Die Erfindung betrifft eine Impedanzanpassungsanordnung für eine Gaslaseranregungsanordnung mit einer Hochfrequenzanschlussleitung, die an einem ersten Anschlusspunkt an eine Leistungsquelle und an einem zweiten Anschlusspunkt an eine Gaslaser-Elektrode anschließbar ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Gaslaseranregungsanordnung mit einer solchen Impedanzanpassungsanordnung.

Hochleistungslaser mit Lichtleistungen größer gleich 500W können bei der Laserbearbeitung eingesetzt werden, beispielsweise zum Markieren von Metallen oder Nichtmetallen, zum Schneiden, Schweißen und Bearbeiten von Materialien, wie z.B. Metallen.

Zur Anregung eines Gaslasers wird in der Regel eine Gasentladung generiert. Die Gasentladung wird in der Regel durch Einspeisung elektrischer Leistung generiert, insbesondere oftmals durch elektrische Hochfrequenz- leistung. Die Einspeisung der elektrischen Leistung erfolgt in der Regel über Elektroden. Die Hochfrequenzleistung wird oftmals an einer oder mehreren Einspeisestellen an der Elektrode eingekoppelt. Die Elektroden sind häufig paarweise angeordnet, wobei eine der Elektroden häufig auf einem ruhenden Potential, insbesondere Masse, liegt. An der anderen Elektrode wird eine elektrische Leistungsquelle, z.B. eine HF- Leistungsquelle, angeschlossen. Mit einer Hochfrequenzanschlussleitung werden Quelle und Last verbunden. Die Leistungsquelle besitzt eine Ausgangsimpedanz. Die Last besitzt eine Lastimpedanz. Für eine verbesserte Energieübertragung von Quelle zur Last muss die Lastimpedanz an die Quellimpedanz angepasst werden. Dies erfolgt häufig durch eine zusätzliche Impedanzanpassungsschaltung, die zwischen Last und Leistungsquelle angeschlossen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vereinfachte

Impedanzanpassung bei einer Gaslaseranregungsanordnung zu ermöglichen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine

Impedanzanpassungsanordnung für eine Gaslaseranregungsanordnung, mit einer Hochfrequenzanschlussleitung, die an einem ersten Anschlusspunkt an eine Leistungsquelle und an einem zweiten Anschlusspunkt an eine Gaslaserelektrode anschließbar ist, wobei sich die Impedanz der Hochfrequenzanschlussleitung zumindest in einem Abschnitt durch Änderung der Ausgestaltung, insbesondere eines Parameters, der Hochfrequenzanschlussleitung in diesem Abschnitt ändert. Die

Impedanzanpassung wird somit erfindungsgemäß durch einen Teil der Hochfrequenzanschlussleitung selbst durchgeführt. Dadurch können zusätzliche Komponenten eingespart werden. Bei einer gegebenen geometrischen Länge, z.B. durch die vorgegebene Länge eines Lasers oder einer Laserelektrode, kann die Impedanz über einen vergleichsweise großen Bereich angepasst werden. Es hat sich gezeigt, dass auch der Frequenzbereich, in dem eine Impedanzanpassung erzielt werden kann, so erweitert werden kann. So kann die Hochfrequenzleistung mit mehreren Frequenzkomponenten eingesetzt werden.

Die Impedanz kann sich in dem Abschnitt kontinuierlich ändern. Insbesondere kann sich daher der Parameter der Hochfrequenzanschlussleitung, beispielsweise die Breite der Hochfrequenzanschlussleitung, in dem Abschnitt kontinuierlich ändern. Dadurch kann die elektrische Länge bzw. die Transformationswirkung gegenüber der geometrischen Länge optimiert werden.

Die Änderung der Ausgestaltung des Abschnitts kann dadurch erfolgen, dass sich die Form, insbesondere die Geometrie oder der Querschnitt, der Hochfrequenzanschlussleitung in dem zumindest einen Abschnitt kontinuierlich ändert.

Die Hochfrequenzanschlussleitung kann ausgelegt sein, im Abschnitt in elektromagnetische Wechselwirkung mit der Gaslaseranregungsanordnung zu treten. Somit kann auch ein Teil der Gaslaseranregungsanordnung zur Impedanzanpassung verwendet werden.

Die Hochfrequenzanschlussleitung kann als Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem Außenleiter ausgebildet sein, wobei sich der Querschnitt, insbesondere der Betrag oder die Größe des Querschnitts, des Innenleiters und/oder des Außenleiters in dem Abschnitt stetig ändert.

Der Innenleiter und/oder der Außenleiter können Abschnitte unterschiedlichen konstanten Querschnitts aufweisen, wobei sich der Querschnitt beim Übergang von einem Querschnitt auf den nächsten Querschnitt stetig ändert. Durch die Querschnittsänderung kann die Impedanzanpassung eingestellt werden. Eine Querschnittsänderung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass sich der Durchmesser oder die Breite der Hochfrequenzanschlussleitung im Abschnitt ändert.

Dabei kann sich der Durchmesser oder die Breite der Hochfrequenzanschlussleitung im Abschnitt stetig ändern. Insbesondere kann die Hochfrequenzanschlussleitung im Abschnitt stufenlos ausgebildet sein. Dabei ergibt sich eine besonders breitbandige Impedanzanpassung.

Die Hochfrequenzanschlussleitung kann als Leiterbahnanordnung mit einer Leiterbahn und einer Bezugsfläche ausgebildet sein, wobei sich in dem Abschnitt die Breite der Leiterbahn, insbesondere stetig, ändert. Dabei kann die Leiterbahn mehrere Abschnitte unterschiedlicher Breite aufweisen, wobei sich die Breite beim Übergang von einer Breite auf die nächste Breite stetig ändert. Durch die Breitenänderung kann jeweils eine

Impedanztransformation durchgeführt werden.

Die Hochfrequenzanschlussleitung kann als Leiterbahnanordnung mit einer Leiterbahn und einer Bezugsfläche ausgebildet sein, wobei sich in dem Abschnitt der Abstand von Leiterbahn zur Bezugsfläche, insbesondere stetig, ändert. Durch die Änderung des Abstands ändert sich die Wechselwirkung zwischen Hochfrequenzanschlussleitung und der Bezugsfläche. Auch dadurch kann eine Impedanzanpassung erfolgen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Hochfrequenzanschlussleitung als Leiterbahnanordnung einer Leiterbahn und einer Bezugsfläche ausgebildet sein, wobei sich in dem Abschnitt die Dielektrizitätszahl des Dielektrikums zwischen Leiterbahn und Bezugsfläche, insbesondere stetig, ändert. Durch Änderung des Abstands zur Bezugsfläche und/oder durch die Änderung der Dielektrizitätszahl, insbesondere durch die Verwendung unterschiedlicher Dielektrika, lässt sich die Impedanzanpassung auf technisch besonders einfache Art und Weise realisieren.

Die Hochfrequenzanschlussleitung kann am ersten Anschlusspunkt eine vordefinierte Impedanz aufweisen, die mit der kapazitiven und/oder induktiven Kopplung zwischen Hochfrequenzanschlussleitung und einer Abschirmung einstellbar ist. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass am zweiten Anschlusspunkt eine exakt auf die Last angepasste Impedanz vorliegt.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Gaslaseranregungsan- ordnung mit einer erfindungsgemäßen Impedanzanpassungsanordnung, wobei die Hochfrequenzanschlussleitung zumindest in einem Abschnitt mit einem definierten Abstand, insbesondere parallel, zu einer Gaslaserelektrode verläuft. Daraus kann sich eine besonders platzsparende Anordnung der Hochfrequenzanschlussleitung ergeben.

Diese Gaslaserelektrode kann zumindest teilweise Teil der

Impedanzanpassungsanordnung sein. Wenn dies der Fall ist, entsteht eine besonders kompakte Ausgestaltung der Impedanzanpassungsanordnung.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Gaslaserelektrode zumindest teilweise Teil der Hochfrequenzanschlussleitung ist.

Eine Gaslaserelektrode kann mit Masse verbunden sein.

Der definierte Abstand zwischen dem Abschnitt und der Gaslaserelektrode kann auf unterschiedliche Art und Weise festgelegt werden. Insbesondere kann der definierte Abstand kleiner gleich 10 cm, insbesondere kleiner gleich 5 cm, insbesondere kleiner gleich 1 cm sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der definierte Abstand kleiner gleich 1/5, insbesondere kleiner gleich 1/10 der Wellenlänge der Hochfrequenz ist, für die die Impedanzanpassungsanordnung ausgelegt ist.

In einer weiteren Alternative kann der definierte Abstand kleiner gleich der Hälfte, insbesondere kleiner gleich 1/5, insbesondere kleiner gleich 1/10, der Länge der Hochfrequenzanschlussleitung im Abschnitt sein.

Weiterhin kann der definierte Abstand so ausgelegt sein, dass zwischen der Hochfrequenzanschlussleitung und der Gaslaserelektrode ein hochfrequentes elektrisches Feld aufgebaut wird, wenn Hochfrequenzleistung vom ersten Anschlusspunkt zum zweiten Anschlusspunkt geleitet wird. Dabei wird außerhalb des Abschnitts kein oder ein geringes hochfrequentes elektrisches Feld aufgebaut.

Die Hochfrequenzanschlussleitung kann am ersten Anschlusspunkt eine vordefinierte Impedanz aufweisen, die mit dem Abstand und der Fläche zwischen Hochfrequenzanschlussleitung und Gaslaserelektrode im Abschnitt einstellbar ist. Somit kann die Impedanzanpassung zusätzlich eingestellt werden.

Die Hochfrequenzanschlussleitung kann im Abschnitt von der Gasentladung umgeben sein. Alternativ kann die Hochfrequenzanschlussleitung im Abschnitt die Gasentladung umgeben.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung hinsichtlich der Baugröße kann die Hochfrequenzanschlussleitung zumindest teilweise in der inneren Elektrode eines Koaxiallasers angeordnet sein. Die Gaslaserelektrode kann als flächige Elektrode ausgebildet sein. Die Hochfrequenzanschlussleitung kann einen Außenleiter aufweisen, der einen Teil der Gaslaserelektrode bildet.

Die Bezugsfläche der Impedanzanpassungsanordnung kann zumindest teilweise Teile der Gaslaseranregungsanordnung sein, insbesondere mit einer Elektrode verbunden sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine teilweise Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße diffusionsgekühlte Gaslaseranregungsanordnung;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Gaslaseranregungsanordnung im Bereich einer Einspeisestelle;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand eines Slab-Lasers; Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand eines Slab- Lasers;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand eines Slab- Lasers;

Die Figur 1 zeigt eine diffusionsgekühlte Gaslaseranregungsanordnung 1 in einer teilweisen Schnittdarstellung. Die Gaslaseranregungsanordnung 1 weist eine äußere Elektrode 2 auf, in der Kühlrohre 3 für ein Kühlmittel, z.B. Kühlflüssigkeit, angeordnet sind. Die äußere Elektrode 2 ist aus Metall ausgebildet und mit Masse verbunden. Direkt unterhalb der Elektrode 2 befindet sich der Entladungsspalt 4. Die zweite Elektrode ist mit der Bezugsziffer 5 gekennzeichnet.

Über der zweiten Elektrode 5 befindet sich ein Dielektrikum 6, das aus mehreren unterschiedlichen Materialschichten aufgebaut sein kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Leistungseinspeisung bezogen auf die Länge der Elektrode 5 mittig an der Stelle 10.

In der vergrößerten Darstellung der Figur 2 ist zu erkennen, dass sich zwischen der Elektrode 2 und der Elektrode 5 der Entladungsspalt 4 befindet. Dabei sind die Elektroden 2 und 5 koaxial zueinander angeordnet. Eine Hochfrequenzanschlussleitung I Ia, I Ib ist an einem ersten Anschlusspunkt 20.1 an eine Leistungsquelle 20 angeschlossen, die eine Hochfrequenzleistung erzeugt und an einem zweiten Anschlusspunkt 10.1 an einer Elektrode 5. Die Hochfrequenzanschlussleitung verläuft in ihrem Abschnitt I Ib innerhalb der Elektrode 5 und im Wesentlichen parallel zu deren Er- streckungsrichtung. Zwischen der Anschlussleitung I Ib und der Elektrode 5 ist in einem ersten Bereich 21 eine Abschirmung 22 vorgesehen. Die Abschirmung 22 weist im Bereich der Einspeisestelle 10 eine Aussparung 7 auf, durch die die Hochfrequenzanschlussleitung I Ib zur Elektrode 5 geführt ist. In einem zweiten Bereich 23 ist ebenfalls die Abschirmung 22 vorgesehen. In diesem Bereich 23 ist jedoch keine Hochfrequenzanschlussleitung vorhanden. Die Abschirmung 22 ist ebenso wie die Elektrode 2 mit Masse verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen Elektrode 2, Abschirmung 22 und Abschnitte I Ib der Hochfrequenzanschlussleitung im Wesentlichen parallel zueinander. Auch im zweiten Bereich 23 verläuft die Abschirmung 22 parallel zu der Elektrode 5.

Der Teil der Hochfrequenzanschlussleitung I Ib, der koaxial zur Elektrode 5 und zur Abschirmung 22 verläuft, verringert seinen Durchmesser bis zur Einspeisestelle 10 an zwei Stellen. Der Übergang von einem Durchmesser zu einem anderen Durchmesser ist jedoch stetig ausgestaltet, was an den Stellen 24a, 24b zu erkennen ist. Die Durchmesseränderung entspricht einer Änderung der Ausgestaltung der Hochfrequenzanschlussleitung im Teil I Ib der Hochfrequenzanschlussleitung. Die Durchmesseränderung bewirkt eine Impedanzänderung.

Die Figur 3 zeigt eine Gaslaseranregungsanordnung 1' in Form eines Slab- Lasers. Zwischen einer Elektrode 2', die mit Masse verbunden ist, und einer Elektrode 5' befindet sich ein Entladungsspalt 4'. Die Elektrode 5' ist am Anschlusspunkt 10. über eine Hochfrequenzanschlussleitung I Ia', I Ib' an die Leistungsquelle 20 am Anschlusspunkt 20. angeschlossen. In einem ersten Bereich 21' ist zwischen dem Abschnitt I Ib' der Hochfrequenzanschlussleitung und der Elektrode 5' eine Abschirmung 22' vorgesehen, die mit Masse verbunden ist. Rechts neben der Einspeisestelle 10' ist lediglich die Abschirmung 22' vorgesehen, nicht jedoch eine Hochfrequenzanschlussleitung. Somit sind im Bereich 23' lediglich die Abschir- mung 22' und ein Teil der Elektrode 5' vorgesehen. Die Abschirmung 22' weist eine Aussparung 7' auf, durch die hindurch die Elektrode 5' kontaktiert werden kann. Zu erkennen ist, dass sich die Breite B der Hochfrequenzanschlussleitung I Ib' bis zur Einspeisestelle 10' am Anschlusspunkt 10. verringert. Der Übergang zwischen den Breiten erfolgt stetig, was an der Stelle 24' zu erkennen ist. Dadurch erfolgt eine Impedanzanpassung. Die Breitenänderung entspricht einer Änderung der Ausgestaltung der Hochfrequenzanschlussleitung im Teil I Ib der Hochfrequenzanschlussleitung.

Die Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei in diesem Fall die Hochfrequenzanschlussleitung im Bereich I Ib' eine konstante Breite B hat, jedoch unterschiedliche Höhen hl, h2 zu der Abschirmung 22 ^Λ , die auch als Bezugsfläche bezeichnet werden kann, aufweist. Im Bereich 24 ^Λ änderte sich die Höhe hl zur Höhe h2 stetig. Es findet kein stufenförmiger Übergang statt. Auch durch die Abstandsänderung von hl zu h2 erfolgt eine Änderung der Ausgestaltung der Hochfrequenzanschlussleitung I Ib' und somit eine Impedanzanpassung.

Im weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 5 weist die Hochfrequenzanschlussleitung I Ib' wiederum eine konstante Breite auf. Allerdings ist das Dielektrikum zwischen der Hochfrequenzanschlussleitung I Ib' und der Abschirmung 22 ^Λ , die auch als Bezugsfläche dient, nicht konstant. Insbesondere ändert sich das Dielektrikum, was sich zeichnerisch nicht darstellen lässt, in einem Bereich 24 ^Λ kontinuierlich. Auch dadurch erfolgt eine Impedanzanpassung. Die unterschiedlichen Möglichkeiten in der

Impedanzanpassung aus den Figuren 3 bis 5 können auch beliebig miteinander kombiniert werden.