DD241507B1 - Hochleistungsquerstromlaser - Google Patents

Description

zur durch die Fußpunkte beschriebene Bahn zwischen 45° . 180° betragt Bei Verwendung von vier Leitflachen ist diesen bevorzugt identische Sehnenlange gegeben, und das Verhältnis von Warmeubertragerausdehnung senkrecht zur optischen Achse und Elektrodenabstand ist mit 9 1 festgelegt. Den Leitflachen ist dabei bevorzugterweise eine Dickenvariation in Richtung des Gasstromungsumlaufs gegeben Es hat sich gezeigt, daß bei dem erfmdungsgemaßen Aufbau lediglich 20% der fur den Laserbetrieb aufgewendeten elektrischen Leistung fur die Gasumwälzung bei einem Massendurchsatz von etwa 400g/s mit einer Geschwindigkeit 80m/s (p = 4,5kPa) erforderlich sind.

Ausfuhrungsbeispiel

Zur näheren Illustration der erfmdungsgemaßen Losung soll folgendes Ausfuhrungsbeispiel dienen Beiliegende Fig 1 zeigt dabei eine gemäß der Erfindung konzipierte Ausfuhrungsform im seitlichen Schnitt In einer kesselform igen Anordnung sind dabei entsprechend der Erfindung der Wärmeübertrager 1, die Elektroden 2 und vier Leitflachen 3 sowie das Geblase 4 angeordnet Der stromauf vor dem Wärmeübertrager 1 befindliche Diffusor stellt infolge der starken Umlenkung der Stromungsrichtung und der auf kurzem Wege erfolgenden Erweiterung ein stromungsmechanisch kritisches Bauteil dar Hierbei können ausgedehnte Ruckstromungszonen auftreten, die zu erhöhten Stromungsverlusten und zu einer stark inhomogenen, mit Rezirkulationsgebieten behafteten Durchstromung des Wärmeübertragers 1 fuhren Daraus resultieren ein hoher Leistungsbedarf fur das Geblase und eine uneffektive Arbeitsweise des Wärmeübertragers 1 bzw inhomogene Verteilungen der Lasergastemperatur am Warmeubertragerausgang Das erfindungsgemaße Ausfuhrungsbeispiel ist einer herkömmlichen Variante mit langen Leitschaufeln und anderer Verhaltnisse von Warmeubertragerausdehnung zu Elektrodenabstand deutlich überlegen Gegenüber den bekannten Ausfuhrungen wird ein etwa 5fach höherer Druckruckgewinn realisiert Im Gegensatz zu anderen bekannten Diffusorvarianten wurde gefunden, daß bei einem Aufbau entsprechend des Patentanspruchs der gesamte zur Kühlung des Gasstroms eingesetzte Wärmeübertrager ruckstromungsfrei vom Gasstrom durchsetzt wird und selbst bei Gasgeschwindigkeiten am Eintritt der Entladungskammer von großer als 80 m/s lediglich 20% der fur den Laserbetrieb erforderlichen elektrischen Leistung fur den Gasumlauf angewendet werden müssen

Claims (3)

1. Hochleistungsquerstromlaser unter Verwendung von üblichen Wärmeübertragern und Entladungskammern, die bezüglich der optischen Achse parallel angeordnet sind und durch den E-Feldverlauf in der Entladungskammer und die senkrechte Durchströmungsrichtung des Wärmeübertragers ein Winkelbereich von 30°...60° eingeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Wärmeübertragerausdehnung senkrecht zur optischen Achse und dem Elektrodenabstand in der Entladungskammer ein Verhältnis zueinander in der Größenordnung von 9:1 gegeben ist, wobei die Gasumlenkung nach der Entladungskammer durch in Richtung des Gasumlaufs unterteilte Leitflächen gleichmäßiger Sehnenlänge erfolgt, deren Fußpunkte annähernd kreisbogenförmig in Richtung zum Wärmeübertrager derart angeordnet sind, daß der Abstand der Leitflächen zueinander in der Größenordnung der Sehnenlängen festgelegt ist, wobei zwischen zwei und acht Leitflächen eingesetzt sind und der Winkel der Tangenten an die kreisbogenformige Bahn an den Fußpunkten der Leitflächen zur durch die Fußpunkte beschriebene Bahn zwischen 45°... 180° beträgt.

2. Hochleistungsquerstromlaser nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei indentischen Sehnenlängen der Leitflächen und einem Verhältnis der Warmeübertragerausdehnung zu Elektrodenabstand von 9:1 vier Leitflächen eingesetzt sind.

3. Hochleistungsquerstromlaser nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß den Leitflächen eine Dickenvariation in Gasströmungsrichtung gegeben ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Hochleistungsquerstromlaser, der insbesondere als CO₂-Laser fur technologische Bearbeitungszwecke Anwendung findet, wie ζ B Schweißen, Schneiden und zur Oberflachenveredlung metallischer Werkstoffe Daneben werden diese Laser zunehmend zur Bearbeitung nichtmetallischer Werkstoffe, wie ζ B Keramik, eingesetzt

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Laseranordnungen genannten Typs sind bekannt Der Erfindung am nächsten kommen dabei die in US-PS 4 096 449 und DE-OS 3 405 867 beschriebenen Anordnungen

Bei all diesen Anordnungen ist man bestrebt, bei möglichst kleiner Bauform hohe Laserausgangsleistungen zu erzielen Unabdingbare Voraussetzungen zum Erreichen dieses Ziels sind sowohl eine hohe Umlaufgeschwindigkeit des aktiven Mediums als auch eine effektive Kühlung nach dessen Austritt aus der Anregungszone Diese Forderungen bedingen den konstruktiven Aufbau des genannten Lasertyps Es ist bekannt, daß ein beträchtlicher Teil der zum Betrieb des Lasers aufgewendeten elektrischen Leistung zum Erreichen der hohen Gasumlaufgeschwindigkeiten aufgebracht werden muß Als Beispiel fur den Leistungsbedarf zum Gastransport kann die sowjetische Entwicklung des Lasers TL10 dienen, in dem 50% der in der Entladung umgesetzten elektrischen Leistungen fur den Antrieb des Gaskreislaufsystems aufgebracht werden müssen Fur einen Massendurchsatz von ca 400g/s sind das 35kW bei einer Gasgeschwindigkeit von 80m/s (ARTAMANOV, A V u a , Kvant Eiektr 7(1980)2467)

Diesen Teil der elektrischen Leistung gilt es zu verringern Dazu dient der Einsatz von Gasgeblaseeinheiten hohen Wirkungsgrades, die einen relativ hohen Druckverlust im Gaskreislauf auszugleichen gestatten Das sind wie in US-PS 4 096 449 der Symmetrie des Lasers angepaßte Querstromgeblase

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, einen Hochleistungsquerstromlaser zu schaffen, der bei kleiner Bauform einen hohen Wirkungsgrad bezüglich der fur den Gasumlauf aufzubringenden elektrischen Leistung aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochleistungsquerstromlaser anzugeben, der eine effektive Gaskühlung bei homogener Durchstromung des Wärmeübertragers realisiert Erfmdungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß unter Verwendung von üblichen Wärmeübertragern und En tladungs kammern, die bezug lieh der optischen Achse parallel angeordnet sind und durch den E-Feldverlauf in der Entladungskammer und die senkrechte Durchstromungsrichtung des Wärmeübertragers ein Winkeibereich von 30° 60° eingeschlossen ist, der Warmeübertragerausdehnung senkrecht zur optischen Achse und dem Elektrodenabstand in der Entladungskammer ein Verhältnis zueinander in der Größenordnung von 9 1 gegeben ist, wobei die Gasumlenkung nach der Entladungskammer durch in Richtung des Gasumlaufs unterteilte Leitflachen gleichmäßiger Sehnenlange erfolgt, deren Fußpunkte annähernd kreisbogenformig in Richtung zum Wärmeübertrager derart angeordnet sind, daß der Abstand der Leitflachen zueinander in der Größenordnung der Sehnenlangen festgelegt ist, wobei zwischen zwei und acht Leitflachen eingesetzt sind undderWinkel der Tangenten an die kreisbogenformige Bahnanden Fuß punkten der Leitflachen