Rubinlaser für Akkubetrieb

Aufbau:
Dieser Laser ist kompakt aufgebaut und braucht zum Betrieb eine Spannung von mindestens 18V (z.B. 5s Lipo, 18,5V). Laserkopf und Vorsorgung sind als eine Einheit konzipiert. Die Kondensatorbank besteht aus drei, in Reihe geschalteten Elkos (10000µF,350V) und speichert bei voller Ladung etwa 1800 Ws.

Um trotz der relativ geringen zur Verfügung stehenden Pumpenergie die Schwelle sicher zu erreichen wurde eine elliptische Pumpkammer gebaut. Diese besteht im wesentlichen aus einer gedrückten, dünnwandigen Aluröhre( ehemaliger MP-Kondensator). Der Rubinstab (Ebay) hat einen Durchmesser von 6,35 mm (1/4 Zoll) und eine Länge von 70 mm. Die Blitzlampe ist ebenfalls bei Ebay erworben. Dieser russische Typ >INP-7/80A< wird zur Zeit, März 2018 relativ günstig, um die 15 € vielfach angeboten. Leider ist das zugehörige Datenblatt nicht sehr aussagekräftig so ist z.B. die maximale Energie nicht angegeben. Aber anhand der Länge, den Elektroden und dem Lampendurchmesser sollten die Lampe die Energie der Kondensatorbank aufnehmen können.

Die Ladung der Kondensatorbank erfolgt mit einem diskret aufgebautem Inverter. Ein Multibrivator mit einer Frequenz von 600Hz steuert die Endstufen mit MosFets. Als Übertragen arbeiten zwei Netztrafos die sekundär in Reihe geschaltet sind, so wird die maximale Spannung von 1000V leicht erreicht. Ein Komparator überwacht die Ladespannung und beendet die Ladung bei erreichter Sollspannung.
Im Entladekreis ist die übliche Drossel zur Begrenzung des Lampenstromes eingebaut.

Diese Drossel ist gleichtzeitig die Sekundärspule der Zündtrafos der seriellen Zündung der Lampen. Die Zündschaltung besteht aus mehreren Stufen. Zur Zündung wird ein auf 15V geladener 100µF Elko auf des Gate eines Thyristor geschaltet. Dieser Thyristor, Scheibentyp 1200V, entlädt einen auf die Ladespannung geladenen Kondensator (4µF) über die Primärwicklung einer Moped-Zündspule. Die hohe Ausgangsspannung der Zündpule lädt einen 1nF Doorknop auf ca. 20 kV. Dieser Kondensator, rot, links im Bild, wiederum wird mit einer Funkenstrecke auf die Primärwicklung des Zündtrafos geschaltet. Der hierbei entstehende hochgespannte Hf-Spannung zündet die Blitzlampe zuverlässig.

>>Schaltung im PDF-Format<<

Betrieb:
Die Aufladung der Kondensatorbank auf die volle Spannung dauert etwa eine Minute. Der Anfangsstrom bei 18V Eingangsspannung beträgt circa 9 Ampere, sinkt aber mit zunehmendem Ladezustand schnell ab. Ein Schuss auf einen Energiemesskopf (Gentec ED-200) ergibt die bescheidene Energie des Lasers von 170 mWs, trotzdem wird auf der Messfläche des Messkopfes eine beachtliche Stichflame erzeugt.


Natürlich darf auch der obligatorische Schuss auf eine Rasierklinge nicht fehlen wobei in die Klinge ein feines Loch gebohrt wird. Eine schöne Stichflame und ebenfalls ein Loch wird beim Schuss auf einen schwarzen Karton erzeugt..
Umbau des Lasers zum Vorführgerät

Für die Verwendung als vorführbares Experiment wurde der Laser etwas umgebaut. Er bekam ein abgesetztes Netzteil in das auch die Ladekontrolle und die Triggerschaltung verlagert wurde. Die Ladespannung wurde fest auf 800V eingestellt. Die Aufladung mit dem Netzteil dauert etwa drei Minuten. Was aber nicht weiter stört da pro Vorführung nur ein oder zwei Schüsse abgegeben werden sollen.
An der Frontplatte des Netzteils ist links der Netzschalter, daneben der grüne Taster zum Starten der Aufladung der Kondensatorbank. Daneben der rote Triggerknopf zum Auslösen eines Schusses. Das Messgerät darüber zeigt die Spannung an den Kondensatoren an. Die LED daneben signalisiert den Modus, Rot für Bereitschaft, Gelb während der Ladung und Grün Ladung vollendet, bereit zum Schuss.

>neue Schaltung im PDF-Format<

Insgesamt scheint die Resonatorstruktur stabil zu sein. Nach einem "vorsichtigem" Transport beibt die Justierung erhalten. Nach einem Blitzlampenwechsel muss aber der Resonator auf jeden Fall neu eingestell werden. Im Labor geschah das mit einem HeNe-Laser. Vor Ort, im Museum ist das aber nicht praktikabel. Deshalb wurde der Laser auf ein stabiles U-Profil aus Stahl montiert. Das erleichert den Transport ohne die Laserstruktur zu verbiegen. Am Ende der Schiene ist ein einstellbare Halterung für einen Justierlaser aufgeschraubt. Je nach Stellung des Justierlasers kann damit der Resonator des Runbinlasers nachgestellt werden oder der Strahlengang des Lasers zum Experiment bestimmt werden.
Der Laser wird im Verbund mit anderen Experimenten (Marxgenerator, Drahtexplosion, Railgun) gezeigt welche auch die Aufladung einer Kondensatorbank benötigen. Die Ladespannung soll dann für's Puplikum an einem Großen Display angezeigt werden. Zu diesem Zweck wurde im Netzgerät ein Toslinksender eingebaut der über einen Lichtleiter den Stand der Ladespannung in Form von Impulsen wechselnder Frequenz ausgibt. Die Funktion wurde hier mit einem Arduino getestet.

Vorgeführt wird ein Ballomexperiment. Dabei wird ein blauer Luftballon der sich in einem weißen Luftballon befindet zerstört, ohne das der weiße Luftballon Schaden nimmt. Der Grund dafür ist die rote Farbe des Rubinlaserlichts. Am blauen Ballon wird das Licht absorbiert, erhitzt die Stelle und