahl gemeinsamer Teile verwendet werden, wodurch die Herstellung wesentlich kostengünstiger wird. Durch Hinzufügung von weiteren Laufrädern kann die Stufenzahl des Gebläses in einfacher Weise erhöht werden, so daß Gebläse mit unterschiedlichen geforderten Druckverhältnissen leicht herstellbar sind. Die mehrstufige Ausführung ermöglicht selbst bei hohen Dfeuckverhältnissen mit relativ geringen Umfangsgeschwindigkeiten des Rotors auszukommen. Die gewählte Ausführung ermöglicht aufgrund der niedrigen Spannungen den Einsatz von niedrig legierten, d.h. korrosionsbeständigen Aluminiumguß- oder Schmiedelegierungen. Die relativ niedrigen Drehzahlen führen zu einer gesteigerten Betriebssicherheit.

Empfehlenswerterweise sind die den Rotor bildenden Bauelemente, mindestens aber ein Liiufrad, ein dazugehöriges zur Gasumlenkung dienender Abstandsring

* ·1

— 6 —

sowie die beiden Laufrad und Abstandsring einfassenden Stützlager verspannt zusammengehalten, da so bei einfacher Herstellung eine biegesteife Konstruktion des Rotors erzielt wird. Darüber hinaus werden die Tangialspannungen im Nabenbereich des oder der Laufräder minimalisiert.

Vorteilhafterweise sind die den Rotor bildenden Bauelemente wie Laufräder, Abstandsringe, Stützlager od. dgl. durch einen gemeinsamen Zuganker miteinander verbunden. Durch die Wahl eines einzigen Zugankors zur Verbindung der einzelnen Bauelemente ergibt sich ein wohlfeiler Aufbau des Gebläsemotors, ohne daß weitere zusätzliche Festlegungsmittel benötigt werden, können je nach beabsichtigter Leistung das Laufrad und gegebenenfalls ein zur Gasumlenkung dienenderAbstandsring bzw. mehrere Laufräder und Abstandsringe durch einen entsprechend langen Zuganker zusammengehalten werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die den Rotor bildenden Bauelemente durch eine Klebeverbindung miteinander verbunden. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache aber sichere Verbindung der Bauelemente, wobei der Zuganker als zusätzliches Montagemittel verwendet werden kann.

Um einen biegesteifen Rotor zu erstellen, weist der Rotor einen bohrungsartigen Längsdu^chbruch zur Aufnahme des Zugankers auf, hierbei ist der Durchmesser der Bohrung wesentlich kleiner als der mittlere Durchmesser einer die Berührfläche zwischen zwei Baulementen bildenden Kreisringfläche, wodurch die Tangentialspannungen im Nabenbereich des bzw. der Laufräder und des oder der Abstandsringe minimalisiert werden. Vorteilhaft ist es hierbei, daß der Durchmesser

des bohrungsartigen Langsdurchbruches des Rotors höchstens die Hälfte, insbesondere aber kleiner als ein Drittel des kleinsten Durchmessers des durch Laufrad und Abstandsring gebildeten Strömungskanalbereich ist. Dadurch, daß der axiale Kontakt zwischen den einzelnen Rotor-Elementen im möglichst großen radialen Abstand von der Rotorwelle erfolgt, ergibt sich insbesondere hinsichtlich der Festigkeit auch bei hohen Drehzahlen eine sichere Ausbildung des Rotors.

Günstig ist es, wenn das Gehäuse des Radialgebläses wenigstens einen auswechselbaren Gehäusering aufweist, an dem mindestens eine zur Führung der Gasströmung vorgesehene Zwischenscheibe und ein Umlenkring vorgesehen sind. Durch den Gehäusering ist es nunmehr möglich, das Gehäuse £?s Radialgebläses ohne große zusätzliche Maßnahmen za vergrößern, um so den nötigen Raum für ein höherstufiges Gehäuse zu schaffen. Der Gehäusering erlaubt auch das Gebläsegehäuse modulartig aufzubauen, wodurch je nach gewünschter Stufigkeir des Gebläses, das Gehäuse vergrößert werden kann.

Empfehlenswerterweise sind bei mehreren Gehäuseringen diese jeweils unterschiedlich breit gestaltet, wobei an den unterschiedlichen Ringen auch eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenscheiben und Umlenkringen vorgesehen sind. Allein durch die Wahl von zwei unterschiedlichen Gehäuseringen ist es leicht möglich, mit zwei Gehäuseringen unterschiedliche Radialgebläse bis zu vier Stufen zusammenzubauen. Hierdurch ergibt sich für den Aufbau des Radialgebläses, daß die einzelnen Teile in großen Stückzahlen hergestellt werden können, trotzdem aber verschiedene Radialgebläse gefertigt werden können. Insgesamt ergibt sich eine preiswerte Herstellung des Radialgebläses.

Um eins einfache und leichte Festlegung und Befestigung der Gehäuseteile zu gewährleisten, empfiehlt es sich, die Zwischenscheibe mit dem Umlenkring bzw. die Zwischenscheiben und die Umlenkringe an den Gehäuseringen radial zu führen und axial verspannt zu haltern.

Um auch bei mehrstufigen Radialgebläsenden Zuganker so haltern zu können, daß bei Betrieb des Radialgebläses keine Schwingungen auftreten, stützt sijh empfehlenswerterwsise der Zuganker an Innenbohrungen des Laufrades ab.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel bilden die Fu3- bzw. die Naben-Abschnitte der Laufräder sowie der Abstandsringo einen Abschnitt der Antriebswelle des Gebläserotors selber. Dadurch, daß die Welle des Rotors unmittelbar durch Teile der Laufräder und der Abstandsringe gebildet wird, können in einfacher Weise unterschiedliche Gebläse hergestellt werden. Durch Aneinanderreihung von Laufrädern und Abstandsringen wird die Länge des Rotors vergrößert und die Stufigkeit des Gebläses erhöht. Hierbei empfiehlt es sich besonders, daß das eine Ende der Antriebswelle ein Stützlager aufweist, das in möglichst großem radialen Abstand von der Mittellinie der Antriebswelle aus an den durch Laufräder und Abstandsringen gebildeten Wellenabschnitt anliegt. Bei einer solchen Anordnung ist eine sichere Festlegung der Gebläseelemente möglich, so daß selbst bei großen Drehzahlen ein sicherer Betrieb gewährleistet ist. Um den Aufbau der unterschiedlichen Radialgebläse und somit die Änderung der Stufenzahl zu vereinfachen, empfiehlt es sich, im Bereich des einen Stützlagers das eine Ende des Zugankers lösbar an dem Wellenende des Rotors zu befestigen. Günstig ist es hierbei noch, wenn das eine

Stützlager selber dem Wellenende angeformt ist, um so die Laufräder und Abstandsringe sicher haltern zu können.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Antriebsmotor des Gebläses im Inneren des Gebläsegehäuses selber angeordnet. Hierdurch ergibt sich bei preisgünstiger Herstellung eine dichte Abkapselung des Motors. Nunmehr kann das eine Weilenende des Rotors unmittelbar als Welle des Motorläufers des Antriebsmotors des Gebläses verwendet werden. Hierdurch wird ein günstiger Aufbau des Radialgebläses erzielt.

Um die einzelnen Bauelemente des Rotors sicher radial ausrichten zu können, empfiehlt es sich hierzu Zentrierungen zu verwenden. Durch die Zentrierungen und durch die Verwendung einer Zugankerverbindung zwischen den Bauelementen wie Laufrad, Abstandsring und Stützlager werden die Tangentialspannungen im Nabenbereich,insbesondere der Laufräder, klein gehalten. Weiter können im Nabenbereich der Laufräder Bohrungen mit geringem Durchmesser für den Zuganker verwendet werden, wobei trotzdem eine sichere Ausrichtung der Rotorbauelemente gewährleistet ist. Hierzu sind in möglichst kleinem Abstand von der Mittellinie des Rotors beidseitig an den Laufrädern radiale Zentrierflächen angeordnet, die sich in den Abstandsringen bzw. den Stützlagern zentrieren. Hierbei sind zweckmäßigerweise die Laufräder im Abstützbereich mit dem Zuganker in axialer Richtung mit Verbreiterungen mit radialen Zentrierflächen zu versehen, auf denen die Abstandsringe mit Gegenflächen aufliegen. Die Zentrierfläche weist einen kleinen radialen Abstand von der Mittellinie des Rotors auf. Durch diese Ausbildung der Zentrierflächen ist eine sichere Ausrichtung der einzelnen Teile des Rotors gegeben. In Verbindung mit dem möglichst großen radialen Abstand der Abstütz-

• 9 1 &PSgr; &psgr; Ct···

- 10 -.

flächen von Laufrädern und Abstandsringen ergibtr sich eine vorteilhafte biegesteife Ausbildung dieses Wellenabschnittes.

Um die Gasförderung des Radialgebläses noch günstiger zu gestalten, empfiehlt es sich bei mehreren Laufrädern des Gebläses diese unterschiedlich breit zu gestalten, wobei lediglich die Höh« der Schaufeln selber verändert werden muß, nicht jedoch der axiale Befestigungsbereich, so daß auch hier wieder die gleichen Grundtypen der Laufräder verwendbar sind.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung greift an dem zweiten Ende des aus Laufrad und Abstandsring bzw. Laufräder und Abstandsringen gebildeten Wellenabschnittes ein Stützlager an, das über eine am freien Ende des Zugankers gelagerte Verstellmutter am Ende des Wellenabschnittes gegen den aus Abstandsringen und Laufrädern gebildeten Wellenabschnitt führbar ist. Durch dieses Stützlager ist in einfacher Weise gewährleistet, die Baulemente verspannt zueinander zu haltern. Hierbei ist es von Vorteil, wenn zwischen Verstellmutter und Stützlager eine Vorspannfeder gehalten ist, die günstigerweise als sich mit ihrem einen Ende an den Zuganker abstützenden Tellerfeder ausgebildet ist und wenigstens ein Teil der den Rotor bildenden Bauelemente verspannt haltert. Beim Betrieb des Radialgebläses und der durch die Kompressionswänne bedingten Erwärmung des Rotors kann ein Längenausgleich des Antriebswellenanschnittes geschaffen werden, ohne daß es zu einer Verbiegung oder Stauchung kommt. Um den modularen Aufbau des Gebläses weiter zu verstärken, ist günstigerweise an dem Stützlager das zweite Ende des Rotors lösbar zu befestigen. Hierdurch können für jeden Rotor die gleichen Wellenenden verwendet werden, unabhängig von

- 11 -

der Zahl der sie halternden Laufräder, so daß wiederum für die einzelnen zu verwendenden Teile eine hohe Stückzahl und somit preisgünstige Herstellung gegeben ist. Um eine optimale Anpassung an den zu fördernden Lasergasstrom zu schaffen, empfiehlt es eich, den Laufrädern in Gasstromrichtung gesehen Vor- und/oder Nachleitschaufeln zuzuordnen, die verstellbar angeordnet sind, und so eine Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck sowie der jeweiligen Anzahl der Stufen gewährleisten.

Bei einem weiteren Ausführungsbeipiel der Erfindung ist in Strömungsrichtung des Lasergases gesehen vor und hinter dem Radialgebläse eine Wärmeaustausch-Einrichtung vorgesehen. Durch diese beiden Wärme-•ustauscheinrichtungen ist in überaus einfacher Weise sichergestellt, daß das Lasergas im Betrieb eine fiöglichst gleichbleibende Temperatur erhält, so daß der für den Laserbetrieb erforderliche konstante Temperaturbereich des Lasergases gegeben ist. Empfehlensverterwe.ise ist die Wärmeaustauscheinrichtung mit dem lin- und/oder Austritt des Gehäuses des Radialgebläses verbunden, da sich so eine einfache Fertigung des Gebläses ergibt, wobei vorteilhafterweise die Warmeaustauscheinrichtung im Ein- und/oder Austritt des Radialgebläses vorgesehen ist, da hierdurch die Wärmeaustauscheinrichtung optimal das geförderte Lasergas kühlt, keine Vergrößerung des Aufbaues eintritt, trotzdem die überschüssige Wärme aber sicher abgeleitet wird. Hierbei ist besonders günstig, in einem spiralförmig ausgebildeten Sammelraum der Auftrittsöffnung die Wärmeaustauscheinrichtung anzuordnen, da so ein konstanter und gleichmäßiger Wärmeentzug gewährleistet ist. Zur Kühlung des Antriebsmotor empfiehlt es sich, daS die Wärmeaustauscheinrichtung diesen umgibt, so daß

- 12 -

die Wärmeaustauscheinrichtung sowohl zur Kühlung des Antriebsmotores als auch des Lasergases dient.

Zur weiteren Vereinfachung der Herstellung des Radialgebläses sind die Wärmeaustauscheinrichtung und/oder das Gehäuse des Antriebsmotores einem Gehäuseteil des Radialverdichters angeformt und bilden ein gemeinsames Teil, beispielsweise Gußteil.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Unterbringungsraum des Antriebsmotores im Gebläsegehäuse derart vergrößert, daß unterschiedlich große Antriebsmotoren je nach der gewünschten Motorleistung einbaubar sind. Hierdurch ergibt sich die weitere Vereinfachung des Gehäuseaufbaus, da nunmehr für alle Arten des erfindungsgemäßen Radialgebläses das gleiche Gehäusebauteil zur Unterbringung des Antriebsmotors verwendet werden kann. Zweckmäßigerweise ist im Antriebsmotor zur Drehzahlregulierung ein Frequenzumformer •Is separates Bauteil zugeordnet.

um im Laserbetrieb sicherzustellen, daß die Laser-•piegel nicht durch etwaige Verunreinigungen, wie durch die Fettschmierung hervorgerufene Öldämpfe beschlagen, liegen Lagerstellen des Rotors nicht unmittelbar im Lasergasstrom. Hierbei empfiehlt es sich weiter, die Lagerstellen des Rotors mittels Spaltdichtungen vom eigentlichen Lasergasstrom zu trennen, um ßo einen minimalen Austausch von Lasergas im Lagerraum und Lasergas im übrigen Bereich des Radialgebläses zu haben. Weiter ist es von Bedeutung, d' ■? Lagerstellen mit einem Schmierfett zu versehen, das einen möglichst niedrigen Dampfdruckpunkt besitzt, um so im Betrieb eine Verdampfung des Schmierfettes durch die entsprechende Wahl des Schmierfettes selber

3. *l

- 13 -

zu verhindern.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind im Raum für die Lagerstellen der Antriebswellen Abzugsöffnungen für das auszutauschende Laser-. gas vorgesehen. Durch die konstante Absaugung des i

zu ersetzenden Lasergases ist sichergestellt, daß das }

einmel in den Laserraum gelangte möglicherweise ver- j

unreinigte Lasergas nicht zurück.in den übrigen j

Arbeitsraum des Radialgebläses gelangen kann. s

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der !

Erfindung sind als Lagerstellen des Rotors Kugellager vorgesehen, denen jeweils ein Hilfskugellager zugeordnet ist, das mit Spiel das Ende des Gebläserotors aufnimmt. Durch diese Lagerung wird erreicht, daß bei Ausschlagen oder Zerbrechen der Kugellager der Gebläserotor selbst bei hohen Umdrehungen noch sicher zum Stillstand gebracht werden kann, da nach Ausfall der Hauptkugellager die Hilfskugellager zum Eingriff kommen. Es treten durch diese Maßnahme bei durch Kugellagerschäden hervorgerufenen Ausfällen keine großen Schäden am Gebläse auf. Zum weiteren Betrieb des Rotors braucht lediglich das Hauptkugellager erneuert werden. Günstigerweise ist zwischen Hauptkugellager und Hilfskugellager eine Fangscheibe vorgesehen, durch die sichergestellt wird, daß bei Schäden am Hauptkugellager dessen Teile nicht ins Hilfskugellager gelangen können.

Um etwaige beim Betrieb des Radialgebläses hervorgerufene Längenänderungen der Antriebswelle auszugleichen, empfiehlt es sich, den Rotor des Gebläses über eine Druckfeder nach einer Seite hin federnd zu belasten. Durch diese Feder wird sichergestellt, daß im Betrieb keine hin- und hergehende Bewegung des Rotors geschieht,

• *

trotzdem ist aber ein Längenausgleich möglich, denn der Rotor ist beiderseitig über Präzisionskugellager gelagert, die durch die Feder vorgespannt sind. Dabei ist das auf der einen Seite des Verdichters angeordnete Lager als Festlager ausgeführt, während das andere Lager ein Loslager ist- Dehnt sich aufgrund der Kompressionswärme der Rotor aus, so wire¹ die axiale Spaltbreite zwischen dem Rotor und dem Zwischenscheibengehäuse, d.h. die Betriebssicherheit ist durch Temperatureinflüsse, nicht beeinträchtigt. Auch Temperaturschocks, z.B. in Folge Versagens der Vorkühlung, führen nicht zur Schädigung des Umwälzgebläses.

Der Raum zur Unterbringung des Antriebsmotors weist keine dichtenden Trennungen zum Gasraum des Radialgebläses auf. So kann zusätzlich über das Lasergas eine Kühlung des Antriebsmotors stattfinden.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel empfiehlt es sich zum modularen Aufbau des Gebläses, das Gebläsegehäuse mit zwei Gehäusedeckeln mit entweder einem Saugstutzen oder einem Druckstutzenflansch vorzusehen . H ierbei erstrecken sich zwischen den beiden Gehäusedeckeinwahlweise ein oder mehrere Gehäuseringe und daß zum modularen Aufbau des Rotors zwei Wellenenden ausgebildet sind, zwischen dener - je nach Gebläseleistung - «ine unterschiedliche Anzahl von Laufrädern und Abstandsringen angeordnet sind, wobei entsprechend der Anzahl der Laufräder an dem oder den Gehäuseringen eine gleiche Anzahl von Zwischenwänden oder Umlenkringen vorgesehen ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf beiden Wellenenden des Rotors jeweils ein Läufer eines Motores angeordnet, so daß beiderseits der Laufräder ein Antriebsmotor vorgesehen ist. Diese Ausbildung wird dann gewählt, wenn die Leistung eines einzigen Motores bei weitem nicht mehr zum Antrieb ausreicht. Dies würde dann der Fall sein, wenn die Drücke,mit denen die die Laser arbeiten,sich zu beträchtlich höheren Beträgen entwickeln. Aufgrund des modularen Konzeptes könnten dann zwei Motoren zum Antrieb des Gebläses verwendet werden.

Günstigerweise sind die beiden Gehäusedeckel des Gebläsegehäuses gleich ausgebildet, wobei der Motorgehäuseteil und der Gehäusezwischenring als separate Bauteile ausgeführt und an die beiden Gehäusedeckel anflanschbar sind. Durch diese Maßnahmen werden die erforderlichen Stützzahlen der G»häusedeckel verdoppelt, so daß eine kostengünstigere Herstellung gegeben ist.

Um bei kleiner Baugröße des Gebläses die Volumenstxöne des Lasers wesentlich steigern zu können, ist das Radialgebläse zweiflutig ausgebildet.

Um den Axialstrom Gaslaser für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche einsetzen zu können, trotzdem aber weitestgehend die einzelnen Bauteile beibehalten zu können, empfiehlt es sich, daß die Kohlinge der Laufräder des Gebläses, insbesondere hinsichtlich ihres äußeren Durchmessers, ihrer axialen und/oder radialen Erstreckung ihrer Schaufeln so zu gestalten, daß sie für einen maximal zu fördernden Gasvolumenstrom ausgelegt sind und/oder daß die Rohlinge der den Schaufeln der Laufräder zugeordneten Zwischenscheiben des Gebläses, insbesondere hinsichtlich ihres Innendurchmessers sowie ihrer axialen Erstreckung für einen minimalen zu fördernden Gasvolumenstrom ausge-

J V

16

legt sind. Durch diese Anordnung können nun, gleich" welcher Axiälstrom-Gaslaser gefordert' wird; die' gleichen Teile verwendet werden, da die Rohlinge von Laufrädern und Zwischenscheiben entsprechend den gewünschten Volumenströmen und den geforderten Druckverhältnissen bearbeitet werden können. Es werden Bereiche von Laufrädern und Zwischenscheiben abgefräst, um so eine bessere Anpassung der jeweiligen Gaslaser an ihrem Verwendungszweck zu erzielen. Durch die nachträgliche Änderung ist es möglich, den Betrieb der Gaslaser bei günstigen Verdichterwirkungsgrader durchzuführen. Lediglich durch die Änderung der axialen bzw. radialen Erstreckung der Schaufeln der Laufräder sowie durch Vergrößerung des Innendurchmessers sowie Verkleinerung der axialen Erstreckung der Zwischenscheiben kann der Axialstrom-Gaslaser in einem großen Bereich günstig in Bezug auf strömungstechnische, fertigungstechnische und/oder Kosten-Gesichtspunkte hergestellt werden.

Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt und zwar zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des

Axialstromlasers mit Radialgebläse,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein einstufiges Radialgebläse,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein dreistufiges Radialgebläse,

Fig. 4 den Rotor für ein zweistufiges Radialgebläse/

Fig. 5 im größeren Maßstabe einen Ausschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines einstufiyen Radialgebläses und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein einstufiges zweiflutiges Radialgebläse.

Der in Fig. 1 schematische dargestellte Axialstromgaslaser weist ein Gehäuse 10 auf, in dessen Inneren das Gasentladungsrohr 11 angeordnet ist, an dessen beiden Stirnseiten die planparallel angeordneten Spiegel 12 vorgesehen sind. Gasentladungsrohr und Spiegel bilden den optischen Resonator. Es sei hier bemerkt, daß die Schaltung die Stromversorgung zur Gasanregung sowie die weitere Steuerung des Lasers nicht dargestellt ist. Der Laser kann einen an sich bekannten Aufbau aufweisen. Ein solcher Laser weist eine Leistung von 500 W bis 3 kW auf. Der Gasdurchsatz beträgt bis zu 3000 Kubikmeter pro Stunde.

Das Lasergehäuse 10 weist Stutzen 13 und 14 auf. An diese Stutzen werden die Lasergasleitungen 14 zu dem Umwälzgebläse geführt, das als Radial-

gebläse 15 ausgebildet ist. Das Gehäuse 16 des Radialgebläse weist einen Saugstutzen 17 auf^;sowie einen Druckstutzen 18 auf. Die Stutzen 17 und 18 sind an die Lasergasleitungen 14 angeschlossen, über diese Lasergasleitungen und dem Radialgebläse wird das Lasergas im Lasergehäuse umgewälzt.

Es sei hier weiter vorgetragen, daß dem Saugstutzen 17 eine Wärmeaustauscheinrichtung 19 vorgeschaltet ist, durch die das beim Laserbetrieb erwärmte Lasergas gekühlt wird. Wie weiter später noch beschrieben, kann in den Austrittsöffnungen des Gebläses eine weitere Wärmeaustauscheinrichtung eingebaut werden, so daß das durch die Komprimierung erwärmte Lasergas wieder abgekühlt werden kann.

Das Gehäuse 16 des Radialgebläses umfaßt zwei Gehäusedeckel 21,22 sowie wenigstens einen zwischen den beiden Deckeln angeordneten Gehäusering 23,24. Gehäusering 23,24 sowie Gehäusedeckel 21,22 werden durch Spannschrauben

25 zusammengehalten. Es sei hier bemerkt, daß die Spannschrauben lediglich als strichpunktierte Linie dargestellt sind.

In Fig. 2 ist ein einstufiges Radialgebläse dargestellt, Es umfaßt den Saug- bzw. Druckstutzen 17,18 aufweisenden Gehäusedeckel 21,22, zwischen denen der Gehäusering 24 angeordnet ist. Im Gehäuseinnern ist der Antriebsmotor

26 sowie der Gebläserotor 27 vorgesehen. Darüber hinaus ist im Bereich des Zwischenringes ein Umlenkring 28 sowie eine Zwischenscheibe 29 angeordnet.

Der Antriebemotor 26 weist ein Gehäuse auf, das einstückig als Gußteil mit dem Gebläsegehäuse 16 ausgebildet sein kann.

Der Rotor ist mit seinen beiden Enden 30 und 31 über Kugellager 55 im Gehäuse 16 gelagert. Zwischen den beiden Enden 30,31 ist zwischen zwei Stützlagern 32,33, das zur Förderung des Gasstromes dienende Laufrad 34 sowie ein zur Umlenkung des Gasstromes ausgebildeter Abstandsring 35 vorgesehen. Der kleinste Durchmesser des Abstandsringes ist dabei der kleinste Durchmesser des Strömungskanals für den Gasstrom.

Im folgenden wird nun genauer der Rotor 27 beschrieben. Hierzu wird auf Fig. 4 verwiesen, in der eine zweistufige Ausführungsform des Rotors 27 dargestellt ist. Dieser umfaßt, wie schon erwähnt, die beiden Enden 30 und 31. An dem Ende 30 ist der Motorläufer 36 aufgeschrumpft, so daß dieses Ende des Rotors zugleich als Motorwelle dient. Das Stützlager 32 ist unmittelbar an dem Rotorende 30 angeformt. Im Bereich des Stützlagers 32 ist zentral eine Gewindebohrung 37 vorgesehen. In dieser Gewindebohrung ist das eine Ende eines Bugankers 38 eingeschraubt.

Der Zuganker 38 erstreckt sich durch Bohrungen 39 der Laufräder 34 sowie durch Bohrungen 40 der Abstandsringe 35. Im Bereich der Laufräder stützt feich der Zuganker mit Verdickungen 41 an der Innenfläche 39 der Bohrungen ab. Am anderen Ende des lugankers ist ein Vierkantteil 42 vorgesehen. Mit diesem Vierkant wird der Zuganker in die Gewindebohrung 37 des Endes 30 eingeschraubt, um so sicher an dem Wellenende gehaltert zu werden.

Vor dem Vierkant des Zugankers ist ein Gewindeabschnitt 43 ausgebildet, auf dem eine Verstellmutter aufgeschraubt ist. Über diese Verstellmutter und einem ihr vorgelagerten Verstellring 45 kann über als Tellerfedern ausgebildeten Vorspannfedern 46 das zweite

Stützlager 33 gegen den Abstandsring 35 geführt werden, so du ft i.,?'jfr "■ ler und Abstandsringe zwischen den be.'.den Stützlagern 32 und 33 vorgespannt gehaltert werden und einen Wellenabschnitt 52 bilden.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, weisen die Laufräder in ihrem Nabenbereich im Bereich ihrer Bohrung 39 Verbreiterungen 47 auf, die radiale Zentrierflächen 48 aufweisen. Auf diese Zentrierflächen werden die iiiit Gsgsnf läLchtsn 49 versehenen At>et3r><!?sr'> nae 35 aufgeschoben. Es sei weiter vorgetragen, daß eine solche Gegenfläche 49 auch das Stützlager 32 trägt, während das Stützlager 33 eine Zentrierfläche 48 aufweist. Über die Zentrierfläche ist eine sichere Ausrichtung der Laufräder und Abstandsringe möglich. Es sei hi?r weiter vorgetragen, daß diese Zentrierflächen im geringen Abstand von der Mittellinie 50 der Antriebswelle angeordnet sind. Es sei hier erwähnt, daß die Laufräder und die Abstandsringe im Bereich ihrer Bohrungen in Verbindung mit den durch den Zuganker verspannt gehaltenen Stützlagern 32,33 die eigentliche Welle 70 des Rotor? 27 bilden.

Um die Laufräder 34, die Abstandsringe 35 sowie die Stützlager sicher aneinander zu befestigen, sind Abstützflächen 51 an Laufrädern, Abstandsringen und Stützlagern vorgesehen. Diese Flächen 51 sind, wie aus der E\"chnung hervorgeht, in relativ großem Abstand von der Mittellinie 50 d^r Antriebswelle entfernt angeordnet. Durch diese Stützflächen 51 ist eine Sichere Befestigung in Verbindung mit dem Zuganker möglich. Darüber hinaus erhält hierdurch der durch Stützlager, Laufräder, Abstandsringen gebildete Wellenabschnitt 52 der Welle 70 eine große Steifigkeit. - daß derartige Rotoren relativ hohe Umdrehgeschwindigkeiten einnehmen können. Durch die Verbreiterungen 47, die

21

in entsprechende ringförmige Ausnehmungen mit den Gegenflächen 49 der Abstandsringe eingreifen, werden darüber hinaus auch die bei hohen Geschwindigkeiten entstehenden hohen Fliegkräfte sicher abgefangen.

Schließlich sei noch hier erwähnt, daß an dem Stützlager 33 das zweite Ende 31 des Rotors zentriert befestigt ist. Hierzu weist das Wellenende Zentrierflächen 53 auf, die in entsprechende Gegenflächen 54 des Stützlagers 33 ^

eingreifen. Nach Fertigstellung des Rotors wird dieser | ausgewuchtet und seine Lagerenden eingeschliffen. Das | zweite Ende 31 kann als Welle für den zweiten Motor P,

ausgeführt werden. \.

Diese vorgefertigte Baueinheit wird an ihren Enden noch mit Schrägkugellagern oder Rillenkugellagern 55 versehen, wobei dann die fertige Einheit in den den Statorteil 56 des Antriebsmotors 26 aufweisenden Gehäusedeckel 21 eingeschoben wird und zwar so weit, bis das Ende des Rotors an einer durch eine Feder 59 belasteten Gleithülse 60 sich abstützt.

Zur weiteren Montage, vergl. Fig. 2, wird dann \

der U-förmige Umlenkring 28 gegen den GehMusedeckel 22 geführt, dann wird die Zwischenscheibe 29 gegen den Umlenkring 28 geschoben. Es sei hier erwähnt, daß die Zwischenscheibe 29 radial geteilt ist, wobei die beiden radialen Hälften durch eine Schraubenverbindung zusammengehalten werden. Schließlich wird dann der Gehäusering 24 über die Zwischenscheibe 29 und den Umlenkring 28 geschoben und wie strichpunktiert mit 57 angedeutet, an dem Gehäueedeckel 21 befestigt, sodann wird der Gehäusedeckel 22 aufgesetzt und an den Zwischenring ebenfalls befestigt, Hierbei gelangt auch das zweite Ende des Rotors in seine Lngerstelle.

Es sei hier erwähnt, daß die beiden

mittels zusätzlicher Spannschrauben 25 noch aneinander

• · i

I · I

befestigt werden können. Bei der Befestigung der beiden Deckel rfird der ümlenkring sowie die Zwischenscheibe in axialer Richtung gesehen verspannt gehalten, so daß diese unbewegbar gehaltert und durch den Gehäusering 24 zentriert ist.

Wie bereits erwähnt, sind die beiden Wellenenden 30,&Idigr;&Ggr; mittels Schrägkugellager oder Rillenkugellager 55 gehaltert. Hierbei liegt der Außenring des Kugellagers am zweiten Ende des Rotors an einem Anschlag 58 an, während beim anderen Ende der Welle der Außenring des Kugellagers mit der durch die Feder 59 belastete Gleithülse 60 federnd gepannt gehalten wird. Es erfolgt also eine nachgiebige Druckhalterung des Rotors. Es sei hier noch vorgetragen, daß sich die Feder 59 an einem Anschlag 61 abstützt, der, wie auch der Anschlag 58, mittels Schraubverbindungen an den jeweiligen Gehäusedeckel befestigt ist.

Weiter sei vorgetragen, daß durch die Vorspannfedern 46 bei einer Erwärmung der Welle die Federn eine nachgiebige Halterung der Laufräder sowie Abstandsringe gewährleisten, während durch die Feder 59 bei Längenänderung des Gehäuses ein Ausgleich auftritt.

Wie aus der Fig. 2 noch weiter zu erkennen ist, sind vor und hinter dem Laufrad 34 Leitschaufeln 62,63 vorgesehen, die Verstellbar angeordnet sind, um so beim Aufbau der verschiedenen Radialgebläse eine Anpassungsmöglichkeit zu haben. Ebenso ist der Abstandsring 35 zur Führung der Lasergase mit Vorläufern 70 versehen.

Weiter sei erwähnt,daß die Schaufeln 64 der Laufräder in ihrer Höhe veränderbar sind und zwar derart, daß

je nach der gewünschten Breite die Höhe der Schaufeln selber verkleinert wird.

Wie im Saugstutzen 17 des Gebläses zu erkennen ist, sind dort strichpunktiert Linien eingezeichnet. Diese deuten an, daß sich der Saunraum nach der Gebläseseite hin verkleinert, um so strömungstechnisch gesehen optimal ein Ansaugraum zu schaffen. Gleicherweise ist auch der Druckstutzen 18 mit einem Aufnahmeraum 65 versehen. Dieser Aufnahmeraum vergrößert sich spiralenförmig und verläuft etwa in Queransicht zum Deckel 22 gesehen auf 3/4 des Umfanges des Deckels. In strichpunktierten Linien ist hierbei die Verkleinerung des Aufnahmeraumes angedeutet. Bei einer anderen Ausführung sind Saugraum und Druckraum gleichartig ausgeführt, so daß die Deckel 21 und 22 identisch sind.

Dus Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dadurch, daß nunmehr ein dreistufiges Radialgebläse vorgesehen ist. Zum Unterschied zum einstufigen weist nunmehr das Gehäuse 16 des Gebläses zwei Gehäuseringe 23 und 24 auf. die so breit gestaltet sind, daß sie drei Umlenkringe 28 und drei Zwischenscheiben 29 überdecken. Durch die Gehäuseringe vergrößert sich der Innenraum, so daß dementsprechend auch mehrere Laufräder mit den Abstandsringen Aufnahme finden. Hierbei sind die einzelnen Räume noch durch besondere Leitbleche S6 strömungstechnisch günstig gestaltet. Die zwei Zwischenringe sind zum Deckel und zu den Ringen jeweils mit nicht näher beschriebenen Dichtungen 67 versehen.

Außerdem sind nunmehr die die Schrägkugellager 55 tragenden Lagerräume des Gehäuses durch Spaltdichtungen 68 weitestgehend verschlossen. Dieses geschieht um sicherzustellen, daß bei Betrieb des Gebläses möglichst keine Schmierfettdämpfe in den eigentlichen Lasergasstrom gelangen können.

Um dieses auch auf jeden Fall sicherzustellen, können die Anschläge 58 und 61, wie es bei dem Anschlag 61 gezeigt ist, mit einer Bohrung 69 versehen sein. Durch diese Bohrung kann Lasergas abgesaugt werden, um so beim Betrieb des Lasers das Lasergas dauernd regenerieren zu können. Eine entsprechende Zuführungsleitung für das frische Lasergas könnte sich im Saug- oder Druckstutzen befinden.

Wie ein Vergleich mit Fig. 2 und 3 zeigt, sind bei beiden Radialgebläsen die beiden Deckelteile 21 und 22 gleich, ebenso sind die beiden Wellenenden 30 und 31 gleich ausgebildet. Schließlich sind Umlenkringe, Zwischenscheiben, Laufräder sowie Abstandsringe und die Stützlager identisch ausgebildet. Um ein einstufiges Radialgebläse in ein anderes umzuwandeln, werden also lediglich weitere oder andere Gehäuseringe sowie andere Zuganker erforderlich. Selbstverständlich muß auch der Antriebsmotor anders aufgebaut sein, da seine Leistung bei mehrstufigen Gebläsen entsprechend höher gestaltet sein muß. Das Gehäuse 20 für den Antriebsmotor 26 ist jedoch so groß am Deckel 22 gestaltet, daß unterschiedliche Antriebsmotoren genügend tlatz haben.Bei den Gehäuseringen ist jedoch zu beachten, daß beispielsweise bis zu einem vierstufigen Radialgebläse lediglich zwei Gehäuseringe erforderlich sind. Aufgrund des geschilderten modularen Aufbaus des Radialgebläses ist es möglich, die einzelnen Teile in hohen Stückzahlen herzustellen, trotzdem aber individuell angepaßte Radialgebläse zu bauen,

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich im wesentlichen dadurch von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, daß auf die Vorläufer 71 am Abstandsring 35 verzichtet wurde. Stattdessen wurde der entsprechende

Bereich dem Laufrad 34 angeformt. Darüber hinaus wurde die Breite des Abstandsringes weiter verkleinert. In diesem Beispiel ist weiterhin dem Kugellager 55 ein Hilfskugellager 72 zugeordnet, wobei zwischen beiden Kugellagern eine Fangscheibe 73 angeordnet ist. Das Hilfskugellager sitzt mit Spiel auf dem Wellenende 31 des Rotors 27, so daß es sich üblicherweise bei Betrieb des Rotors nicht dreht, erst bei Zerstörung oder Beschädigung des Kugellagers kommt es zum Eingriff, wobei durch entsprechende Schaltungen der Rotor beim Lauf des Hilfskugellagers abgebremst werden kann.Durch die Fangscheibe 73 ist sichergestellt, daß keine Teile des etwaig zerstörten Kugellagers 55 ins Hilfskugellager 72 gelange"¹ können.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist ein zweiflutiges Radialgebläse dargestellt. Gemeinsam mit den bisherigen Ausführungsbeispielen ist wiederum der modulartige Aufbau von Rotor 27 und Gebläsegehäuse 16.

Das Gebläsegehäuse besteht aus zwei jeweils einen Saugstutzen 17 aufweisenden Gehäusedeckeln 21,22 und einem den Druckstutzen 18 aufweisenden Gehäusering 24. Gehäusering 24 und Gehäusedeckel sind verspannt miteinander gehalten, wobei zwischen den Deckeln und an dem Ring anliegend Zwischenscheiben 29 und ein Umlenkring 28 angeordnet sind.

An den Berührstellen von Deckel und Gehäusering sind Dichtungen 67 vorgesehen. Wie teilweise aus Fig. 6 hervorgeht, ist der Druckstutzen 18 so am Gehäusering 24 angeordnet, daß er sich zu seiner Austrittsöffnung hin spiralenförmig erweitert.

Der Rotor 27 weist den an sich aus den bisherigen Figuren bekannten Aufbau auf. Wiederum sind Laufräder 34 und Abstands ringe 35 zentriert angeordnet und über den Zuganker verspannt zueinander gehalten. Gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten

■ · * « t ■

Gebläse müssen an Bauteilen lediglich der Zwischenring 24, der Gehäusedeckel 22,ein zwischen den Zwischenscheiben vorgesehener Umlenkring 28 sowie einer der Vorläufer eine etwas andere Bauform einnehmen. Zusätzlich werden ein zwischen den Laufrädern 34 liegender Abstandsring 74 sowie ein Zentrierring 75 benötigt. Ansonsten können die gleichen Bauteile verwendet werden, um ein einflutiges Gebläse in ein zweiflutiges umzuwandeln.

Zur Wirkungsweise dieses zweiflutigen Gebläses sei erklärt, daß nunmehr sowohl über den Ansaugstutzen 17 des Deckels 21 als auch den Stutzen 17 des Deckels 22 das Lasergas angesaugt werden kann und dann über die beiden Laufräder 34 zum Druckstutzen 18 gefördert wird. Hierbei sind die beiden Laufrades; spiegelbildlich zueinander angeordnet und sie können über einen einzigen Motor angetrieben werden.

Es sei hier noch erwähnt, daß anstelle des Gehäusedeckel 21 auch der Deckel 22 eingebaut werden könnte. In diesem Falle könnte der Rotor über zwei Motoren angetrieben werden. Hierbei müßte aber zwischen dem Stützlager 33 und dem Wellenende 31 ein besonderer Lagerabschnitt für den Läufer des zweiten Motores vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise wären dann die Deckel und 22 so ausgebildet, daß das Motorgehäuseteil 20 als separates Bauteil an die Deckel angeflanscht werden könnte.

Es sei hier noch darauf hingewiesen, daß die Rohlinge der Laufräder bezüglich ihrer Größe und ihrer Schaufelhöhe so ausgelegt sind, daß mit ihnen ein maximaler Gasvolumenstrom gefördert werden kann. Während die Rohlinge der Zwischenscheiben so gefertigt werden, daß sie für eine minimale Gasvolumenstromförderung ausgelegt sind. Durch nachträgliches Bearbeiten von Laufrädern und Zwischenscheiben kann nunmehr jeweils der günstigste Wirkungsgrad für den speziellen Verdichter erzielt werden. Es hat sich gezeigt, daß für die Einzelstufen Schnell-Laufzahlen Cf von 0,12 bis 0,4 sich erreichen lassen. Es lassen sich die für den CCL-Axialstromgaslaser erforderlichen Volumenströme von 1000 m /h bis 4000 m /h und Druckverhältnisse von 1,2 bis 1,8 bei sehr unterschiedlichen Lasergas-Zusammensetzungen bei günstigen Verdichterwirkungsgraden erzielen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der Volumenstrom abhängig ist von der Einlaßgröße der Lauf räder und der Drehzahl und daß" die Druckverhältnisse abhängig sind von der Größe des Durchmessers der Laufräder beim Austritt,der Drehzahl des Gebläses sowie der Gaszusammensetzung. Falls daher von einem Besteller hinsichtlich des Volumenstroms, der Druckverhältnisse sowie der Gaszusammensetzung und des Arbeitsbereiches Angaben gemacht werden, kann durch einfache nachträgliche Bearbeitung von Laufrädern und Zwischenscheiben erreicht werden, daß der Verdichter bei einem optimalen Wirkungsgrad betreibbar ist. Hierbei ist der optimale Wirkungsgrad über die Schnei1-Laufzahl <o sowie die Durchmesserzahl &ogr; bestimmbar. Die Schnell-Laufzahl & ist in Abhängigkeit von der Drehzahl, dem Volumenstrom sowie der spezifischen sogenannten Stutzenarbeit, die angibt, wieviel Energie einem kg Masse beim Durchtritt durch den Verdichter zugeführt werden muß.

28

während die Durchmesserzahl &ogr; abhängig ist von äußeren Laufraddurchmesser und wiederum abhängig von der spezifischen Stutzenarbeit und dem Volumenstrom.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungen nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung- Diese ist nicht darauf beschränkt. Vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und sr.dere Gestaltungen möglich, so könnte statt dein in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, mit zwei Gehäuseringen auch dort ein einziger Gehäusering verwendet werden, der würde dann drei Laufräder mit den entsprechenden Abstandsringen, Umlenkringen sowie Zwischenscheiben abdecken. Ein zweistufiger Laser würde bei einer solchen Anordnung dann mit zwei einzelnen Gehäuseringen 24 ausgerüstet sein. Weiter sei noch erwähnt, daß in dem spiralförmig ausgebildeten Aufnahmeraum 65 der Druckseite auch noch eine Wärmeaustauscheinrichtung vorgesehen sein kann, um dkie beim Komprimieren des Gases entstehende Wärme sicher abzuführen. Auch könnte der Saugstutzen eine Wärmeaustauscheinrichtung aufnehmen. Insgesamt ist wichtig für alle Ausführungsbeispiele, daß sowohl die bewegliche-&Lgr; Teile, also Laufrad und Abstandsring als auch die feststehenden Teile, wie Umlenkring und Zwischenscheibe axial verspannt gehalten sind. Weiter sei noch vorgetragen, daß statt der Zuqankerhalterung die Befestigung der einzelnen Teile über eine Klebeverbindung erfolgen kennte, wobei der Zuganker selber dann nur eine Montagefunktion einnehmen würde. Zur Drehzahl Anpassung des Antriebsmotors könnte diesem ein Frequenzumformer als separates Bauteil vorgeschaltet sein. Schließlich könnte das ein oder mehrstufige Radialgebläse auch zweiflutig ausgebildet sein.

PATENTANWÄLTE ....

zugelassene Vertreter beim Europäischen J*aftentanSt ·»··. . "·\*"\

DiPL-PHYS. BUSE ■ dipl.phys. MENTZEL·^'DiPL-VAäLUDEWIG Unterdörnen 114 - Postfach 200210 - 5600 Wuppertal 2 - Telefon (0202) 557022/23/24 - Telex 8591606 wpat · Telefax 0202/557024

Xl

5600 Wuppertal 2, den

Kennwort: "Lasermodulgebläse it"

Gebr. Becker GmbH & Co., Hölker Feld 29-31, 5600 Wuppertal 2

Axialstromgaslaser, insbesondere C0₂-Gaslaser

Bezugszeichenl iste

10 Lagergehause	38	Zuganker
11 Gasentladungsrohr	39	Bohrung von 34
12 Spiegel	40	Bohrung von 35
13 Stutzen	41	Verdickungen an 38
14 Lasergasleitungen	42	Vierkant an 38
15 Radialgebläse	43	Gewindeabschnitt an 38
16 Gebläsegehäuse	44	Verstellmutter
17 Saugstutzen	45	Verstellring
18 Druckstutzen	46	Vorspannfeder
19 Wärmeaustauschein richtung	47	Verbreiterungen
20 Gehäuseteil für 26	48	Zentrierflächen
21,22 Gehäusedeckel	49	Gegenfläche
23,24 Gehäuseringe	50	Mittellinie von 27
25 Spannschrauben	51	Abstützflächen
26 Antriebsmotor	52	Wellenabschnitt
27 Rotor	53	Zentrierflächen von 31
28 Umlenkring	54	Gegenflächen von 33
29 Zwischenscheibe	55	Schrägkugellager
31,31 Enden von 27	56	Statorteil
32,33 Stützlager	57	Schraubverbindung für 23,24
34 Laufrad	58	Anschlag
35 Abstandsring	59	Feder
36 Motorläufer	60	Gleithülse
37 Gewindebohrung	61	Anschlacj an 21

c ·

PATENTANWÄLTE

zugelassene Vertreter beim Europäischen' PatentaiM ::..

DiPL-PHYS. BUSE ■ DiPL-PHYS. MENTZEL ■d7pl IN6. LÜÖEWIG

Unterdömen 114 · Postfach 200210 · 5600 Wuppertal 2 · Telefon (0202) 557022/23/24 · Telex 8591606 wpat ■ Telefax 0202/557024

5600 Wuppertal 2, den

Xl Kennwort: "Lasermodulgebläseii"

Gebr. Becker GmbH & Co., Hölker Feld 29-31, 5600 Wuppertal 2

Axialstromgaslaser, insbesondere CO^-Gaslaser

Bezugszeichenliste - 2 -

62 Vorleitschaufeln

63 Nachleitschaufeln

64 Schaufeln von

65 Aufnahmeraum in

66 Leitbleche

67 Dichtungen

68 Spaltdichtung

69 Bohrungen

70 Welle von 27

71 Vorläufer

72 Hilfskugellager

73 Fangscheibe

74 Abstandsring

75 Zentrierring

Claims

PATENTANViAtTE'V': . XX

zugelassene Vertreter beim Eiir.OR3iscrisg^:P4{entafTt,,ti^:., ·

DiPL-PHYS.BUSE DiPL-PHYS.MENTZEL dipling.LUDEWIG

Unterdörnen 114 · Postfach 200210 · 5600 Wuppertal 2 · Telefon (0202) 557022/23/24 - Telex 8591606 wpat · Telefax 0202/557024

X2 5600 Wuppertal 2, den

Kennwort: ^rLasermodulgebläse II" Zur Eingabe vom 29.08.1988.

Gebr. Becker GmbH & Co. KG, Hölker Feld 21-31, 5600 Wuppertal 2

Axialstromgaslaser, insbesondere CO₂-Gaslaser

Ansprüche :

1.) Axialstromgaslaser, insbesondere CO^-Gaslaser, mit wenigstens einem im Lasergehäuse angeordneten als optischen Resonator ausgebildeten Gasentladungsrohr,

das vom Lasergas durchströmt wird

und mit einem zur Umwälzung des Lasergases dienenden Radialgebläse mit einem Gehäuse

das einen Rotor mit wenigstens einem Laufrad aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß das ein- oder mehrstufig ausgebildete Radialgebläse (15) hinsichtlich seines Rotors (27) und/oder seines Gehäuses (16) einen zumindest teilmodularen Aufbau aufweist.

2.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die den Rotor (27) bildenden Bauelemente, mindestens aber ein Laufrad (34),geqebenenfalls ein dazugehöriger zur Gasumlenkung dienender Abstandsring (35) sowie die beiden Laufrad und Abstandsring einfassenden Stützlager (32,33), verspannt zusammengehalten sind zur Erzielung einer biegesteifen Konstruktion sowie einer Minimalisierung der Tangentialspannungen im Nabenbereich des oder der Laufräder.

3.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch '< ) gekennzeichnet, daß die den Rotor (27) bildenden

Bauelemente (32,33,34,35) des Radialgebläses (15) durch einen gemeinsamen Zuganker (38) miteinander verbunden sind.

4.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die aen Rotor (27) bildenden Bauelemente (30-35) durch eine Klebeverbindung miteinander verbunden sind.

5.) Axialstromgaslaser nach dinem der Ansprüche 1 bis 4, -, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (27) einen

. bohrungsartigen Längsdurchbruch (39,40) zur Ajfnahrne

' des Zugankers (38) aufweist, hierbei ist der Durch

messer der Bohrung wesentlich kleiner als der mittlere Durchmesser einer die Berührfläche zwischen zwei Bauelementen bildenden Kreisringflache zur Minimalisierung der Tangentialspannungen im Nabenbereich (35) des bzw. der Laufräder (34) oder des bzw. der Abstandsringe (35).

6.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des bohrungsartigen Langendurchbruches (39,40) des Rotors (27) höchstens die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Drittel des kleinsten Durchmessers des durch Laufrad (34) und Abstandsring (35) gebildeten Strömungskanalbereich ist.

&ldquor; 7.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ( gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) des Radial

gebläses (15) wenigstens einen auswechselbaren Gehäusering (23,24) aufweist, an dem mindestens eine zur Führung der Gasströmung vorgesehene Zwischenscheibe (29) und ein Umlenkring (28) vorgesehen ist.

8.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Gehäuseringen (23/24) diese jeweils unterschiedlich breit gestaltet und an diesen eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenscheiben (29) und Umlenkringen (28) ; vorgesehen ist.

9.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheibe (•29) mit dem Umlenkring (28) bzw. die Zwischenscheiben (29) mit dem Umlenkring (28) an äen Gehäuseringen (23,24) radial geführt und axial verspannt gehalten sind.

10.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (38) sich an den Innenflächen von Bohrungen (39) der Laufräder (34) abstützt.

• · · · III

11.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenabschnitte der Laufräder (34) sowie der Abstandsringe (35) einen Abschnitt (52) der Welle (70) des Gebläserotors (27) bilden.

12.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Welle (70) des Rotors (27) ein Stützlager (32) aufweist, das in möglichst großem radialem Abstand von der Mittellinie (50) der Welle (70) aus an den durch Laufrädern (34) und Abstandsringen (35) gebildeten Wellenabschnitt (52) anliegt.

13.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Stützlagers (32) das eine Ende des Zugankers (38) lösbar an dem Wellenende (30) der Welle (70) befestigt ist.

14.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützlager (32) dem Wellenende (30) angeformt ist.

¹⁵·) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (26) des Gebläses (15) im Inneren des Gebläsegehäuses (16) angeordnet ist.

16.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem Wellenende (30) des Rotors (27) der Läufer (36) des Antriebsmotors (26) des Gebläse (15) aufgesetzt ist.

17.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rotor (27) bildenden Bauelemente (32-35) durch Zentrierungen zueinander ausgerichtet sind.

18.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1

bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (34) im Abstützbereich mit dem Zuganker in axialer Richtung Verbreiterungen (47) mit radialen (~S Zentrierflächen (48) tragen, auf denen Gegenflächen

(49) der Abstandsringe (35) aufliegen, hierbei weisen die Zentrierflächen (48) einen kleinen radialen Abstand von der Mittellinie (50) des

Rotors (27) auf.

19.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Laufrädern (34) des Gebläses (15) diese unterschiedlich breit gestaltet sind.

20.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Ende des aus Laufrad (34) und Abstandsring (35) bzw. Laufrädern(34) und Abstandsringen (35) gebildeten Wellenabschnitte (52) ein Stützlager (33) angreift, das über eine am freien Ende des Zugankers (38) gelagerten Verstellmutter (44) am Ende des Wellenabschnittes gehalten ist.

21.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 20 dadurch

gekennzeichnet, da3 zwischen Verstellmutter (44) und Stützlager (33) eine Vorspannfeder (46) gehalten ist.

22.) Axiaigasstromlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der den Rotor (27) bildende Baulemente durch Druckfedern (46), insbesondere Tellerfedern, die sich an dem Zuganker (38) abstützen, verspannt gehalten sind.

23.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, daß an dem "Stützlager (33) das zweite Ende (31) des Rotors (70) lösbar befestigt ist.

24.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 23 , dadurch gekennzeichnet, daß den Laufrädern (34) in Gasstromrichtung gesehen Vor- und/oder Nachleitschaufeln (62,63) zugeordnet sind, die verstellbar angeordnet sind.

25.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche

1 bis 24 , dadurch gekennzeichnet, da3 in Strömungsrichtung des Lasergases vor und hinter dem eigentlichen Radialgebläse jeweils eine Wänneaustausch_v) einrichtung vorgesehen ist.

26.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 25 dadurch -kennzeichnet, dc.ß die Wärmeaustauscheinrichtung mit dem Ein- und/oder Austritt des Gehäuses (16) des Radialgebläses (15) verbunden ist.

27.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 2* dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheinrichtung im Ein- und/oder Austritt des Radis ; ,*äses vorgesehen ist.

r ··

• &igr; ·

28.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche

25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in der Austrittsöffnung des Gehäuses die Wärmeaustauscheinrichtung angeordnet ist.

29.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet,, daß die Wärmeaustauscheinrichtung den Antriebsmotor umgibt.

30.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 29,

&lgr; dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wärmetauschein- |

richtung sowohl der Antriebsmotor als auch das Laser- [

gas kühlbar ist. \

31.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis

30, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheinrichtung und/oder das Gehäuse (20) des Antriebsmotors (26) einem Gehäuseteil (22) des Radialverdichter angeformt sind und ein gemeinsames Teil, beispielsweise Gußteil, bilden.

^s~^ 32.) Axialgasstromlaser nach Anspruch 15 oder 31, dadurch

gekennzeichnet, daß der Unterbringungsraum des Antriebsmotors (26) im Gebläsegehäuse vergrößert ausgebildet ist.

33.) Axialstromgaslaser räch einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antriebsmotor (26) zur Drehzahlregulierung ein Frequenzumformer _a]_s separates Bauteil zugeordnet ist.

Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen des Rotors (27) nicht unmittelbar im Lasergasstrom angeordnet sind.

Axialstromgaslaser nach Anspruch 34 , dadurch ^kennzeichnet, daß die Lagerstel-len des ;Rotors (27) mittels Spaltdichtungen (68) vom Lasergasstrom- abgedichtet sind.

Axialstromgaslaser nach Anspruch 34 oder 35, dadurch - gekennzeichnet, daß die Lagerstellen mit einem Schmierfett mit niedrigem Dampfdruckpunkt versehen sind.

37.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 fcis 30, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum für Lagerstellen des Rotors (27) Abzugsöffnungen (6'9) für das auszutauschende Lasergas vorgesehen sind.

38.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 34 bis 37,- dadurch gekennzeichnet, daß als Lagerstellen des-Rotors (27) Kugellager (55) vorgesehen sind, denen jeweils ein Hilfskugellager (72) zugeordnet ist, das mit Spiel das Ende (30/31) des Gebläserotors aufnimmt.

39.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 3d/ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kugellager (55) und Hilfskugellager (72) eine Fangscheibe (73) vorgesehen ist.

; 40. j Axialstromgaslaser nach,feinein *d&ds*Aiv5pruafie».f bis 39 ,

dadurch gekennzeichnet, dafl der Rotor (27) des Gebläses (15) über eine Druckfeder (59) nach eimar Seite hin federnd belastet ist.

41.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche

1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dafl der Raum (20) zur Unterbringung des Antriebsmotors (26) keine dichtenden Trennungen zum Gasraum des Radialgebläses (15) aufweist.

42.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 41. dadurch gekennzeichnet, daß zum modularen Aufbau des Gebläsegehäuses (16) zwei Gehäusedeckel (21,22) .) mit entweder dem Saugstutzen (17) oder dem

Druckstutzen (18) vorgesehen sind, hierbei erstrecken sich zwischen den beiden Gehäusedeckeln (21,22) wahlweise ein oder mehrere Gehäuseringe (23,24) und daß zum modularen Aufbau des Gebläserotors (27) zwei Wellenenden (30,31) ausgebildet sind zwischen denen je nach Gebläseleistung eine unterschiedliche Anzahl von Laufrädern und Abstandringen angeordnet sind, hierbei sind entsprechend der Anzahl der Lauf räder ( 34) an .?em oder den Gehäuseringen (23,24) eine gleiche Anzahl von gleichgertalteten Zwischenscheiben (29) und Umlenkringen C28) vorgesehen*.

43.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, das auf beiden Wellenenden (30,31) des Rotors (27) jeweils ein Läufer (36) eines Motores (26) angeordnet ist, so daß beiderseits der Laufräder ein Antriebsmotor vorgesehen ist.

44.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäusedeckel (21,22) des Gebläsegehäuses (16) gleich ausgebildet sind.

45.) Axialstromgaslaser nach Anspruch 44/ dadurch gekennzeichnet, daß der Motorgehäuseteil (20) und der Gehäusezwxschenring (23,24) als separate Bauteile ausgeführt und an die beiden GehMusedeckel (21,22) anflanschbar sind.

46.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialgebläse zweiflutig ausgebildet ist.

47.) Axialstromgaslaser nach e.inem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (34) des Gebläses (15), insbesondere hinsichtlich ihres äußeren Durchmessers, der axialen und/oder radialen Erstreckung ihrer Schaufeln (64) für einen maximal zu fördernden Gasvolumenstrom gestaltet sind.

48.) Axialstromgaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dan Schaufeln (64) der Laufräder (34) zusammenarbeitenden Zwischenscheiben (29) des Gebläses (15) insbesondere hinsichtlich ihres Innendurchmessers sowie ihrer axialen Erstrekkung für einen minimalen zu fördernden Gasvolumenstrom gestaltet sind.