DE102004024956B4

DE102004024956B4 - Gaslaser mit Gasschlauch

Info

Publication number: DE102004024956B4
Application number: DE200410024956
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Von Borstel
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2024-05-22
Also published as: DE102004024956A1

Abstract

Gaslaser (1) mit einem Nutzgas zuführenden Gasschlauch (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Gasschlauch (2) einen das Nutzgas führenden Innenschlauch (7) und einen den Innenschlauch (7) umgebenden Außenschlauch (6), dessen Innendurchmesser (D) größer als der Außendurchmesser (d) des Innenschlauchs (7) ist, aufweist, wobei der zwischen Außen- und Innenschlauch (6, 7) befindliche Zwischenraum (9) an eine Vakuumpumpe, an eine Druckgasquelle (5) oder an eine Flüssigkeitsquelle angeschlossen ist.

Description

Gaslaser mit Gasschlauch
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaser mit einem Nutzgas zuführenden Gasschlauch. Das Nutzgas ist insbesondere das Lasergas, z.B. ein Gasgemisch aus Helium (He), Stickstoff (N₂) und Kohlendioxid (CO₂), oder ein sonstiges Prozessgas.

Ein derartiger Gaslaser ist beispielsweise durch DE 24 37 434 A1 bekannt geworden.

Zur Zuführung von Nutzgas zu Gaslasern werden bisher möglichst gasundurchlässige Gasschläuche oder metallische Festverrohrungen eingesetzt. Metallische Festverrohrungen sind sehr teuer und unflexibel. Gasschläuche sind in der Regel nicht absolut dicht, sondern lassen Fremdgase in geringem Umfang hindurch diffundieren. Die Verdünnung des Nutzgases mit den Fremdgasen erfordert eine höhere Gasaustauschrate, der Gasverbrauch des Lasers ist daher höher. Near-Sealed Off-Laser bzw. Laser mit integrierter kleiner Gasflasche sind mit solchen Gasschläuchen nur schwer zu realisieren.

Bei dem aus DE 24 37 434 A1 bekannten Gaslaser wird ein strömendes gasförmiges Lasermedium über elastische Kunststoffschläuche zugeführt, die aus weichmacherfreien Kunststoffen bestehen, um Kohlenstoffablagerungen zu verhindern.

Aus DE 40 17 769 A1 ist ein Schlauch aus Gummi und/oder Plastomeren bekannt, der aus einem Innenschlauch und einem Außenschlauch besteht, wobei der Innendurchmesser des Außenschlauchs größer als der Außendurchmesser des Innenschlauchs ist. In dem zwischen Innen- und Außenschlauch befindlichen Zwischenraum sind Absorptions-, Wasch- oder Lösungsmittel für das im Innenschlauch geförderte Medium vorgesehen, um das durch die Innenschlauchwandung in den Zwischenraum ausgetretene Fördermedium aufzunehmen und zu absorbieren bzw. zur Beseitigung wegzuleiten. Als Fördermedien sind vor allem giftige, umweltschädliche Stoffe vorgesehen, die bei Körperberührung oder Inhalation zu ernsten Gesundheitsschädigungen führen.

Aufgrund der Giftigkeit und Gefährdung der Fördermedien werden Absorptions-, Wasch- oder Lösungsmittel über die Literatur für gefährliche Arbeitsstoffe bestimmt. Für jedes Fördermedium muss ein geeignetes Absorptions-, Wasch- oder Lösungsmittel ausgewählt werden, das das Fördermedium unschädlich macht.

Aus DE 201 10 048 U1 ist weiterhin ein Gaslaser mit einer Vorrichtung zum Entfernen von Gasverunreinigungen bekannt. Über ein Heizelement, das auf Temperaturen von über 60°C erhitzt wird, werden Verunreinigungen wie H₂O, N₂ und O₂ entfernt. An der metallischen Oberfläche der Heizelemente finden Reaktionen statt, die zu einer Reduzierung der gesamten Verunreinigungen führen. Das Heizelement ist in einem Gasraum angeordnet, der über Leitungen mit der Gasentladungskammer des Lasers verbindbar ist.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Gaslaser den das Nutzgas zuführenden Gasschlauch dahingehend weiterzubilden, dass weder Schmutzpartikel noch atmosphärische Fremdgase von außen durch die Schlauchwandung hindurchtreten, das Nutzgas verunreinigen und den Laserbetrieb beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Gasschlauch einen das Nutzgas führenden Innenschlauch und einen den Innenschlauch umgebenden Außenschlauch, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Innenschlauchs ist, aufweist, wobei der zwischen Außen- und Innenschlauch befindliche Zwischenraum an eine Vakuumpumpe, an eine Druckgasquelle oder an eine Flüssigkeitsquelle angeschlossen ist.

In dem zwischen Außen- und Innenschlauch befindlichen Zwischenraum bzw. Ringspalt können durch den Außenschlauch diffundierte Fremdgase, insbesondere Wasserdampf und Kohlenwasserstoffe, beseitigt werden. Der zwischen Außen- und Innenschlauch befindliche Zwischenraum bzw. Ringspalt ist an eine Vakuumpumpe oder Druckgasquelle angeschlossen, so dass die im Zwischenraum befindlichen Fremdgase abgesaugt bzw. durch das Druckgas fortgespült werden. Bevorzugt ist im Fall der Vakuumpumpe, sofern bereits eine Vakuumpumpe zur Evakuierung des Resonators vorhanden ist, der Zwischenraum bzw. Ringspalt an diese Vakuumpumpe angeschlossen. Die Vakuumpumpe erzeugt im Zwischenraum bzw. Ringspalt einen Druck kleiner oder gleich 20 hPa, insbesondere kleiner als 5 hPa. Im Fall der Druckgasquelle wird durch den im Zwischenraum herrschenden Überdruck das Eindringen von Fremdgasen von außen zusätzlich verhindert. Als Druckgasquelle wird eine Gasquelle bezeichnet, die gegenüber dem Nutzgas im Innenschlauch einen Überdruck erzeugt. Der zwischen Außen- und Innenschlauch befindliche Zwischenraum bzw. Ringspalt kann auch an eine Flüssigkeitsquelle angeschlossen sein, so dass die im Zwischenraum befindlichen Fremdgase durch die Flüssigkeit fortgespült werden. Vorteilhaft ist die Flüssigkeitsquelle Teil eines Kühlkreislaufs für den Gaslaser. Als Flüssigkeitsquelle werden solche Flüssigkeiten eingesetzt, für die der Innenschlauch undurchlässig ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform mit Druckgasquelle ist das Druckgas der Druckgasquelle trockene Luft. In diesem Fall kann der Gasschlauch in Reihe zur Druckluftleitung des Gaslasers angeschlossen werden, sodass keine zusätzliche Druckgasquelle benötigt wird. Wenn z.B. eine Resonatorhaube des Gaslasers mit getrockneter Druckluft entfeuchtet wird, wird die Druckluft über den Zwischenraum bzw. Ringspalt des Gasschlauchs zugeführt. Alternativ kann das Druckgas der Druckgasquelle ein Spülgas, insbesondere Stickstoff oder Argon, sein.

Vorzugsweise sind im Zwischenraum des Gasschlauchs Absorptionsmittel, insbesondere zur Absorption von Wasserdampf, vorgesehen, wodurch eine wirksame Beseitigung von Fremdgasen im Zwischenraum zusätzlich zu den oben geschilderten Maßnahmen möglich ist. Die Absorptionsmittel können lose im Zwischenraum angeordnet oder als Beschichtung auf die Außenseite des Innenschlauchs und/oder die Innenseite des Außenschlauchs aufgebracht sein. Im Falle einer Beschichtung des Innen- und/oder Außenschlauchs müssen die Absorptionsmittel regenerierbar ausgebildet sein.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen der Innenschlauch und/oder der Außenschlauch aus einem Kunststoff, insbesondere aus Vernetztem Polyethylen (VPE), Polyethylen, Polytetrafluorethylen oder metallisch beschichtetem Kunststoff, wobei Innenschlauch und Außenschlauch aus gleichen oder unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen können.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Innenschläuche in einem Außenschlauch angeordnet, beispielsweise ein Innenschlauch zur Lasergaszufuhr, ein Innenschlauch zur Absaugung und/oder ein weiterer Innenschlauch, der für Messzwecke (z.B. Druckmessungen) verwendet wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

1 schematisch den erfindungsgemäßen Gaslaser mit Gasschlauch; und

2 den Querschnitt des in 1 gezeigten Gasschlauchs.

Dem in 1 gezeigten CO₂-Gaslaser 1 wird über einen Gasschlauch 2 sowohl das Lasergas (Gemisch aus He, N₂ und CO₂) als auch ein Druckgas (z.B. trockene Druckluft) zur Entfeuchtung einer Resonatorhaube (nicht gezeigt) zugeführt. Dazu ist der Gasschlauch 2 über einen Adapter 4 mit einer Lasergasquelle 3 und einer Druckgasquelle 5 jeweils durch kurze Rohrstücke 10, 11 einer Festverrohrung verbunden.
Der in 2 im Querschnitt gezeigte Gasschlauch 2 weist einen Innenschlauch 7 aus Polyethylen und einen den Innenschlauch 7 umgebenden Außenschlauch 6 aus Polyethylen auf, dessen Innendurchmesser D größer als der Außendurchmesser d des Innenschlauchs 7 ist. Beim Betrieb des Gaslasers 1 wird über den Adapter 4 das von der Lasergasquelle 3 gelieferte Gasgemisch aus He, N₂ und CO₂ in das Innenvolumen 8 des Innenschlauchs 7 und gleichzeitig trockene Druckluft der Druckgasquelle 5 in den zwischen Außen- und Innenschlauch 6, 7 befindlichen Zwischenraum bzw. Ringspalt 9 eingeleitet. Die Strömung der Druckluft nimmt Fremdgase mit, die durch den Außenschlauch 6 nach innen in den Zwischenraum 9 eindiffundieren, und verhindert dadurch ein weiteres Eindiffundieren der Fremdgase durch den Innenschlauch 7 in das Innenvolumen 8. Da das Lasergas durch Fremdgase nicht verunreinigt wird, kann der Gasverbrauch des Lasergases abgesenkt werden.
Die Beseitigung von Fremdgasen aus dem Zwischenraum 9 kann auch durch Verwendung eines Spülgases wie Argon oder Stickstoff anstelle von Druckluft erreicht werden. Auch die Verwendung einer Vakuumpumpe oder Flüssigkeitsquelle anstelle der Druckgasquelle 5 ist möglich, um Fremdgase aus dem Zwischenraum 9 zu entfernen.
Alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen kann ein Absorptionsmittel in den Zwischenraum 9 eingebracht werden, das den im Zwischenraum 9 befindlichen Wasserdampf absorbiert und so ein Eindringen des Wasserdampfes in den Innenschlauch 7 verhindert.
Der Gasschlauch 2 lässt sich besonders dann vorteilhaft verwenden, wenn neben dem Lasergas noch ein weiteres Gas oder eine Flüssigkeit zum Betrieb des Gaslasers 1 benötigt wird oder der Gaslaser 1 zur Evakuierung des Laserresonators an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Das Gas oder die Flüssigkeit kann über den Zwischenraum 9 zum Gaslaser 1 transportiert werden, wodurch gleichzeitig die Verschmutzung des Lasergases durch Fremdgase verhindert wird. Als Gase können beispielsweise Prozessgase oder Schneidgase verwendet werden. Die Vakuumpumpe erzeugt einen Druck im Zwischenraum 9, der unter 20 hPa, im Idealfall unter 5 hPa, liegt.

Claims

Gaslaser (1) mit einem Nutzgas zuführenden Gasschlauch (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Gasschlauch (2) einen das Nutzgas führenden Innenschlauch (7) und einen den Innenschlauch (7) umgebenden Außenschlauch (6), dessen Innendurchmesser (D) größer als der Außendurchmesser (d) des Innenschlauchs (7) ist, aufweist, wobei der zwischen Außen- und Innenschlauch (6, 7) befindliche Zwischenraum (9) an eine Vakuumpumpe, an eine Druckgasquelle (5) oder an eine Flüssigkeitsquelle angeschlossen ist.
Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe im Zwischenraum (9) einen Druck kleiner oder gleich 20 hPa, insbesondere kleiner als 5 hPa, erzeugt.
Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgas der Druckgasquelle (5) trockene Luft ist.
Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgas der Druckgasquelle (5) ein Spülgas, insbesondere Stickstoff oder Argon, ist.
Gaslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zwischenraum (9) Absorptionsmittel, insbesondere zur Absorption von Wasserdampf, vorgesehen sind.
Gaslaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsmittel lose im Zwischenraum (9) angeordnet sind.
Gaslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschlauch (7) und/oder der Außenschlauch (6) aus einem Kunststoff, insbesondere aus Vernetztem Polyethylen (VPE), Polyethylen, Polytetrafluorethylen oder metallisch beschichtetem Kunststoff, besteht.
Gaslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasschlauch (2) einen Außenschlauch (6) und mehrere Innenschläuche (7) aufweist.
Gaslaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Innenschläuche (7) zur Zufuhr von Lasergas, zur Absaugung und für Messzwecke vorgesehen sind.