DK169933B1 - Anordning ved højenergilaser - Google Patents

Description

i DK 169933 B1

Opfindelsen angår en anordning som angivet i krav l's indledning.

En sådan anordning kendes fra et prospekt fra firmaet C-E Industrial Lasers, Inc., 32 Cobbel Hill Road, Somerville, Massachusetts 02143, 5 USA. Af prospektet fremgår kun konfigurationen ifølge krav l's indledning uden gastilførselsanordningen, gasbortledningsanordningen, varmevekslerapparatet, gaspumpen og basisapparatet. Disse genstande må imidlertid forefindes, idet det er utænkeligt, at laseren kan arbejde f.eks. uden gaspumpe.

10

Formålet med opfindelsen er at angive en i forhold til sin ydelse lille højenergi laser, ved hvilken det er tilstrækkeligt med tynde gasrørledninger. Ifølge opfindelsen løses denne opgave ved hjælp af de i krav l's kendetegnende del angivne ejendommeligheder.

15

Ved hjælp af gruppen a) af ejendommelighederne opnår man, at der ikke blot kan tilføres gas ved hjørnerne!!emflangerne og endeflangerne. Tværtimod er der tilvejebragt fire yderligere steder, fra hvilke gas kan tilføres eller bortledes. En lasers ydelse afhænger 20 som bekendt af, hvor megen afkølet gas, der kan tilføres.

Ved den i gruppen b) af ejendommelighederne angivne foranstaltning opnås en konstruktionsgruppe, der som bearbejdningsstation nemt kan indføjes i en produktionslinie.

25

Gruppen c) af ejendommelighederne virker på samme måde som gruppen a). Man får derved de korteste strækninger for gassen fra strålestrækningen til gaspumpen og tilbage. Den samme virkning har også gruppen d) af ejendommelighederne. Den stjerneformede forbin-30 del se er den korteste forbindelse og desuden den forbindelse, ved hvilken intet område af strålestrækningerne systematisk er mere eller mindre foretrukket. På samme måde virker også gruppen e) af ejendommelighederne. En turboradialblæser har en meget høj transportydelse. Den kan anbringes nær strålestrækningen, idet den har 35 små dimensioner. Der kræves ingen mekaniske frakoblingsmidler, der medfører længere gasbortledningsledninger og gastilførselsledninger. Blæseren passer også ind i symmetrien, hvilket ikke er tilfældet ved kapselpumper.

2 DK 169933 B1

Den samme virkning har også gruppen f) af ejendommelighederne. I det det stjerneformede element kan der anbringes i tværsnit forholdsvis * store, beskyttede, strømningsmæssigt meget fordelagtige delstrækninger. Den optiske bænk kan så at sige udøve en dobbeltfunktion.

5 Den sørger også for føringen af gassen. Ved de under g) angivne ejendommeligheder opnås, at man kan anvende få i tværsnit store delstrækninger, der frembyder ringe strømningsmodstand og giver et overskueligt, ligeberettiget strømningsskema, og samtidig udnyttes flangerne til fordeling af friskgas og opsamling af brugtgas, idet 10 der fordeles i den ene flange, samles i den anden, fordeles i den tredje osv. Ved den under h) anførte foranstaltning opnås, at delstrækningerne bliver optimalt korte, og at separate slanger ikke er nødvendige.

15 Den i krav 2 angivne foranstaltning bidrager yderligere til at gøre konstruktionsgruppetanken fuldendt. Hver gasrørstreng bidrager ligeligt til laserydelsen, man kan udforme hjørnerne!!emflangerne identiske, og de væsentlige dele befinder sig lige langt fra diagonalernes skæringspunkt.

20

Ved de i krav 3 angivne ejendommeligheder opnås, at spejlene, der jo sidder i hjørnerne!!emflangerne, køles bedre, medens gennemgangsflangerne modtager den varmere gas, men varmemæssigt ikke er så kritiske. Ved de i krav 4 angivne foranstaltninger opnås, at den 25 optiske bænk anvendes direkte til anbringelse af samtlige delstrækninger. Man sparer overordentlig megen plads, der ellers anvendes til rørledninger. Ved hjælp af skillevæggene afstives bordet, især dersom det hele udformes som en svejst konstruktion.

30 Ved den i krav 5 angivne foranstaltning opnås, at alle gastilførsel ssteder modtager den samme gasmængde.

Ved den i krav 6 angivne foranstaltning opnås, at der ved samtlige gasbortledningssteder bortledes lige megen gas.

Ved de i krav 7 angivne foranstaltninger undgås ledninger i bordet og fra blæseren til bordet, og endvidere kan blæseren anbringes meget nær bordet.

é 35 DK 169933 B1 3

Ved den i krav 8 angivne foranstaltning opnås en enhed, der er nem at montere og demontere. Endvidere kan man også spare svingningsdæmperne, fordi blæseren har meget højt omløbstal. Desuden opfylder man symmetri tanken fuldt ud, hvilket betyder fordele med hensyn til 5 belastningen af bordet, med hensyn til gaskinematikken og den overskuelige modul konstruktion.

Ved de i krav 9 angivne foranstaltninger opnås, at delstrækningerne for gastilførslen og gasbortledningen er absolut ligeberettigede og 10 symmetriske, og at den kølige gas på hurtigste måde når hjørnemel -lemflangerne. Ved den i krav 10 angivne ejendommelighed opnås, at varmevekslerelementerne ligeledes kan indbygges i bordet, således at ekstra aggregater heller ikke er nødvendige hertil. Endvidere er dette fordelagtigt for den med høj ydelse løbende blæser, idet denne 15 dermed allerede fra begyndelsen får kølet gas, hvilket bidrager til en længere levetid af blæseren. Endvidere opnås, at også bordet køles samtidigt.

Ved hjælp af den i krav 11 angivne foranstaltning opnås, at man kan 20 køle gassen endnu en gang, inden den når ind i strålestrækningerne, og at man kan eliminere den temperaturforøgelse, der sker ved kompressionen af gassen i blæseren. Desuden opnås højere køleflader, dersom man ifølge både krav 14 og krav 15 anbringer varmevekslerapparater.

25

Med den i krav 12 angivne foranstaltning rykker man blæseren helt hen til bordet. Man behøver ingen mel!emsi anger eller komplicerede tætninger. I bordets undervæg skal der blot være et centralt hul.

30 Det samme gælder for den i krav 13 angivne ejendommelighed. Man har dermed forbundet blæseren direkte med bordet og udnyttet dets dobbeltfunktion som optisk bænk og gasfordeler.

Ved hjælp af de i krav 14 angivne ejendommeligheder kan man real i-35 sere en laser i området fra flere hundrede watt og op til få kilowatt, uden at man i og for sig ændrer laseren. Naturligvis skal pumpekapaciteten også forøges tilsvarende. Herunder kan længden af laserstrålen ligge i området 2000-3000 mm. I tilfælde af den kvadratiske udformning ifølge krav 3 betyder dette en sidelængde på DK 169933 B1 4 60-80 cm, hvilket er meget pladsbesparende.

ft

Krav 15 angiver et foretrukkent arbejdsområde.

5 De i krav 16 angivne værdier angår en 500 W-laser, således at man på grundlag heraf kan beregne, hvad der f.eks. kræves til en 200 W-laser eller en 1000 W-laser.

Ved hjælp af den i krav 17 angivne ejendommelighed opnås en tilnær-10 melsesvis monolitisk enhed uden de mange slanger, ledninger osv. En sådan konstruktionsgruppe kan nemt justeres, installeres, repareres, og man kan navnlig let arbejde med denne. Den kan som en enhed bringes i forskellige stillinger, som f.eks. overhead, lodret, vandret eller lignende.

15

Krav 18 angiver værdierne for et stjerneformet element, med hvilket man kan realisere laserydelser fra ca. 200 watt og op til flere kilowatt.

20 Værdierne viser desuden, hvor tyndt det stjerneformede element kan være.

I det følgende forklares et foretrukkent udførelseseksempel for opfindelsen nærmere. På tegningen viser: 25

Fig. 1 en skematisk plantegning af en vandretstående laser, fig. 2 en plantegning som i fig. 1, men i større målestok og med en illustration af de inden for bordet liggende dele, 30 fig. 3 et billede set i pilretningen 3 i fig. 1, og fig. 4 et billede svarende til fig. 3 med dele fjernet til illustration af de indre dele i motorhuset, blæserflangen og 35 med stiplede linier antydede delstrækninger.

En COg-laser 11 med en udgangsydelse på 500 watt står på et bord 12 og er fast forbundet med dette. Neden under bordet 12 er der anbragt * en turboradial blæser 13, der er skruet fast på undersiden af bordet ¥ _jå DK 169933 B1 5 12. Det i fig. 3 og 4 viste apparat er en enhed. Det står på et ikke vist stel. Laseren har en med streg-priklinier vist strålestrækning 14. Denne forløber kvadratisk. Strålelængden er 2650 mm. Strålens diameter er 10 mm, og den stråler i TEMg0-mode. Strålestrækningen 14 5 omfatter tre hjørnemellemflanger 16,17,18, der både optager skematisk viste 45e-spejle, og fatninger 19 for gasrør. Ved det fjerde hjørne er der anbragt en hjørneflange 21, der har et totalreflekterende spejl 22 og et udtagsspejl 23. I endeflangen 21 krydser strålestrækningen 14 sig selv i en vinkel på 90*. Nøjagtigt i midten 10 mellem den første hjørnemellemflange 16 og den anden hjørnemellemflange 17 ligger der i en første gasrørstreng 24 en første gennemgangsflange 26, der ved begge sider har fatninger 19. Mellem gennemgangsflangen 26 og hjørnemellemflangen 16 forløber et gasrør 27, der er optaget gastæt ved begge dets ender, og mellem gennemgangs-15 flangen 26 og hjørnemel lemflangen 17 ligger der et gasrør 28, der er optaget gastæt i fatninger 19. Begge gasrørene 27,28 er omgivet af HF-elektroder 29. I den anden gasrørstreng 29 ligger der nøjagtigt i midten en anden gennemgangsflange 31. I den tredje gasrørstreng 32 ligger der nøjagtigt i midten en tredje gennemgangsflange 33, og i 20 den fjerde gasrørstreng 34 ligger der en fjerde gennemgangsflange 36. Gasrørstrengene forløber vinkelret på hinanden og danner, dersom man ser bort fra den ud over krydsningspunktet 37 forløbende strålestrækning, et geometrisk kvadrat. Da forholdene, hvad angår gasrørene 27,28 og elektroderne 30, er ens i strengene, behøver de 25 ikke forklares nærmere.

Diagonaler 38,39, der trækkes mellem kvadratets hjørner, har et skæringspunkt 41.

30 Bordet 12 danner, bortset fra de viste skrå hjørner, ligeledes et kvadrat med en kantlængde på 8,50 mm. Dets højde er 80 mm. Det har en plan overvæg 42 og en plan undervæg 43, der hver består af en stål plade. Bortset fra sine åbninger er selve stål pladen gastæt. Bordet 12 har langs dets omkreds omkredsvægge 44, med hvilke det 35 således dannede hulrum 46 er gastæt lukket mod omgivelserne, og som er sammensvejste med overvæggen 42 og undervæggen 43. Koaksialt med skæringspunktet 41 har undervæggen 43 et centralt hul 47. På en radius på ca. 1/3 af en halv diagonallængde har undervæggen fire huller 48,49,51,52. Diagonalen 39 forløber gennem hullerne 49,52, og DK 169933 B1 6 diagonalen 38 forløber midt gennem hullerne 48,51. På undersiden af undervæggen 43 er en blæser 13's hus 53 fastskruet gastæt. En motor ·; 54 har en stator 56 og en rotor 57, hvis aksel 58 har en geometrisk længdeakse 59, der går gennem skæringspunktet 41. På akslen 58 5 sidder et turbineløbehjul 61, der oven over dets øverste endeflade har et sugerum 62, der kommunikerer direkte med det centrale hul 47.

Set i strømningsretningen findes der efter turbineløbehjulet 61 et trykrum 63 i huset 53. Trykrummet 63 har opad forløbende arme 64, der kommunikerer direkte med hullerne 48-52. Fra hullet 48 udgår en 10 første delstrækning 66, i hvilket gassen strømmer i pilretningen 67.

Mellem overvæggen 42 og undervæggen 43 er skillevægge 68,69, der står vinkelret på hinanden, påsvejst gastæt. Ifølge fig. 2 strækker skillevæggen 68 sig fra klokken 6 til klokken 12, og skillevæggen 69 strækker sig fra klokken 9 til klokken 3. De har overalt en afstand 15 fra hullet 48, således at gas kan strømme uhindret ud. Ud fra skillevæggene 68,69 strækker der sig to parallelle skillevægge 71,72, der i betydelig afstand fra hinanden forløber parallelt med diagonalen 38. I delstrækningen 66 er der anbragt en varmeveksler 73, hvis tilslutninger strækker sig gennem undervæggen 43 og ikke er 20 vist. Overvæggen 42 har neden under hjørnerne!!emflangen 16 et ikke vist hul svarende til hullet 48. Dette ikke viste hul kommunikerer direkte med det indre af den gastætte hjørnerne!!emflange 16. Som vist ved streg-prik!inier 74,76 kan gas fra delstrækningen 66 strømme ind i hjørnemellemflangen 16 og derfra ind i gasrøret 27 og 25 gasrøret 77. Da delstrækningerne 78,79,81 for så vidt er af ens konstruktion, beskrives de ikke nærmere. Som det ses, ligger delstrækningerne 78,81 neden under diagonalen 39, og delstrækningerne 66,79 ligger neden under diagonalen 38. Man kan også sige, at delstrækningerne 66,78,79,81 forløber symmetrisk, stjerneformet og 30 ens udformet. Strømningsretningerne er indtegnede som pile.

Parallelt med hinanden med betydelig afstand og parallelt med vinkel hal veringslinierne mellem diagonalerne 38,39 forløber der to lige skillevægge 82,83 fra det centrale hul 47 og dettes omgivel-35 sesområde i fig. 2 lodret opad. Derved tilvejebringes en delstrækning 84 for gasbortledning. Gassen strømmer ud af gasrørene 27,28 og ind i gennemgangsflangen 26, der for så vidt er hul. Hen mod overvæggen 42 har den et ikke vist hul, der kommunikerer med et ligele- * des ikke vist direkte derunder beliggende hul i overvæggen 42.

* 7 DK 169933 B1

Linien 74, der symboliserer gasstrømningen, mødes i gennemgangsflangen 26 med linien 68, der symboliserer yderligere en gasstrøm. Begge gasstrømme er lige store. De når gennem de ikke viste huller ind i delstrækningen 84, strømmer der gennem en varmeveksler 86 og 5 suges gennem hullet 47 ind i sugerummet 62. På samme måde fører der fra gennemgangsflangen 31 en delstrækning 87 med deri indeholdt varmeveksler hen til det centrale hul 47, en delstrækning 88 fører fra gennemgangsflangen 33 hen til det centrale hul 47, og en delstrækning 89 fører fra gennemgangsflangen 36. Skillevæggene 82,83 10 danner sammen med de vægge, der begrænser de andre delstrækninger, et stort kors, hvis hjørner 91 ender betydeligt foran det centrale hul 47. Dette giver gode strømningsforhold, idet strømningerne er symmetriske og lige store og ikke støder på hindringer og desuden er ført lineært. Denne lineære føring gælder naturligvis også for de 15 andre delstrækninger 66,78,79,81. Rundt om hullerne 48,49,51,52, der danner kilder, findes der megen plads og ligeledes rundt om hullet 47, der danner en fordybning. Afstandene af hver delstræknings skillevægge er ens, således at den specifikke strømningsmodstand er ens.

20 Højden af den i fig. 3 viste konstruktionsgruppe er ca. 80 cm. Man behøver altså blot et volumen med en højde på 80 cm og en kvadratisk sidelængde på ca. 85 cm.

25 30 35

Claims (18)

1. Anordning ved en COg-højenergilaser, hvis strålestrækninger er anbragte i firkant, med en første hjørnemellemflange (16) og et 5 første afbøjningsspejl i det første hjørneområde, med en anden hjørnemen emflange (17) og et andet afbøjningsspejl i det andet hjørneområde, med en tredje hjørnerne!!emflange (18) og et tredje afbøjningsspejl i det tredje hjørneområde, med en endeflange (21), et udgangsspejl (23) og et 180* totalreflektionsspejl (22) i det 10 fjerde hjørneområde, med en gasrørstreng (24) mellem den første (16) og den anden hjørnemen emflange (17), med en anden gasrørstreng (29) mellem den anden (17) og tredje hjørnerne!!emflange (18), med en tredje gasrørstreng (32) mellem den tredje hjørnemellemflange (18) og endeflangen (21), med en fjerde gasrørstreng (34) mellem ende-15 flangen (21) og den første hjørnemellemflange (16), med på gasrørstrengene anbragte HF-pumpeelektroder (30) til at tilføre energi til den i gasrørstrengene strømmende gas, med en gastilførselsanordning til tilførsel af kølet gas til gasrørstrengene, med en gasbortledningsanordning til bortledning af opvarmet gas fra gasrørstrengene, 20 med varmevekslere (73,86) til køling af den i gasrørstrengene strømmende gas, med en til gastilførselsanordningen og gasbortledningsanordningen tilsluttet gaspumpe (13) til at pumpe gas gennem gasrørstrengene, og med et basiselement (12), der bærer hjørnemel-1 emflangerne og endeflangen, kendetegnet ved følgende 25 ejendommeligheder: a) at der i hver af de fire gasrørstrenge er anbragt en gennemgangsflange (26,31,33,36), der deler den tilhørende gasrørstreng i to gasrørdel strenge, 30 b) at gasrørstrengene (24,29,32,34) danner en retvinklet firkant, c) at gaspumpen (13) er anbragt tilnærmelsesvis i skæringspunktet (41) for diagonalerne (38,39) mellem hjørneområderne, 35 d) at i det mindste delstrækninger (66,78,79,81/84,87,88,89) af gastilførselsanordningen og gasbortledningsanordningen ligger i et stjerneformet element (12) mellem gaspumpen (13) og hjørne-mel! emf langerne, gennemgangsflangerne og endeflangen, i DK 169933 B1 9 e) at gaspumpen er en turboradial blæser (13), hvis akse (59) forløber vinkelret på det stjerneformede element (12) og tilnærmelsesvis strækker sig gennem diagonalernes skæringsområde, 5 f) at det stjerneformede element (12) har hulrum (46), i hvilke delstrækningerne af gastilførselsanordningen og gasbortledningsanordningen strækker sig, 10 g) at der findes fire delstrækninger (66,78,79,81) for gastilførslen og fire delstrækninger (84,87,88,89) for gasbortledningen, og at nogle delstrækninger strækker sig til hjørnemel-1 emflangerne og endeflangen, og andre delstrækninger strækker sig til gennemgangsflangerne, og 15 h) at turboradial blæseren (13) er i det mindste indirekte flanget på det stjerneformede element (12).

2. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gasrør- 20 strengene danner et kvadrat.

3. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at delstrækningerne (66,78,79,81) for gastilførslen går til hjørnemellem-fangerne (16,17,18) og endeflangen, og at delstrækningerne (84,87, 25 88,89) for gasbortledningen går til gennemgangsflangerne (26,31,33,36).

4. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hvert hulrum dannes af en overvæg og en undervæg, der begrænser delstræk- 30 ningerne, hvorhos der mellem overvæggen og undervæggen forløber gastætte skillevægge.

5. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at strømningsmodstanden i delstrækningerne for 35 gastilførslen er ens.

6. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at strømningsmodstanden i delstrækningerne for gasbortledningen er ens. DK 169933 B1 10

7. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at overvæggen eller undervæggen har åbninger i (47,48,49,51,52), der indmunder i delstrækningerne og er i forbindelse med turboradial blæserens (13) trykrum (63) henholdsvis sugerum 5 (62).

8. Anordning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at turbora-dialblæseren (13) er flanget på det stjerneformede element (12), og at dens akse i det væsentlige strækker sig gennem skæringsområdet 10 (41) for diagonalerne (38,39).

9. Anordning ifølge krav 7, kendetegnet ved, at åbningerne (48,49,51,52) for gastilførslens delstrækninger ligger på en radius, og at åbningen (47) for gasbortledningen ligger i diagonalt lernes skæringsområde (41).

10. Anordning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at varmevekslerne omfatter første varmevekslerelementer (86), der er anbragt i det stjerneformede element (12) i delstrækninger for gasbortled- 20 ning.

11. Anordning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at varmevekslerne omfatter andre varmevekslerelementer (73), der er anbragt i det stjerneformede element (12) i delstrækninger for 25 gastilførsel.

12. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at turboradi al blæserens (13) hus (53) har en med rotoren (57) koaksial udgangsåbning, der flugter med åbningen 30 (47) for gasbortledningen.

13. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at turboradi al blæserens (13) hus (53) har et med rotoren (57) koaksialt overtryksrum (63), der flugter direkte 35 med åbningerne (48,49,51,52) for gastilførslen.

14. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at blæserens (13) omløbstal ligger i området 10.000-150.000 ο/min., og at gastransporten ligger mellem 100 m3/h Λ ___J og 2000 m3/h. 11 DK 169933 B1

15. Anordning ifølge krav 14, kendetegnet ved, at om-1øbstal1 et ligger ved 40.000-100.000 ο/min., og at gastransporten 5 ligger ved 500 m3/h-120 m3/h.

16. Anordning ifølge krav 14, kendetegnet ved, at ved en 500 watt-laser ligger omdrejningstallet i området 40.000 o/min. ± 20%. 10

17. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at den er en som enhed fast med hinanden forbunden konstruktionsgruppe. 15

18. Anordning ifølge et eller flere af de foregående krav, ken detegnet ved, at bordet (12) er nogle gange 10 mm, fortrinsvis 50-140 mm tykt. 20 25 30 35