DE2422678A1

DE2422678A1 - Elektrische speiseschaltung zum anschluss einer strahlungserzeugenden einrichtung, insbesondere der nichtkohaerenten anregungslichtquelle eines lasers, an eine wechselstromquelle

Info

Publication number: DE2422678A1
Application number: DE2422678A
Authority: DE
Inventors: David Waters Hartshorn; David Rempfer Whitehouse
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1974-12-05
Also published as: DE2422678C2; CA1038021A; GB1432920A; JPS5512753B2; CH582434A5; US3896396A; JPS5017784A

Description

DR.-PHIL. G. NICKCL · DR.-ING. J. DORNER

8 MÖNCHEN 15

LANDWEHRSTB. 35 · POSTFACH 104

TEL. (081I> 5557 ig

München, den 8. Mai A'nwaltsaktenz.: 27 - Pat. 78

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173» Vereinigte Staaten von Amerika

Elektrische Speisesohaltung zum Anschluß einer strahlungserzeugenden Einrichtung, insbesondere der nichtkohärenten Anregungsliohtquelle eine^s Lasers, an eine Wechselstromquelle.

Die Erfindung beziieht sich auf eine elektrische Spei se schaltung ' zürn Anschluß einer Strahlungserzeugenden Einrichtung, insbesondere der nichtkohärenten Anregungslichtquelle eines Lasers, an ^; eine Wechselstromquelle.

Bereits seit längerer Zeit besteht die Forderung, genügend Licht erzeugen zu können, um eine Laserlichtquelle anzuregen, wie sie beispielsweise beim Schweißen und Bohren mittels Laser verwendet !wird. Zunächst hat man versucht, das Problem mit umfangreichen ; Energiespeichereinrichtungen zu lösen, beispielsweise mittels j Kondensatoren und Induktivitäten, welche über eine Zeit hinweg aufgeladen wurden, welche lang im Vergleich zu charakteristisehen Frequenzen von Wechselstromnetzen ist, wonach die Energie- [ Speichereinrichtungen nach vollständiger Aufladung an die anre- i jgende Blitzlampe angeschlossen wurden. Die Energiespeichereinrichtungen waren aber sowohl unhandlich als auch teuer und außer-j

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dem war die Maximalgeschwindigkeit, mit welcher der Laser gezün-, det werden konnte, niedrig, da die Zeit, welche zur vollständigen Aufladung der Speichereinrichtungen von einer Gleiohspannungs- ;quelle aus erforderlich war, sehr lang im Vergleich zur gewünschten Schweißimpulswiederholungsfrequenz war. Danach hat man die j anregende Blitzlampe auch an Wechselstromnetze über gesteuerte I Gleichrichter angeschlossen. Bei dieser bekannten Schaltung wa-■ren große, teuere gesteuerte Gleichrichter erforderlich, um zu !einer Schaltung zu körnen, bei der genug Leistung von dem Netz auf die Blitzlampe übertragen werden konnte.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine strahlungserzeugende Einrichtung, insbesondere eine als Anregungslichtquelle eines Lasers dienende Blitzlampe ohne die Verwendung umfangreicher Energiespeichereinrichtungen und ohne die Verwendung gesteuerter Gleichrichter in den hohe Ströme führenden Teilen der Speiseschaltung zünden zu können. Dabei soll es auch möglieh sein, eine Zündung oder Einschaltung der Anregungslichtquelle bzw. der Blitzlaspe zu einem beliebigen Phasenwinkel mit Bezug auf die Phasenlage der Wechselstromquelle erreichen zu können. Weiterhin soll die Einschaltung oder Zündung von der Wech-I ι

selstromquelle aus während einer Zeitdauer möglich sein, die größer als eine halbe Periode entsprechend einer Halbwelle der !Spannung der Wechselstronquelle ist.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch die Wechselstromquelle mit der Strahlungserzeugenden Einrichtung verbindende IGleichrichtermittel- und durch eine Auslöseimpuls-Erzeugungsein-I richtung, welche an die Strahlungserzeugende Einrichtung einen !Auslöseimpuls mit vorbestiamter Phasenlage mit Bezug auf die )Wechselstromquelle abgibt.

IAn die Gleichrichtermittel kann eine oder können mehrere Anre- ^v !gungslichtquellen angeschlossen sein, wobei diese Anregungslichtquellen oder Strahlungserzeugenden Einrichtungen zu arbeiten beginnen, sobald der Auslöseimpuls eintrifft.

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Bei einer bevorzugten Ausiührungsform enthält die strahlungserzeugende Einrichtung eine^vGasionisierungsstrecke, welche insbesondere von einer Xenonblitzlampe oder -Blitzröhre gebildet ist· Die Gleiehri-chtermittel können von. einfachen Halbleiterdioden . gebildet sein. Die Auslöseimpuls-Erzeugungseinrichtung enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Schaltung zur Bestimmung der Phase der Wechselstromquelle sowie Schaltungsteile ;

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zur Erzeugung des Auslösesignales, welches die vorbestimmte Phasenlage gegenüber der Phase der.Wechselstromquelle besitzt..

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Um die Blitzlampe oder Blitzröhre während einer Zeitdauer be- ; treiben zu können, die größer als eine halbe Periode entsprechend einer halben Welle einer Phase der Wecheelstromquelle ist, ' können die Gleichrichtermittel zwischen die zu zündende oder ein-, zuschaltende Lampe oder Röhre und eine Leistungsquelle geschaltet werden, welche mehrere Phasen besitzt, so daß die Ionisation in der Gasionisierungsstrecke der Blitzlampe kontinuierlich wanrend einer Zeitdauer aufrecht erhalten werden kann, die länger als die erwähnte Halbwelle einer Phase der Leistungsquelle ist. Nachdem sich zwei benachbarte Halbwellen bei sinusförmiger Spannung der Leistungsquelle und bei einer Zahl der Phasen von drei !

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oder mehr in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung überlappen, ; wird der Strom durch die Lampe und damit ihr Liohtausgang während der Zeitdauer aufrecht erhalten, die von den beiden einander überlappenden Halbwellen eingenommen wird. Der Zeitabschnitt, während welchem die dritte Phase eines dreiphasigen Systems sich , mit ihrer Halbwelle überlappend an die Halbwellen der beiden anderen Phasen anschließt, wird als Beruhigungszeit für die Lampe ' ausgenützt. Bei einer Ausführungsform einer elektrischen Speiseschaltung der hier angegebenen Art sind Mittel zur'Auslösung der ; Ionisation in der Gasionisierungsstrecke zu einer bestimmten Zeit vorgesehen. Diese Auslösung der Ionisierung kann dadurch ge- :

.sohehen, daß ein Impuls ausreichend hoher Spannung zur Wirkung | gebracht wird, welcher einen Spannungsdurchbruch im Gas der j Blitzlampe erzeugt. Dieser Impuls kann der Lampe auf zwei vor- ^:

; schiedenen Wegen mitgeteilt werden. Gemäß einer Möglichkeit ist :

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eine äußere Auslöseelektrode nahe der Anode und der Kathode der Lampe vorgesehen, zwischen welchen der Hauptstrom fließt. Wenn der Hochspanuungsimpuls an die Auslöseelektrode geführt wird, so zeigt das Gas die Bereitschaft, auf der Strecke zwischen der Anode und der Kathode elektrisch durchzubrechen und ionisiert zu werden. Es ist aber auch möglich, den Ilochspannungsimpuls unmittelbar an die Strecke zwischen Anode und Kathode zu führen, so daß der Gasdurchbruchs- bzw. Entladungsweg unmittelbar parallel zu der Strecke zwischen den beiden Lampenelektroden verläuft. Hei bestimmten Ausführurigsformeii sind Einrichtungen vorgesehen, mittels welchen eine bestimmte Anzahl von Auslöseimpulsen an die Strahlungserzeugende Einrichtung geliefert werden kann. In diesem Falle wirkt eine Zählvorrichtung zur Zählung der Anzahl der Impulse mit Schalteinrichtungen zusammen, über welche die Impulse an die strahlungserzeugende Einrichtung geführt werden, was in Abhängigkeit vom Ausgang der Zählvorrichtung geschieht. Für die Zählvorrichtungen können gebräuchliche digitale logisehe Schaltungen eingesetzt werden.

Wie zuvor bereits angedeutet, dient die hier angegebene elektrische Speiseschaltung vorzugsweise zum Betrieb der nichtkohärenten Anregungslichtquelle für einen Laser, wobei die Anregungslichtquel Ie das anregende Licht in Abhängigkeit von einem durch diese Lichtquelle fließenden elektrischen Strom erzeugt und über nicht gesteuerte Gleichrichter an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Das Lasermedium des angeregten Lasers kann ein Rubinstab, ein mit Neodym dotierter Glasstab oder ein Yttrium-Aluminium-Granat sein, was in der Lasertechnik allgemein bekannt ist. Als nichtkohärente Anregungslichtquelle dient eine Xenonblitzlampe. Diese kann stabförmig ausgeführt sein und zusammen mit dem Lasermedium von einer verspiegelten Fläche umschlossen sein. Es ist aber auch möglich, die Blitzlampe oder Blitzröhre spiralig oder schraubenförmig auszubilden, wobei sich dann das Lasermedium längs der zentrischen Achse der Schraubenlinie erstreckt. Auch in diesem Falle kann die Wechselstromquelle eine mehrphasige Stromquelle sein. Der Strom wird durch die nichtkohärente Anregungslichtquelle nur während benachbarter Halbwellen

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gleicher Polarität der Stromquelle geleitet. Dabei können wieder Vorrichtungen zur Auslösung der Stromleitung durch die Lichtquelle mib~bestimmtem Phasenwinkel mit Bezug auf eine Phase der Wechselstromquelle vorgesehen sein.

Einige Ausfiihrungs formen werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer von einer Wechselstromquelle aus gespeisten Blitzlampe oder BIi tzrölire ,

Figur 2 ein vereinfaciites Schaltbild ähnlich Figur zur Erläuterung einer anderen Art und Weise der Einschaltung oder Zündung der Blitzlampe oder Blitzröhre,

Figur 3 ein Schaltbild einer Speiseschaltung zur Zünduhg einer Blitzlampe oder «Blitzröhre unter Speisung aus zwei Phasen einer dreiphasigen Wechselstromquelle in Sternschaltung,

Figur h ein Schaltbild einer Aus]öseimpuls-Erzeugungs-

einrichtung für die SchaLtung nach Figur 3»

Figur 5A verschiedene Wellenformen zur Erläuterung der bis 5E Wirkungsweise der Schaltung nach Figur 3,

Figur 6 ein Schaltbild der Speiseschaltung für eine Blitzlampe oder Blitzröhre, die aus den drei Phasen einer Wechselstromquelle in Dreieckschaltung gespeist wird,

Figur 7 ein Diagramm mit der Kurvenform der gleichgerichteten Spannung aus der Schaltung nach Figur 6 und

Figur 8 eine Laser-Schweiiieinrichtung, auf welche die hier vorgeschlagene Speiseschaltung mit Vorzug anwendbar Lat.

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Bei der in Figur 1 gezi igten Schaltung ist die Anode 10? einer· Blitzröhre Ιού, vorzugsweise einer .cnon-lll i tzrohre , über eine Diode 101 mit einer Klemme eines einphasigen wechselstromnetzen ioo verbunden. Die Frequenz des Weehse1stromnetzes kann in üblicher Weise 5" Hz oder bO Hz betragen. Die kathode 10^ der Blitzröhre K)6 ist unmittelbar an die andere, klemme der· Weehse. J s t «-unique I Ie loo angeschlossen. Bei dieser schaltung tritt nach einer Anregung, Auslösung oder Zündung der Blitzröhre nur wahrend der positiven Ilalbwelleu der einphasigen Wechst 1 s tromqu« 1 1 e eine LiehtemissLon und eine Leitung durch die Blitzröhre auf. Während der¹ negativen HaIbweI lern wird kein Licht emittiert und es flielit auch kein Strom durch ei ie Blitzröhre. Die Lingangsseite der Auslöseschaltung io2 ist ebenfalls an die genannte Hec hse 1 η t roiiiquelle K)O angeschlossen, so daU die Auslöseschal tune die Phasenlage der Wechselstromquelle bestimmen kann. Die AusA öse scha J t. un;z 102, welche in einem praktischen Aus führ iuiECsbe i spie 1 im Zusammenhang mit Figur ^ .näher beschrieben wird, liefert einen Ausloseimpuls mit vorliest iininte r Phasenlage gegenüber ünr Wechselstromquelle 100 an die Blitzröhre oder- Bl it/lampe lob, so (JaIi die Röhre oder Lampe lob vermittels einer aulleren Aus Lös* e 1 ek t r ode 111 gezündet wird. .Da die Ausloseelektrode, oder Zündelektrode 111 und nicht die Leistungnzufuhr zur Kathode und zur Anode gesteuert schaltbar ist, können gesteuerte Wntile in den hobt. Ströme führenden Zuleitungen zu Anode und Kathode der Blitzrohre oder Blitzlampe lob entfallen. Der· Vus 1 öse- -Ausjraiirs ι inpu 1 s dt r AuslöseschaLtung 102 wird über Leitungen iio an die Primärwicklung ΙΟΊ eines Aus löse-I mpu Is trans forma tors H>_> gelebt. Di* .Sekundärwicklung iü') dieses frans for ma tors ist zwischen die Kathode 108 und d i e Ausloseelektrode oiler Zündelektrode LIl gel<-t. Der Transformator' lol dient dazu, die Spannung df-^v; Λιι> I >>se impii I ses auf einen Wert /u erhöhen, welcher eine Gasentladung in ι >■ r Blitzlampe oder Blitzröhre lob zwischen deren Anode 107 und der Kathode K)¹= auslost oder· einleitet, \ai-hdem der Aus I öse impii 1 zugeführt worden ist und gleichzeitig eine .iu.-j ί ο ic henJ holif .>;■;.n- nung zwischen Kathode lot und Anode 107 von der Stromquelle ion her über die Diode loi ansteht, halt cJ i e Luisen t ladung und die

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Li(¹Ii (,em i ss i on an, aiicli worm be rr ils der Aus ] öseiinpul s wieder versehwunden ist. Die Li oh labga be der Ii 1 i tzlampe oder Blitzröhre
wird beendet, wenn die zwischen Anode 107 und Kathode 108 an/^r,e- Icfite Spannung unter denjenigen Wert fällt, der zur Aufrechterhält ung der Gasentladung notwendig ist. Selbstverständlich wird wahrend der negativen Ilalbwelle der Wechsels tromquel Ie 100 kein Licht erzeugt.

in Figur 2 ist eine andere Aus fiih rungsf orni gezeigt, bei welcher eine andere Art der Uli tzröhrenziindung zur Anwendung kommt. Die Schaltung ist im übrigen ähnlich aufgebaut wie die Schaltung
nach Figur 1, jedoch mit der Ausnahme, dall über den Impulstransformator 203 der Auslösei i'ipu Is zur Einleitung eier Ionisation in der Blitzröhre oder BIitzlampe 207 in die Heihenschaltung eingekoppr-1 t wird. Wie bei der zuvor beschriebenen Schaltung verbindet eine Diode 201 die Anode iio-s der Blitzlampe oder Blitzröhre 207 mit einem Anschluß der Wechse 1 stromquell e 200. Im vorliegenden Ausführungsbeispie 1 wird die Gasentladung oder der Durchbruch durch Au f prägung eines llochspannungHi mpul ses ausgelöst, welcher zusätzlich /.u dv.v Spannung der Energiequelle und nicht durch eine getrennte Linkopplung des Impulses über eine gesonderte Aus-

löse- oder Zünde 1 ektrode gemäß Figur 1 wirksam wird. Im vorliegenden Falle verläuft der Gasentladungsweg, welcher durch den
Auslöseimpulκ geschaffen wird, unmittelbar zwischen der Anode
20h und der Kathode 2O<) und gehl, nicht von einer dazwischen liegenden Aus! ösee 1 ek trode 111 gemäß Figur 1 aus. Der Auslöseiiiipul s , welcher von der Auslöseschaltung 206 erzeugt wird, gelangt über Leitungen 210 an die Primärwicklung 205 des Transformators 203. Vermittels der Sekundärwicklung 2ΟΊ des Transformators 203 wird die hochtransinrmierte Auslosespannung zu der Netz-WechseJ spannung addiert. Wenn die Summe der beiden Spannungen die Durehbruclipspannung oder Zündspannung der Blitzlampe 207 erreicht
hat, so setzt die Gasentladung ein und es wird ein Ausgangs-Lichtstrom erzeugt. Wenn die h'nt ladung einmal begonnen hat, so
dauert sie auch in Abwesenheit des Zündimpulses an, solange die gleichgerichtete Wechselspannung des Netzes ausreichend hoch ist.

BAD ORtGiNAL

Diese zur Aufrechterhaltung der Entladung notwendige Netz-Wechselspannung ist niedriger als die zur Einleitung der Entladung notwendige Spannung. Der Eingang der Auslöseschaltung 206 ist wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel an die Wechselstromquelle 200 gelegt, so daß die Schaltung auf die Phasenlage der Energiequelle ansprechen kann und einen Auslöseimpuls mit einem gewünschten Phasenwinkel gegenüber der Ausgangsspannung der Energiequelle abgeben kann.

In Figur -3 ist das Schaltbild einer Speiseschaltung für eine Blitzlampe oder Blitzröhre dargestellt, welche von einer dreiphasigen Wechselstromquelle in Sternschaltung nach dem hier angegebenen Prinzip unter Verwendung einer Halbwellengleichrichtung gespeist wird. Die Schaltung sei anhand der in den Figuren 5A bis 5E dargestellten Kurvenfornien näher beschrieben. In Figur 5A. sind zwei der Phasen einer dreiphasigen Wechselstromqueile durch die Kurven 5<)i und 502 dargestellt, welche die

• darstellen ^& '

Spannungen <j>A und φΒ/betrachtet man die Schaltung nach Figur 3, so bezeichnet die Kurve 501 die Spannung OA zwischen den Punkten

302 und 301, während die Kurve 502 die Spannung |>B zwischen den Punkten 303 und 301 bezeichnet. Die Spannung j)C ist in Figur 5A nicht eingezeichnet und besitzt eine Nacheilung gegenüber φΒ um 120°. Der Schaltungspunkt 301 ist der Nulleiter oder der geerdete Sternpunkt der Stromquelle. Die Schaltungspunkte 302 und

303 sind über Dioden 305 und 325 mit einem gemeinsamen Schaltungspunkt 32Ο verbunden. Der Spannungsverlauf zwischen dem Schaltungspunkt 320 und Erde, wie er sich ergibt, wenn keine Belastung vorhanden-ist, ist in Figur 5A durch eine verstärkte Linie deutlich gemacht. Die sich .am Sehaltungspunkt 320 einstellende Spannung wird über eine Glättungsdrossel 307 an die Anode 314 der Blitzröhre oder.Blitzlampe 313 geführt. Die Einbuchtungen der gleichgerichteten und summierten Teile der Spannungswellen, wie sie noch am Sehaltungspunkt 320 auftreten, sind nach Glättung durch die Drossel 307 ausreichend aufgefüllt, so daß die Gasentladung in der Blitzlampe oder Blitzröhre 313 nicht unterbrochen wird, wenn der Spannungsverlauf durch diese Bereiche

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niedrigerer Spannung geht. Der Nulleiter oder Sternpunkt 301 ist unmittelbar an die Kathode 315 der Blitzröhre oder Blitzlampe angeschlossen. Durch diese Verwendung von zwei der drei Phasen einer dreiphasigen Stromquelle können die Blitze der Blitzröhre oder Blitzlampe zeitlich über eine Dauer hinaus verlängert werden, wie sie bei einphasigen Systemen erreicht werden kann, so daß sich auch eine wünschenswerte Verlängerung des Laserimpulses, beispielsweise für die Amiendung beim Laserschweißen, erzielen läßt. Nachdem weiter die Beruhigungszeit oder Erholungszeit der meisten Blitzlampen, insbesondere von Xenon-Blitzröhren, charakteristischerweise nicht mehr als mehrere hundert Mikrosekunden beträgt, ist die Zeit zwischen den Impulsen bei der Verwendung einer dreiphasigen 50 Hz-Stromquelle mehr als ausreichend für eine vollständige Erholung der Blitzlampe zwischen den Zündungen.

In der Schaltung nach Figur 3 sind ein Vorimpulskondensator 308, ein Dämpfungskondensator 326 und ein Kondensator-Ladestromkreis 309 vorgesehen. Während der Erholungszeit der Blitzlampe oder Blitzröhre entsprechend dem in Figur 5A eingezeichneten Zeitabschnitt 512 werden!die Kondensatoren von dem Kondensatorlade-

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Stromkreis 309 auf eine Gleichspannung vorzugsweise in der Größenordnung von 1,2 Kilovolt bis 2,k Kilovolt aufgeladen. Die Ladung fließt während dieser Zeit in die Kondensatoren 308 und 327 und nicht zu der Blitzröhre oder Blitzlampe 313 oder der Stromquelle 300, da die Blitzröhre oder Blitzlampe 313, wenn sie nicht gezündet ist, einen hohen Widerstand aufweist und die Spannung von 1,2 Kilovolt bis 2,4 Kilovolt in Sperrichtung an den Dioden 305 und 325 ansteht. Wenn die Blitzlampe oder Blitzröhre 313 dann gezündet wird, so addiert sich die Ladung aus dem Vorimpulskondensator 3Ö8 und dem Dämpfungskondensator 326 zu dem anfänglichen Stromfluß durch die Blitzrühre oder Blitzlampe 313 und bewirkt einen hohen, schmalen Stromimpuls zu Beginn der Zündung der Lampe. Der Stromimpuls aus dem Vorimpulskondensator 3O8 schafft einen primären Entladungsweg innerhalb der Blitzröhre oder Blitzlampe 313, während der Dämpfungskondensator 327 für eine Ausbreitung der Entladung über den gesamten Innenraum der

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Lampe oder Röhre verantwortlich ist. Die Stromspitzen sind in Figur 5D mit 5±k bezeichnet und treten an der Stirn der Stromimpulse 505 auf, wobei diese Impulse 505 den Stromfluß durch die Blitzlampe oder Blitzröhre 313 darstellen. Die Stromspitzen stellen sicher, daß von der Blitzlampe oder Blitzröhre 313 ein anfänglicher, hoher Lichtimpuls abgegeben wird. Diese Lichtimpulsspitze ist sehr vorteilhaft zur Erzielung einer raschen Anstiegszeit des Laser-Ausgangslichtimpulses und für eine zuverlässige Zündung der Blitzlampe oder Blitzröhre. Wenn die rasche Anstiegszeit des Laser-Ausgangslichtimpulses nicht erreicht würde, so bestünde die Möglichkeit, daß das Laserlicht von der zu schweißenden Oberfläche während des ersten Teiles des Laserlichtimpulses reflektiert würde, so daß der Wirkungsgrad des Schweißvorganges vermindert würde. Eine kurze Anstiegszeit des Laser-Ausgangslichtimpulses bewirkt, daß die Oberfläche des zu schweißenden Materials von dem Laserstrahl bereits anfänglich aufgebrochen wind und der Rest des Impulses tatsächlich dazu ausgenützt wird, eine Schweißung zu bewirken und nicht von der Oberfläche reflektiert wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Kondensator-Ladestromkreis 309 einen Transformator mit einer; Gleichrichterdiode im Sekundärstromkreis des Transformators, welche über einen Widerstand an die Kondensatoren 308 und 327 angekoppelt ist.

Die Auslöseschaltung 210 gemäß Figur 3 kann im übrigen auch zur Auslösung der Schaltungen nach den Figuren 1 und 2 verwendet werden. Die logische Schaltung 311 der Auslöseeinrichtung wertet die Wechselspannung ψΛ zwischen den Schaltungspunkten 302 und 3OI aus und erzeugt einen verhältnismäßig niedrigen Spannungsimpuls geringer Breite mit einer Amplitude von beispielsweise 12 Volt und einer Impulsbreite von einer Mikrosekunde unter Einhaltung eines gewünschten Phasenwinkels. Die Lampen- oder Röhrenauslöseschaltung 312 wandelt diese verhältnismäßig niedrige Eingangsimpulsspannung der Leitung 420 in einen Impuls verhältnismäßig hoher Spannung, beispielsweise zwei Kilovolt, um, welcher auf den Leitungen 326 auftritt und über diese Leitungen der Primärwicklung 317 des Zünd transformator 3i6 zugeführt wird.

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Die Sekundärwicklung 3I6 des Zündtransforraators 3l6 ist an die Kathode 315 und die Auslöseelektrode 319 angeschlossen. Die logische Schaltung 311 der Auslöseeinrichtung enthält außerdem eine binäre logische Impulszählschaltung, welche eine bestimmte Zahl von Zündimpulsen für die Blitzlampe auszählt, welche jeweils die Lampe oder Röhre zünden und dann eine Zählung entsprechend einer Pause zwischen einer Gruppe von Impulsen vornimmt. Im vorliegenden Ausiiihrungsbeispiel wird die Blitzlampe oder Blitzröhre zu Beginn einer Periode der Spannung <j>A gezündet, doch kann auch jeder andere Zündphasenwinkel gewählt werden. Im gezeigten Ausiührungsbeispiel werden für jede Impulsgruppe drei Impulse gezählt und dann wird eine Pause ausgezählt, wonach wieder eine Gruppe von drei Impulsen auftritt.

In der Schaltung nach Figur 4 ist die logische Schaltung 311 der Auslöseeinrichtung genauer gezeigt. Sie enthält eine Vollwellengleichrichter-Dipdenbrücke 415, deren Eingänge 416 und 417 an die zwischen den Schaltungspunkten 302 und 30I nach Figur 3 herrschende Spannung φΛ gelegt sind. Der Ausgang der Brückenschaltung 415, welcher mit 421 bezeichnet ist, liegt an dem Eingang einer monostabilen Kippschaltung 414. Die monostabile Kippschaltung 414 liefert tin die Ausgangsleitung 418 einen Impuls mit einer Phaseninge gegenüber der Periode der Spannung φΛ, welche durch eine Ziindwinkeleinste 1 lung festgelegt wird. Die auf der Leitung 418 auftretenden Impulse sind in Figur 5B mit 503 bezeichnet. Sie werden sowohl dem Eingang eines digitalen Zählers 413 als auch dem Eingang eines Torschalteleinentes 412 mitgeteilt. Die Anzahl der Impulse in einer Gruppe hintereinander abzugebender Impulse wird über die Leitung 425 mittels äußerer Schalteinrichtungen eingestellt. Der digitale Zähler 413 erzeugt an seinem Ausgang auf der Leitung 419 eine logische "0" sobald die gewünschte Zahl von Impulsen von dem Zähler 413 abgezählt ist. Die Torschaltung 412 enthält ein binäres UND-Gatter, welches nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn beiden Eingängen ein Signal entsprechend einer logischen "1" zugeleitet wird. Da die Impulsspitzen 503 gemäß Figur 5B Signale entsprechend einer logischen "1" dar-

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stellen, können diese Impulse nur dann durch das UND-Gatter der Schaltung 412 gelangen, wenn der auf der Leitung 419 auftretende Ausgang des digitalen Zählers 413 eine logische "I" ist, was anzeigt, daß der Zählerendstand noch nicht erreicht ist. Die auf der Leitung 420 auftretenden, in Figur 5C mit 504 bezeichneten Impulse werden der Primärwicklung 411 eines Impulstransformators 410 zugeführt. Die Sekundärwicklung 408 des Transformators 410 ist zwischen die Steuerelektrode 409 und die Kathode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 404 geschaltet und bewirkt, daß der Siliziumgleichrichter 404 eingeschaltet wird, wenn Impulse auf der Leitung 420 auftreten. Ein Gleichspannungspotential von 200 Volt ist über einen Widerstand 401 an die Anode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 404 und an einen Anschluß eines Kondensators 403 gelegt. Wenn der gesteuerte Siliziumgleichrichter 404 leitend geschaltet ist, so wird der Kondensator 403 über die Leitungen 326 an die Primärwicklung 317 des Transformators 316 nach Figur 3 angeschlossen. Der Strom in diesem Stromkreis hat die Gestalt einer Sinushalbwelle, da der Kondensator 403 und die Induktivität des Transformators einen Resonanzstrorakreis bilden und sich der Strom aufgrund des Vorhandenseins des ge-

steuerten Siliziumgleichrichters 404 nicht umkehren kann. Dieser Sinushalbwellenimpuls wird dann über den Zündtransformator 3l6 auf die Auslöseelektrode der Blitzlampe oder Blitzröhre 3^3 übertragen.

Figur 6 zeigt eine der Schaltung nach Figur 3 ähnliche Anordnung, bei welcher die Wechselstromquelle, welche mit 700 bezeichnet ist und zur Zündung der Blitzlampe oder Blitzröhre 313 dient, in Dreiecksschaltung vorliegt. Die Dioden 707 bis 710 sind in der im einzelnen aus Figur 6 ersichtlichen Art und Weise geschaltet, wobei die Spannung, welche sich zwischen dem Schaltungspunkt 701 und Erde ergibt, in Figur 7 durch verstärkte Linien deutlich gemacht ist. Die gestrichelten Linien sollen das Verständnis erleichtern und verdeutlichen teilweise die einzelnen Phasen der dreiphasigen Stromquelle 700 bezüglich der einen Halbwelle. Die Welligkeit innerhalb der einzelnen Impulse 720

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ist geringer als bei der Schaltung gemäß Figur 3, da drei ein- ^: ander überlappende Sinushalbwellen zur Bildung eines Impulses beitragen anstelle der zwei Halbwellen bei der zuvor beschriebenen Schaltung, so daß die mittleren Einbuchtungen der Impulswelle hier besser ausgeglättet sind. Die übrigen Schaltungsteile sind genauso ausgebildet wie bei der Ausführungsform nach Figur 3·

Figur 8 zeigt die hier vorgeschlagenen Speiseschaltungen in der Anwendung für das Laserschweißen. Hier sind die Blitzröhre oder • Blitzlampe 605 und ein stabförmiger Laser 6o6 in je einem der beiden Brennbereiche eines im Querschnitt elliptischen Ueflektor- ; hohlraumes 603 angeordnet. Die Innenfläche 604 des Hohlraumes. 603 ist verspiegelt, so daß sämtliches Licht, welches von der Blitzröhre oder Blitzlampe 605 ausgeht, auf den Laserstab 606 fokussiert wird. Die Auslöseschaltung 602 ist über eine Leitung ,609 an den den Reflektorhohlraum 603 bildenden Mantel gelegt, welcher zugleich als äußere Auslöseelektrode dient, da mindestens seine Innenfläche aus elektrisch leitendem Material be— ; steht. Die Speiseschaltung 601, deren Eingang von einer drei-, phasigen Wechedstromquelle aus gespeist wird, ist über eine Lei- ^: tung oll an die Kathode der Blitzröhre oder Blitzlampe 605 ange- ; schlossen und steht über eine Leitung 6IO mit der Anode dieser

Röhre in Verbindung. Das impulsweise auftretende Laserstrahlen-. bündel 612 wird mittels einer Linse 613 auf das zu schweißende 'Material 6lk fokussiert.

:Für die Blitzröhre oder Blitzlampe und den Laserstab lassen sich ,noch viele andere Anordnungen vorsehen. Beispielsweise kann die Blitzröhre die Gestalt einer Schraubenlinie aufweisen, die sich ;um den Laserstab herumwindet, wobei sowohl die Blitzröhre als jauch der Laserstab zentrisch in einem zylindrischen, verspiegelten Raum angeordnet sind. Auch können zwei oder mehrere Blitzlampen oder Blitzröhren verwendet werden. Es sei noch erwähnt, daß sich Schaltungen der hier vorgeschlagenen Art sehr vorteilhaft für das Laserbohren und auch für das Laserschweißen ein- ! setzen lassen.

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Claims

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Patentansprüche

. /Elektrische Speiseschaltung zum Anschluß einer strahlungserzeugenden Einrichtung, insbesondere der nichtkohärenten Anregungslichtquelle eines Lasers» an eine Wechselstromquelle, gekennzeichnet durch die Wechselstromquelle (lOO bzw, 200 bzw. 300 bzw. 700) mit der strahlungserzeugenden Einrichtung (106 bzw. 207 bzw. 313) verbindende Gleichrichtermittel (lOl bzw. 201 bzw. 305, 325 bzw. 707 bis 710) und durch eine Auslöseimpuls-Erzeugungseinrichtung (102 bzw. 206 bzw. 310), welche an die strahlungserzeugende Einrichtung einen Auslöseimpuls mit vorbestimmter Phasenlage mit Bezug auf die Wechselstromquelle abgibt.
2. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtermittel (lül bzw. 201 bzw. 305, 325 bzw. 707 bis 710) von Halbleiterdioden gebildet sind.
3. Speiseschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungserzeugende Einrichtung (106 bzw. 207 bzw. 3-L3) eine Gasionisierungsstrecke enthält.
k. Speiseschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasionisierungsstrecke von einer Blitzlampe, insbesondere einer Xenon-Blitzlampe, gebildet ist.
5. Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strahlungserzeugende Einrichtung (iO6 bzw. 207 bzw. 313) nahe einem Lasermedium (z.B. 606) zu dessen Anregung befindet.

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6. Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseimpuls-Erzeugungseinrichtung (102 bzw. 206 bzw. 310) Mittel (^;ii5, ^16) zur Bestimmung der Phasenlage der Wechselstromquelle (lOO bzw. 200 bzw. 3OO bzw. 70O) enthält.
7. Speiseschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Auslösesignal-Erzeugungseinrichtung (102 bzw. 206 bzw. 3iO) ein bezüglich seiner Phasenlage gegenüber der Wechselstromquelle einstellbares Auslösesignal erzeugbar ist.
β. Speiseschaltung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Gasionisierungsstrecke gebildete strahlungserzeugende Einrichtung (313) über Gleichrichtermittel bzw. über die Gleichrichtermittel (305, 325 bzw. 707 bis 710) an eine mehrphasige Wechselstromquelle (300 bzw, 700) angeschlossen ist, derart, daß zur Lichterzeugung die Ionisation in der Gasionisierungsstrecke jeweils für eine Zeitdauer durchgehend aufrecht erhalten bleibt, welche größer als eine halbe Periode irgend einer Phase der Wechselstromquelle ist.
9. Speiseschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle (30O) dreiphasig und in Stern geschaltet is t.
10. Speiseschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle (700) dreiphasig und in Dreieckschaltung ausgebildet ist.
11. Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisation zu einer vorbestimmten Zeit auslösbar ist.
12. Speiseschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der Ionisation bzw. in der Auslöseimpuls-Erzeugungseinrichtung ein Ilochspannungsimpuls erzeugbar (316, 317, 318) ist.

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13. Speiseschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsinipuls einer Auslöseelektrode (33-9) der strahlungserzeugenden Einrichtung (313) zuführbar ist,
Ik. Speiseschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsirapuls denselben Elektroden der strahlungserzeugenden Einrichtung zuführbar ist, welche an die Wechselstromquelle angeschlossen sind.
15. Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungserzeugenden Einrichtung (313) eine bestimmte Anzahl von Hochspannungsimpulsen zuführbar ist ■ (Figur k).
16. Speiseschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung einer bestimmten Anzahl von Impulsen an die strahlungserzeug^ende Einrichtung ein Impulszähler (^tl3) und hiervon betätigte Schaltmittel (^;tl2) zur Weiterleitung der Impulse an die strahlungserzeugende Einrichtung vorgesehen sind (Figur k).

I
I
17. Verwendung einer Speiseschaltung nach einem der Ansprüche

1 bis 16 zur Anregung eines stabförmigen Lasers mit nichtkohärentem Licht.
18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser von einem Rubinstab gebildet ist.
19. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser von einem mit Neodym dotierten Glasstab gebildet ist.
20. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser von einem Ittrium-Aluminium-Granatstab gebildet ist.
21. Verwendung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungserzeugende Einrichtung von einer stabförmigen Blitzlampe oder Blitzröhre, insbesondere einer Xenon-Blitzröhre, gebildet ist.

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22. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß

j die Blitzlampe (605) und das Lasermedium (606) mindestens teilweise von einer verspiegelten Fläche (604) umgeben sind.
23. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß

' die Blitzlampe oder Blitzröhre Schraubenlinienform hat und daß sich das Lasermedium längs der Mittelachse der Schraubenlinie

, erstreckt.

j
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• 2k» Verwendung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch ge-r !kennzeichnet, daß ein Stromfluß der an eine mehrphasige Wechsel- \ stromquelle angeschlossenen, strahlungserzeugenden Einrichtung

nur während bestimmter, unmittelbar nebeneinander liegender j Ilalbwellen bestimmter Phasen der Stromquellenspannung erzeugbar

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