CO2-Laser

[retro]

Hallo, ich bin drauf und dran meinen 2. CO2-Laser zu bauen! Nun möchte ich (hauptsächlich in Sachen Leistungs) vieles besser machen als beim ersten!

Ich habe mich vorerst für einen Innendurchmesser (der Entladungsröhre) von 14mm entschieden, bei einer Länge von ~1m.

Nun, wie stark ist der Leistungsanstieg wenn ich den Durchmesser der Entladungsröhre erhöhe?

[ralf-k]

Hi!

Leider weis ich da auch nicht viel von, obwohl mich ein CO2 Laser auch interessiert. Hast du Bilder von deinem Ersten???

Vieleicht hilft dir das etwas weiter:

http://www.emissiontechnologies.com/

http://206.19.206.56/LaserCalc.asp

Gruß Ralf

[gunnar]

Moin moin,

Die fundamentale Frage ist die Kühlung des Gases. Dazu gibt es mehrer Wege: entweder ein kleiner Rohrdurchmesser oder ein hoher Gasdurchfluss.

Bei den Slow-Flow Lasern (typischer Gasdurchfluss 1-20 Liter/Minute, Doppelwandiges Rohr mit Wasser-/Ölkühlung, Entladung mit 10-100 mA, Gasdruck 10-0 Torr und einem Rohrdurchmesser von 1-2 cm) kommst du auf etwa 50W/Meter Rohrlänge.

Bei den Fast-Flow Lasern (Gas wird mit Pumpen umgewälzt und extern gekühlt, Gasgeschwindigkeit 100-500m/s, Rohrdurchmesser 8-15cm und Entladungsströmen bis zu 700mA) schaffst du bis zu 600W/m.

Und dann gibt es ja noch die für Hobbiesten schwerer zu bauenden Typen, Axial-Flow, TEA und was es noch noch alles gibt...

gunnaR

P.S.: Ganz nette Grafik ist übrigens hier
http://www.laserk.com/newsletters/white5.html
und noch ein netter Link hinterher, mit Formel zur Berechnung der zu erwartenden Laserpower und vielen Beschreibungen:
http://cord.org/cm/leot/course03_mod09/mod03_09.htm

<small>[ 06. August 2002, 21:30: Beitrag editiert von: Gunnar ]</small>

[retro]

Hi und Danke für eure Hilfe!
Wie mir eben nochmals klar wurde hängt der Durchmesser des Rohres auch von den verwendeten Spiegel ab. Mir geht es in diesem Fall aber nicht um die optischen eigentschaften des Rohres sondern um den Einfluss auf die Leistung:

Bei einem größeren Durchmesser braucht man zwar mehr Gas und auch mehr Energiezufuhr, hat dafür aber auch eine größere Ausgangsleistung. Nun frage ich mich aber wie groß dieser Effekt ist, bzw. ob es sich lohnt ein Rohr mit innendurchmesser 20mm zu benutzen...?

/Edit
Achso, hätt ich vielleicht vorher erwähnen sollen! Ich bin im begriff einen Slow-Flow CO2er zu bauene. Die Kühlung ist gesichert, den Gasdruck hab ich so bei 10-20 Torr angesetzt, aber das lässt sich ja in der Praxis noch optimieren.

<small>[ 06. August 2002, 21:47: Beitrag editiert von: Retro ]</small>

[floh]

würde mich auch mal interessieren so ein CO2 Ding zu bauen. Habe es aber der Holografie zuliebe etwas vergessen.

Woher kriegt man günstig die OC und HR? Wie macht man das Gasgemisch? Was eignet sich als Vakuumpumpe? Hochspannung woher?
Und das schwierigste: Wie baut man das Rohr?

Ach ja, wieviel Power macht dein erster und was stellst du damit an?

[ralf-k]

Hi!

Also das Rohr ist eigentlich noch das einfachste von allem.
Schwerer wirds dann mit der Spiegelbefestigung.
Also ich haben noch eine Flügelzellenrotationspumpe, die könnte gehen, aber vieleicht auch ein alter Kompressor aus einem Kühlschrank.
Hochspannung. Naja ict auch nicht ganz einfach, vor allem wenn es regelbar sein soll. aber das wird auch noch irgendwie gehen.

Was ich mir als äußerst schwirig vorstelle ist das justieren der Spiegel. Mann sieht den Strahl ja gar nicht.

Gruß Ralf

[retro]

Also... fangen wir mal an. Vom alten habe ich keinerlei Bilder, aber ich spiele mit dem gedanken den Bau des neuen von A bis Z zu dokumentieren und ins Internet zu stellen!

Entladungsrohr:
- Ein ID:20mm Rohr aus Buranglas mit offenen Enden, länge 1,20m, wandstärke 1,8mm
Kühlrohr:
- Ebenfalls Buranglas, großer Durchmesser mit zwei Oliven, länge 1,00m, wandstärke 1,8mm

Beide rohre beziehe ich von nem örtlichen Laborgerätebedarfsladen, die blasen das alles selber.

Gas:
Ich benutze ECD-Zertifizierte CO2, N2 und He Flaschen von www.spezialgase.de - dort bekommt man auch schon passende Gasgemische für Laser. Ich mixe allerdings selber, drei Druckregler für die Flaschen und ebenfalls drei Nadelventile. Den Nachdruck habe ich auf 1,00 Bar eingestellt - die Mischeinheit ist ein etwas modifiziertes T-Stück von Hansa-Flex. Als Rohrsystem benutze ich Edelstahlrohre, ebenfalls Hansa-Flex. Für das Vakuum hab ich eine Leybold D8A (Drehschieberpumpe, zweistufig) da. Die tuts wirklich mehr als genug!

Spannung:
Hab vom lezten USA-Urlaub nen Neon-Sign-Transformer mitbegracht Die sind da an jeder Ecke zu bekommen. Wer verwante in den USA hat kann diese ja mal fragen. Der NST liefert mir 15kV bei 100mA. Die Reglung mache ich Primärseitig mit nem Stelltrafo - ganz easy!

Das ganze neu zu bekommen wird sehr teuer. Alleine die Vakuumpumpe wird mit über 2000€ tief in die Börse schlagen. Ich hab das Glück einen Elektronik-"Schrottplatz" im Ort zu haben. Da sind die größten Schnäppchen drinne.

/Edit
Die Spiegel... ich weiss nichtmehr woher ich sie habe! Irgend ne intressant aussehende Firma per Google gefunden und telefonisch Kontakt aufgenommen. Als sie die Stückzahlen hörten: "Einen bitte", haben die erstmal Bauklötze gestaunt... aber dann doch noch ein Herz für Bastler gefasst und mir zwei Spiegel (100% / 88% - Gold) für 200DM gesendet.
Das Justieren der Spiegel klappt exzellent mit drei Justierschrauben (inkl. Federn) - dazu braucht man lediglich einen anderen Laser (Laserpointer geht auch) mit dem man von vorne "reinleuchtet".

Mein erster (sowieso der allererste selbstgebaute Laser von mir) hat ne Länge von ~30cm, die Power ist damit sehr beschränkt... schätzungsweise 15W, da das Netzteil nicht sehr Leistungsfähig ist und auch die Spiegel nicht passend (die hatte ich irgendwo mal gefunden, ich glaube von nem zerstörten YAG-Laser). Jedenfalls war das mein erster Kontakt mit dem Element Laser und ich muss sagen, es hat sich gelohnt!

<small>[ 07. August 2002, 00:25: Beitrag editiert von: Retro ]</small>

[sirell]

Also, Hochspannungsnetzteil:

Seid Vorsichtig mit den Neons..es gibt inzwischen elektronische die eine primär geregelte Wechselspannung nicht mögen ! Geregelter Ausgangsstrom ( DC!) wäre sicherlich der Leistung zuträglich. Ich schau mal meine Pläne von Hochspannungsnetzteilen an ob ich eine PWM Schaltung finde die mind. 50 mA liefert...
[Nachtrag]
Ich kann bei meinem Onkel das CO² Netzteil mal auseinandernehmen, ausserdem sind da Pläne dabei.
Er hat 2 Laser zur Materialbearbeitung einen mit 5 kW und einen mit 100 W, der 100W hat ein ungekapseltes SMPS in dem alles sehr luftig aufgebaut ist ( 19" 4 HE ). Beim 5 kw ist es einfach ein Klotz mit anschlüssen <img border="0" title="" alt="[L&auml;cheln]" src="images/icons/smile.gif" />
btw. CO² Laser haben eine relativ hohe Zündspannung wie ich gerade feststellen muss. Der 100 W hat bereits 90 kV Zünd und 40 kV betrieb bei 70 mA. Zum Vergleich der 5 kW:
Rohrlänge 3100 mm
Typ: Flowing Gas ( Precooled)
Kühlung: Demineralisiertes Wasser 200 L mit 25kW Wärmetauscher
Stromversorgung: 3pWechselstrom Anschlusswert 60kVA
Zündspannung: 150 kV
Betriebsspannung: 50 kV
betriebsstrom: 30-900mA ( das ist interessant: VxA sind das 45000 VA aufnahme am Rohr)
Gewicht mit Netzteil ohne W.Tauscher und Gasflasche:
100 kg
Die Anschlusskabel sind die geichen wie an einem Röntgengerät.
Alles in allem ist das ding pervers klein und leicht bei dieser Ausgangsleistung. Ein 4x4 cm große Holzlatte mit mäßiger Geschwindigkeit durch den Strahl gezogen flammt kurz auf und fällt dann einfach ab.. entsprechend dürfte es auch händen usw. gehen. Das Teil ist echt ein lustiges Spielzeug und immer wieder nett. Was mir aufgefallen ist, selbst beim kleinen Laser mit 100 W wird wenn man den Strahl fokusiert verbrennt alles was so in der Luft rumschwebt sofort im Umfeld des Brennpunktes. Kann man das auch bei anderen größeren Lasern beobachten oder liegt das an der Wellenlänge des Lasers die ja in fast alles geht ohne reflektiert zu werden.

Gruß
Michael

PS: Was mir gerade noch aufgefallen ist:
Das Netzteil ist definitiv ein SMPS mit Zünderkennung, es befindet sich ein _richtig_ GROßER HINWEIS in der Bedienungsanleitung:
DIESES NETZTEIL DARF UNTER KEINEN UMSTÄNDEN OHNE ANGESCHLOSSENEN LASER BETRIEBEN WERDEN. ES WIRD SOFORT DURCH ÜBERSPANNUNG ZERSTÖRT.
Das kenne ich irgendwie von HeNe Netzteilen <img border="0" title="" alt="[L&auml;cheln]" src="images/icons/smile.gif" />
Einmal kurz "SPRAZEL" und dann aus <img border="0" title="" alt="[Entt&auml;scht]" src="images/icons/frown.gif" />

[ralf-k]

Hi!

Aso, ich wuste nicht, das die Spiegel auch sichbare Wellenlängen reflektieren.
Aber zu den Spegeln. Warum hast du denn 2 halbdurchlässige Spiegel genommen??? Hattest dann 2 Strahlen?? Oder wie??

Also das der 100W CO2 90KV Zündspannung hat und 40KV Betriebsspannung kann ich aber nicht so recht nachvollziehen. Bei HB haben die auch CO2 laser und da haben die einen der 90 bis 110W bringt. der hat 35Kv Trigger, also Zündspannung und 28KV Betriebsspannung bei 24mA Betriebsstrom.

Gruß Ralf

[retro]

Naja, die Idee mit den zwei halbdurchlässigen Spiegeln ist garnicht mal so schlecht Aber ich meinte eigentlich dass ich einen Vollreflektierenden (100%) und einen Teildurchlässigen (88%) benutze...

Die Zündspannung hängt extrem von der länge ab! Bei meinem 30cm Zwerg brauche ich keine erhöhte Spannung zum anlaufen, da schlägt es sogar bei Luft und 40 Torr über... schätzungsweise hab ich 10kV und maximal 20mA.
Für meinen Neuen plane ich einen Kondensator der sich über eine Kaskade entläd und so die Zündung durchführt... dürfte vollkommen ausreichen. Wenn das Plasma erstmal aufgebaut ist reichen 18kV mit 100mA aus um es aufrecht zu erhalten.

[retro]

Normale Spiegel aus Glas mit beschichtung reflektieren nur nahes Infrarotlicht. Ein CO2-Laser gibt nahes, sowie fernes Infrarotlicht ab. Somit würde die Leistungsfähigkeit enorm absinken wenn man ganz normale Spiegel benutzen würde - dass diese sowieso nur etwa 80% reflektieren ist dabei ganz normal. Das Zauberwort heisst Metallspiegel. Auf ein normales Metall (Kupfer, Messing .. mit guten Wärmeleiteigenschaften) wird ein anderes aufgedampft und hochglanzpoliert. Dabei muss dies ein sehr edeles Metall sein, Silber, Gold oder Platin sind standard.

Ich hab die Firma (netter weise ) nochmal rausgesucht: http://www.lasercomponents.de/

Produkte->Laseroptik->CO2-Laseroptik

Da sollte man sich das Datenblatt "CO2-Laseroptik" (.pdf) mal ansehen.

Im Katalog unter der Rumbrik "Kupferspiegel" ist alles zu finden was man braucht! Ich benutze die "Kupfer 'HS'-Spiegel" mit 99% reflex mit einem Durchmesser von 25mm. Der Radius ist konkav und beträgt 2m.

Für die Auskoppelung des Strahls nehme ich die (weiter oben zu findenen) ZnSe-Auskoppelspiegel (Vorsicht! Giftig - Sicherheitshinweise auf der Homepage!). Durchmesser ebenfalls 25mm und keine Krümmung. Im Datenblatt sind 90% Spiegelung zwar garnicht zu finden, aber auf der Verpackung meines Spiegels steht es so.

Laut dem Laser Optic Calculator (http://206.19.206.56/LaserCalc.asp)ergeben sich mit meinen eingesetzen Ausgangswerten (1000/1180/20/2) folgende:

</font><blockquote><font size="1" face="Helvetica, Verdana, sans-serif">Zitat:</font><hr /><font size="2" face="Helvetica, Verdana, sans-serif">OC Reflectance should be : 90%
OCSpot radius : 1.8mm
TRSpot radius : 2.8mm
IntraOptics Practical Beam Diameter : 11.2mm
Output Beam Practical Diameter : 7.2mm</font><hr /></blockquote><font size="2" face="Helvetica, Verdana, sans-serif">Gefällt mir schonmal Nach meinen konkreten Berechnungen zufolge ist das Radius sogar noch etwas kleiner! Viel Energie auf kleinen Raum, so soll es sein.

Wenns noch irgendwelche Fragen gibt, immer her damit!
Bin ich eigentlich der einzige der sich schonmal nen CO2-Laser gebaut hat? <img border="0" title="" alt="[Breites Grinsen]" src="images/icons/grin.gif" /> Ich dachte eher dass sich daran schon relativ viele zuschaffen gemacht haben.

[floh]

Aus was sind die Spiegel (Trägermaterial) ich meinte, Glas sei bei dieser Wellenlänge undurchlässig? Was für eine Beschichtung ist auf dem OC drauf? Ist diese Wellenlängenselektiv oder einfach nur 88% reflex?

[retro]

So, noch ein Problem weniger! Das Netzteil ist gefunden, der Preis beträgt nur 180€! http://www.licengine.com/CSF-3500.htm

Die Leistung ist enorm! Statt 100mA sogar 200mA und die Zündeinheit ist auch mir drinne. DC oder Pulsbetrieb (ebenfalls drinne)... einfach perfekt!
Die Glasarbeiten habe ich Heute auch abgeholt und nächste woche werd ich die Flansche drehen =) Es geht vorwärts...

<img src="http://home.t-online.de/home/sascha.weitkunat/tubes.jpg" alt="" />

<small>[ 10. August 2002, 08:24: Beitrag editiert von: Retro ]</small>

[retro]

Also die 35kV dürften schon reichen... sonst müsste man sich halt was überlegen. Trotzdem macht es das Netzteil kein Stück unintressanter!

Den Kühlmantel hätte ich allerdings aus Kunststoff nehmen können. War aber auch kein Problem, die Rohre hab ich am Mittwoch in Auftrag gegeben und am Freitag abgeholt und nur 20€ bezahlt... Vitamin-B eben <img border="0" title="" alt="[Winken]" src="images/icons/wink.gif" /> Das Rohr verfügt übrigens schon über zwei NS-Gewinde für den direkten Schlauchanschluss.

/Edit
Da fällt mir ein, ich suche immer noch nen Laden wo ich Hochspannungsleitung (Kabel) herbekommen kann. Bisher hab ich nur ( http://www.surplussales.com/Wire-Cable/HVWire-1.html ) das hier aufgetrieben, gibts das nicht auch in Deutschland?! Bei RS haben sie auch nur 15kV-LITZE.

<small>[ 10. August 2002, 16:07: Beitrag editiert von: Retro ]</small>

[gunnar]

Moin moin,

falls wider Erwarten die Zündspannung nicht reichen sollte gibt es immer noch einen Trick
Einfach den Druck mit der Vakuumpumpe soweit erniedrigen bis das Plasma zündet, und dann wieder den Druck auf den Betriebswert langsam steigern

So ähnlich funktionieren ja auch die Homemade Blitzlampen, einfach ein Glasrohr mit Luft, Elektroden und einem Schlauch zur Vakuumpumpe. Kondensator mit Hochspannung aufladen und dann einfach die Pumpe laufen lassen bis es blitzt (oder knallt und einem die Glasreste um die Ohren fliegen, dann war die Energiemenge im Kondensator zu gross

gunnaR

[ralf-k]

Hi!

ja wenn ein Kabel nicht reicht nimmst halt 2 davon <img border="0" title="" alt="[Breites Grinsen]" src="images/icons/grin.gif" /> . Naja leider enne ich auch keine Quelle dafür

Aber noch mal zu den Röhren, hört sich alles SEHR INTERESSANT an. Mir kommt allerdings das innere Rohr etwas groß vor. 25mm vieleicht?? Oder täusche ich mich da?

Wenn das mit den Speigeln nicht zu teuer ist, würde ich gern auch einen Bauen.

Gruß Ralf

[ralf-k]

Hi!

Das NT ist echt Geil!!! Weis nur nicht ob die 25KV bzw. 35KV Zündspannung reichen. Kommt auch vieleicht auch auf die Mschung des Gases an.

Aber ich verstehe nicht, warum du das äussere Rohr nicht aus Kunstoff machst. Dann ist das ganze etwas unempfindlicher und mann kann dort lichter die Anschlüsse für das Wasser realisieren.

Gruß Ralf

[retro]

Ja, das mit dem Druck runterschrauben wird wohl das beste sein

Das Plasmarohr hat einen Innendurchmesser von exakt 20mm! Somit ist es die äußere Grenze, dafür hat man bei dementsprechendem Netztei eine größere Leistung. Für die Kühlung hab ich mir auch was ausgedacht, ich wollte erst mit Wasser ran, aber da die Hochspannung direkt an den Flanschen anliegt (die eben auch Kontakt zum Wasser haben) gibts da ein Problem. Deionisiertes Wasser ist mir zu umständlich, wenn sich dass also nicht vernünftig auf 20mm andichten lässt werd ich ein Silikonöl nehmen und per Wärmetaucher kühlen. Das Kühlwasser soll mit etwa 10°C rein... so wird ne menge überschüssige Wärme abgetragen, dadurch vergrößert sich die effektive Leistung nochmals

[ralf-k]

Hi!

Also das mitr dem Silikon Öl wäre mir wieder zu umständlich. Denn das muß ja auch wieder gepummt werden. Also brauchst noch ne Pumpe und die muß ja auch Galvanisch non der Netztspannung mit min. 35KV Potentialunterschied getrennt werden.
Warum machst das nicht so:
<img src="http://mitglied.lycos.de/Meteorman0815/ ... Wasser.JPG" alt="" />

So wird zwar das letzte Stückchen nicht gekühlt, es sei denn, man würde die Elektroden etwas weiter dort hinein schieben.

Gruß Ralf

[retro]

Grad die Anode und die Kathode währen über nen bisschen Kühlung bestimmt dankbar, aber so in der Art hatte ich das auch vor.
Nun bin ich aber schonwieder am überlegen um ich meine Flansche nicht aus Teflon drehe... Damit gäbe es auch keine Spannungsführenden Teile außerhalb des Lasers, bei 20kV und 200mA sollte man sich schon hühten...

[Dr. Burne]

Die Pumpe mit Silikonöl muss nicht galv getrennt sein, wenn man Öl drin hat, da dieses ja keinen Strom leitet.
Öl ist ja auch in Hochspannungstrafos das eingesetzte Isolations-/Kühlmittel.

Gruß Stefan

[ralf-k]

Hi!

@Stefan
Jo hast recht, kleiner Denkfehler von mir

Aber wenn du, wie ich das schon erwähnt habe, die elektroden so weit hinein schiebst, das sie in den Wassermantel reichen, ist doch alles OK.
Dann hast du zwar ca. 10cm von deiner Plasmastrecke ohne plasma, aber dafür eine Pumpe und Wärmetauscher gespart.

Obwohl, ich wäre eigentlich auch für die komplizierte Version, denn das macht mehr Eindruck <img border="0" title="" alt="[Breites Grinsen]" src="images/icons/grin.gif" />

Gruß Ralf