CW Nd:Yag Resonator Eigenbau

[cubi]

Hallo

Ich hoffe mal das ich hier richtig bin. Hab vor kurzem eine Nd:YAG Pumpkammer ersteigert. Bei ebay sind glaub ich noch einige dieser Pumpkamern unterwegs:
http://www.ebay.de/itm/500W-Nd-Yag-Las ... 5645b1ac66

Den Laser HL4006 von Trumpf aus dem diese Pumppkammer stammt, kenn ich noch von einem Praktikum. Hab auch meinem damaligen Professor mal nach technischen Daten gefragt. Allerdings konnte der mir auch nur die äußerlichen Daten nennen.

Da ich bisher nur kleinere blitzlampengepumpten Yag Laser gebaut hab, wollt ich mich nun mal an ein etwas Größeres Projekt wagen. Die maximale Laserleistung einer solcher Kammen beträgt so viel ich jetzt herausgefunden hab etwa 600W CW. Ganz schön viel, mir wärs auch recht wenn ich bedeutent weniger heraus bekomm.

Nun zu meinem Vorhaben:
Also ich hab schon seit Jahren alte Servernetzteile von Cisco Systems hier herumstehn und noch nie ne passsende Verwendung dafür gefunden. Diese haben eine Nennspannung von 56V und leisten 80A. Die Nennspannung kann man von 52V bis 60V regulieren, mit einigen Umbaumaßnahmen vllt auch mehr. Insgesamt hab ich davon 4 Stück also in Reihe geschaltet maximal 240V bei 80A wärn dann 19,2KW .

Die beiden Bogenlampen scheinen noch einigermaßen in Ordnung zu sein und haben falls ich nicht falsch liege eine Spannung von etwa 255V und 40A. Von den Daten her scheint das ja zu passen . Eine Passende Zündung werd ich denk ich noch hinbekommen. Jetzt meine Frage: Wo liegt die Mindestspannung solcher Lampen ? Kann ich diese auch mit geringer Spannung wie hier 240V betreiben oder gar noch weniger oder ist da doch ne komplexe stromreglung nötig. Hab bisher nur mit Blitzlampen gearbeitet. Für Anregungen zum Aufbau bin ich natürlich sehr dankbar.

In einem HL4006 sind ja 8 solcher Kammern verbaut. D.h die Resonatorlänge doch schon recht groß. Ich hoffe mal das ich mit den paar Spiegeln die ich zuhaus noch rumfliegen hab was funktionierendes zusammenbasteln kann. Fals jemand schon mal einen ähnlichen Resonator aufgebaut hat, bin ich natürlich auch hier über Informationen zur Resonatolänge, den verwendeten Spiegeln, usw sehr dankbar.

Danke schon mal im Vorraus
ich hoffe ich hab hier keinen mit meinem Vorhaben schockiert

[floh]

ist da doch ne komplexe stromreglung nötig

Vermutlich ja! Eine Bogenlampe hat nach Zündung einen sehr kleinen Widerstand. Der Strom wird also relativ zügig gegen Unendlich gehen (naja, nicht ganz... aber Ansatzweise) und je nach Beschaffenheit wird entweder die Lampe oder die Stromversorgung zuerst daran glauben. Bei DEN Netzteilen wohl eher die Lampe.

[cubi]

Also die Netzteile haben eine eingebaute Stromreglung, allerdings liegt die momentan bei 80A. Hab mit einem der Netzteile schon geschweißt, also die sind doch recht sicher und stabil. Bei 80A fällt die Spannung um 0,1V ab.
Hatte vor die Lampen parallel zu schalten, sofern das überhaupt irgentwie möglich ist. In Reihe werd ich wohl das Problem mit der hohen Versorgungspannung bekommen, hätte allerdings weniger Probleme mit dem Zünden. Ich könnte auch versuchen die Stromreglung der Netzteile auf 40A heruterzubekommen, das sollte denk ich irgendwie möglich sein. Dann wär aber nur der Betrieb einer Lampe möglich was mich jetzt nicht unbedingt stören würde.
Ist denn dass überhaupt gesund für die Pumpkammer/ Resonator, nur mit einer Lampe zu pumpen. könnte mir da ne recht unausgewogene Temperaturverteilung vorstellen.

[goamarty]

Normal kann man Bogenlampen nicht parallel betreiben, außer man verwendet relativ große Stromverteilerwiderstände, welche den negativen Innenwiderstand kompensieren, die heizen aber dann ganz schön.

[netzpfuscher]

Wir haben zwei komplette Anlagen des Typs. Eine steht in Bochum, wir haben die schon in Betrieb nehmen können (Ohne Resonator). Vielleicht kannste dir da ja Infos zum Betrieb herholen, wenn du aus der Nähe bist. Aber trivial ist das nicht, das Netzteil und die Wasseraufbereitung füllt einen ganzen 19" Schrank. Die Laserschwelle liegt auch relativ hoch, wenn ich mich recht entsinne so ab 6kW Pumpleistung, 500W optisch dürften so ~17kW Pumpleistung erfordern. Wir haben aber ein Diagramm dazu, müsste ich nochmal nachschauen. Ansonsten darf im Kreislauf nur absolut reines Wasser sein. Destiliertes Wasser ausm Baumarkt hat die Leitwert-Freigabe nicht durchgehen lassen. Dazu haben wir uns dann hochreines Wasser gekauft. Die Wärme aus dem inneren Kreislauf geht dann über einen Plattenwärmetauscher zu der "Kühlplörre" über.

[tsar]

Ich gehör mit zur Netzpfuscher Lasergruppe...
Ich finds ja lustig das jetzt auch ein zweiter versucht mit dem Laserkopf was zu bauen..... Ich hab hier die Doku der Anlage liegen und kann dir sagen das: Die Lampen jede mit eigenem Netzteil betrieben werden, die ein Zündspannung von 18kV haben, die bei Volllast 200V 40A abkriegen , und mit 150V 9A gesimmert werden. Was die an Kühlwasser sehen wollen weis ich nicht weil der inner Kreilauf nicht dokumentiert ist. DAs Wasser muss hochrein sein, weil das Wasser die Lampenanschlüsse mitkühlt und da eben die besagten 200V anliegen. Auch Wasser die Waaertemperatur angeht sind die sehr eigen: 30°C ist max was das Wasser als Einlauftemperatur haben darf. D.h. du muss dir einen großen Speicher oder Frischwasserkühlung oder ne Kühlanlage die 15kW wegschaufelt dahinstellen(wir haben letzteres). Mit dem Kopf sind 500Watt CW drin, mehr nicht. DAs ist das maximum was Professoren an einer UNiversität da rausgeholt haben und ich rate jetzt mal blind in blau wenn ich behaupte das Trumpf das nicht so toll hinbekommt in den Industrieanlagen.

gruß tsar

[cubi]

Hallo
und erstmal ein großes Danke für die bisherigen Informationen und Antworten
Also dass solch ein Aufbau kein leichtes Unterfangen ist, ist mir durchaus im Klaren. Daher versuch ich im Vorfeld die nötigen Informationen zusammenzutragen um abzuwägen ob ich das Projekt weiterführe oder das ganze lieber bleiben lasse. Momentan bin ich allerdings noch recht optimistisch

Also zum Thema Kühlung: Die Pumpkammer wird natürlich nur den besten Stoff was Kühlwasser betrifft bekommen. Mein letzter Laser hatte zwar eine wesentlich geringere Leistung (ca. 40W) aber ebenfalls gekühlte Lampenanschlüsse. Hab mir dafür auch geeignetes Kühlwasser besorgt. Wenn es soweit ist wird denk ich die geringste Problem sein nochmal an so welches ranzukommen.
Natürlich sind 15KW schwer in warme Luft umzwandeln. Das hab ich auch nicht wirklich vor. Zur Auswahl steht tatsächlich ein ausreichend großes Wasserresservoir oder, da der Laser ja nicht im Dauerbetrieb laufen soll, ein kontinuierlicher Frischwasserstrom. Um Frischwasser und Kühlwasser zu trennen steht auch ein Plattenwärmetauscher zur Verfügung. Ein Problem ist allerdings noch der recht hohe Druck mit dem das Kühlwasser durch die Flowtubes gepumpt wird. "Handelsübliche" Pumpen machen da doch schon recht früh schlapp

An der Parallelschaltung der Lampen werd ich wohl nicht vorbeikommen da ich "nur" vier solcher Netzteile habe (max 240V), allerdings hab ich für jede Lampe eine Konstantstromquelle "gebastelt" die sich von von wenigen Ampere bis 80A regeln lässt. Verheizt wird im schlimmsten Fall da natürlich einiges. Dies ist auch nicht gerade die wirtschaftlichste Lösung aber es ist zumindest eine Lösung. Für den Aufbau hab ich zwei bisher als Briefbeschwerer fungierende IGBTs von Infnieon verwendet. Die Dinger schaffen 1200V bei 1700A und eine maximale Verlustleistung von 7,6KW. Darüberhinaus sind die Teile trotz der hohen Eingangskapazität noch recht schnell, anständige Treiberschaltung vorrausgesetzt. Rein theoretisch könnt ich auch so eine zusätzliche Simmerstromquelle ersetzen sofern die überhaupt in meinem Fall nötig ist. Sobald der Triggertrafo (leider auch riesig ) fertig ist werd ich diese Strombegrenzung mal an ein paar alten Lampen testen.

Also ob die Pumpkammer nun 600 oder 500 Watt leistet ist mir in erster Linie egal. Da werd ich wohl mit meinem Aufbau denk ich auch nicht hinkommen und wills auch nicht. 6Kw als Laserschwelle hört sich doch schon ganz vernünftig an. Ich hab festgestellt, dass die Netzteile unter Volllast doch schon eine recht hohe Verlustleistung haben. Den Aufbau wollt ich daher mit etwas geringerer Leistung betreiben.

Ich hab auch einen Termin mit meinem alten Prof vereinbart um mir mal das Innenleben des Trumpf HL4006 anzuschauen. Ich hoffe das wird mich nicht all zu sehr schockieren

[tsar]

Wollte mal nachfragen was aus deinem Laseraufbau geworden ist. Wir versuchen zur Zeit die Laserköpfe in eine alten Kupferdampflaserrahmen reinzufriemeln.

Gruß tsar

[cubi]

Aus Zeitgründen konnte ich leider noch nicht all so viel an dem Laser weiterbauen. Den Triggertrafo hab ich aber fertig. Allerdings betreib ich den auf der Primärseite schon mit 10kV, sonst hätte der einiges an Kupferdraht verschlungen. An einer Lampe hab ich dann schon erste Tests gemacht. Der Triggertrafo funktioniert recht gut. Die Lampenelektroden sind schon recht weit abgebrannt und haben bestimmt schon ein paar Stunden runter. Da ich neue Lampen bekomme, wollt ich mit den Alten mal erste Zündversuche im Wasserbad durchführen. Zur Erzeugung einer Boosterspannung benutz ich einen Mikrowellentrafo mit Abgriff bei ca 1000V. Gezündet hat die Lampe allerdings leider noch nicht. Ich muss wohl noch mit einigen Vorwiderständen während dem Zündvorgang herumexperimentieren. An dieser Stelle hab ich jedoch noch nicht weitergemacht.
Ich seh aber mittlerweile ein Problem in der Parallelschaltung der Lampen, da ich hier für jeden Zweig eine seperate Strombegrenzung brauch die dann auch noch an einer Stromversorgung hängt.

Was spricht eigentlich dagegen, die Lampen in Reihe zu schalten ? Bei Lasern mit Blitzlampen wird das ja zum Teil auch so gemacht und auf die 500 V komm ich ja auch durch Drehstromgleichrichtung. Dann würd ich mit einem Triggertrafo und einer Strombegrenzung auskommen.

[tsar]

Kannst du mir vlt mitteilen wo du die neuen Lampen herbekommst? Früher oder später stehe ich nämlich vor dem gleichen Problem.

Zur Reihenschaltung: Kann klappen, muss aber nicht. Der Spannugnsabfall wird sich nicht gleichmässig auf beide Lampen aufteilen )d.h. die eine wird mehr Licht geben. Inwiefern das jetzt wieder für den Laserstrahl schlecht ist weis ich nicht. (Kristall bekommt von "links" mehr Licht als von rechts)

Ausserdem muss dein Zündtrafo dann die doppelte Spannung aufbringen um beiden Lampen zu ionisieren.

tsar

[goamarty]

So wie ich es verstehe werden die Lampen normalerweise mit definiertem Konstantstrom betrieben. Dann dürfte die Reihenschaltung abgesehen vom Zündspannungsbedarf kein Problem sein. Sollten die Lampen auf definierte Leistung geregelt betrieben werden müssen, dann geht das in der Reihenschaltung nicht.

[pulslaser]

Dazu kann ich auch einiges verraten. Ich betreibe Pumpkammern mit ca. 200 W/cw von ehemals Haas Laser, jetzt Trumpf.
In den Kammern arbeiten 2 Bogenlampen die in Reihe geschaltet sind. Bei maximaler Pumpleistung strömen 25A durch die Lampen, Boosterspannung = 800V.
Wassertemperatur darf 30°C nicht überschreiten, Wasserdruck liegt bei 4,5 Bar. Zum Zünden ist ein sehr dicker Trafo in Reihe mit den Lampen geschaltet, der die Zündspannung über eine Funkenstrecke mit Hilfe der Boosterspannung erzeugt. Die Boosterspannung wird vom Netzteil über ein Bit während des Zündvorgangs angelegt. Die Laserschwelle lag bei der Kammer bei einem Lampenstrom von 13A. Simmern lasse ich die Lampen bei 4A.

Alles in allem ein recht guter Durchlauferhitzer... nicht sehr effektiv.

Lg Pulslaser

PS. Für die Ansteuerung des ganzen habe ich mir ein USB-Interface gebaut mit digitalen und analogen Ein und Ausgängen. Software hab ich mit Visual Basic realisiert.