Fuegen mit CO_2-Hochleistungslasern Laserschweissen von Aluminium mit gepulsten CO_2-Lasersystemen

This research project was dedicated to aluminium alloy welding by means of periodically pulsed CO_2 lasers and to laser-induced plasma diagnoses based on the beam deflection method. Quality-controlled CO_2-laser systems can generate laser pulses whose pulse repetition rates are in the range of 8 to 200 kHz and whose maximum outputs amount to some 100 kW. The pulse shapes, maximum outputs and repetition rates were optimized for aluminium laser welding processes. It was found that the narrow melting zones which are obtained in the pulsed and continuous modes at high intensities (I > 1 x 10"1"1 Wm"-"2) impair the quality of welds in the case of aluminium. The optimum aluminium welding intensity intervals were found to be in the range of 4 to 8 x 10"1"0Wm"-"2. (orig./RHM)Ziel des dokumentierten Forschungsvorhabens war, mit periodisch gepulster CO_2-Laserstrahlung Schweissvorgaenge an Aluminiumlegierungen durchzufuehren und dabei das entstehende laserinduzierte Plasma mit Hilfe der Strahlablenkmethode zu diagnostizieren. Ein guetegeschaltetes CO_2-Lasersystem bietet die Moeglichkeit, Laserpulse mit Pulsfolgefrequenzen von 8-200 kHz und Spitzenleistungen von einigen 100 kW zu erzeugen. Die Pulsform, -spitzenlesitung und -folgefrequenz soll fuer das Laserschweissen von Aluminium optimiert werden. Fuer den Werkstoff Aluminium hat es sich herausgestellt, dass die bei hohen Intensitaeten (I > 1 x 10"1"1 Wm"-"2) sowohl im gepulsten als auch im kontinuierlichen Laserbetrieb erzeugten schmalen Schmelzzonen sich fuer die Qualitaet der Schweissnaht nachteilig auswirken. Fuer das Schweissen von Aluminium ist ein Intensitaetsinterval von 4 bis 8 x 10"1"0 Wm"-"2 optimal. (orig./RHM)Available from TIB Hannover: F94B0243+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Laserforschung. Mikrowelleninduzierte Plasmen fuer die Reinigung motorischer Abgase Abschlussbericht

The project investigated the development of pulsed microwave plasma sources and their potential for nitric oxide reduction in synthetic exhaust mixtures at atmospheric pressure. The following steps were taken: Calculation and construction of three pulsed microwave discharges at a microwave frequency of 2.46, 3.0 and 9.5 GHz; Development of suitable pulsed HV units for operation of the discharges; CARS measurements for temporally and spatially resolved assessment of the temperatures in the plasmas; FTIR measurements for determining the composition of untreated and treated exhaust; Development of a model describing the reactions in the plasma. All of these aspects were investigated on schedule. Further, it was found that the ignition process had to be analyzed in order to obtain a detailed description of the reactions in the plasma. This was done with the aid of an intensified short-term CCD camera, supplemented by fast electric measurements of the field strength curves in the resonators.Die Entfernung von Stickoxiden (NO_x) aus Verbrennungsabgasen von Industrieanlagen und Automobilen ist eine wichtige Aufgabe fuer die gegenwaertige Umweltforschung. In diesem Zusammenhang gewinnen auf nichtthermischen Plasmen basierende Nachbehandlungsprozesse zunehmend an Bedeutung. In nichtthermischen Plasmen werden energiereiche Elektronen produziert, welche freie Radikale erzeugen, die fuer den Stickoxidabbau sorgen. Entladungen erscheinen fuer den mobilen Einsatz als besonders geeignet. Im vorliegenden Projekt sollen gepulste Mikrowellenplasmaquellen entwickelt und ihr Potenzial zur Stickoxidminderung in synthetischen Abgasgemischen bei Atmosphaerendruck untersucht werden. Der Arbeitsplan umfasst folgende Punkte: -Berechnung und Aufbau von drei gepulsten Mikrowellenentladungen bei einer Mikrowellenfrequenz von 2.46, 3.0 und 9.5 GHz - Entwicklung geeigneter gepulster Hochspannungsnetzgeraete zum Betrieb dieser Entladungen - CARS-Messungen zur orts- und zeitaufgeloesten Bestimmung der Temperaturen in den Plasmen -FTIR-Messungen zur Bestimmung der Zusammensetzung von unbehandeltem und behandeltem Abgas - Entwicklung einer Modellierung, die die im Plasma ablaufenden Reaktionen beschreibt. Alle Punkte konnten im Projektzeitraum bearbeitet werden. Darueber hinaus erwies sich ein eingehendes Studium des Zuendvorgangs als notwendig, um zu einer detaillierten Beschreibung der im Plasma ablaufenden Reaktionen zu kommen. Hierzu wurde eine intensivierte Kurzzeit-CCD-Kamera eingesetzt, ergaenzt durch schnelle elektrische Messungen des Feldstaerkeverlaufs in den Resonatoren. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F01B605+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman

Neuartige HF-angeregte Plasmaquellen fuer Atmosphaerendruck. Teilprojekt: Diagnose und Modellierung einer thermischen HF-Plasmaquelle Abschlussbericht

SIGLEAvailable from TIB Hannover: F02B1069 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman

Grundlegende Untersuchungen zu ausgewaehlten Phaenomenen der gepulsten Plasmen. Einkopplung gepulster Mikrowellenfelder durch dielektrische Fenster und Vermessung des Plasmazustands im Plasma-Wand-Bereich Abschlussbericht

Available from TIB Hannover: F99B354+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Plasmareinigung fuer den mobilen Einsatz. Teilvorhaben: Mikrowelleninduzierte Plasmen zur Schadstoffminderung in Abgasen von Verbrennungsmotoren Abschlussbericht

Exhaust gases of Diesel engines usually contain some percent of oxygen. Therefore, the application of common catalysts is not possible. The development of new technologies, especially for the reduction of nitric oxide in such exhaust gases, is important. The potential of a plasmachemical procedure for the aftertreatment of Diesel exhausts was investigated. By absorption of microwave energy a plasma was induced in a nitrogen gas stream. This plasma was expanded through a nozzle and injected as a plasmajet into synthetic gas mixtures containing NO as pollutant. The amount of gas in the plasmajet was about 10% of the synthetic exhaust gas stream. The microwave source was a 2.45 GHz Magnetron. This way we succeeded in producing plasmas at atmospheric pressure without electrodes and expanding them into the exhaust gas mixtures. The operating time during the experiments was not limited. In mixtures of N_2/NO we found a removal of NO of 95%. In presence of oxygen in the range of 0% to 10%, we could show reduction rates of 95% to about 40% with the N_2-plasma jet. The reduced NO was completely converted into the elements. The system was modified for experiments with water and hydrocarbon as gaseous components in the exhaust gas. First experiments show the reduction of hydrocarbons in presence of water in the range of some 10%. First investigations show the reduction of hydrocarbons in presence of water in the range of some 10%. Former investigations of the method seem promising and now experiments with real exhaust gases are planned. (orig.)Im Abgas von Dieselmotoren liegt nebst den ueblichen Verbrennungsprodukten und Schadstoffen noch Sauerstoff in Konzentrationen von einigen Prozent vor. Aus diesem Grund ist der heute gaengige Dreiwege-Katalysator nicht einsetzbar. Die Einhaltung kuenftiger Grenzwerte fuer Schadstoffe - speziell der notwendige Abbau der Stickoxide im Abgas - stellt ein bislang noch nicht zufriedenstellend geloestes Problem dar, die Entwicklung neuer Technologien ist erforderlich. Untersucht wurde ein Verfahren, in dem ein mikrowelleninduziertes Plasma zur Schadstoffminderung in Abgasen eingesetzt werden soll. Dabei wird in einem Gasstrom aus Stickstoff, der bezogen auf den eigentlichen Abgashauptstrom relativ klein ist (ca. 10% oder weniger), durch Einkopplung von Mikrowellenstrahlung ein Plasma erzeugt. Dieses wird durch eine Duese als Plasmajet in den eigentlichen Abgashauptstrom eingespeist und loest dort selektive chemsiche Reaktionen aus, die zum Abbau der Schadstoffe fuehren. Ziel der Arbeiten war es das Potential des Verfahrens fuer den mobilen Einsatz zu untersuchen. Es wurde ein Magnetron der Frequenz von 2,45 Ghz eingesetzt. Die elektrodenlose Erzeugung und der Dauerbetrieb des Plasmas bei Atmosphaerendruck mit anschliessender Expansion in ein synthetisch gemischtes 'Abgas' ist realisiert. In Gasgemischen aus N_2/NO wurden mit einem N_2-Plasmajet 95% NO-Minderung erzielt. In Gemischen mit einem Sauerstoffanteil von 0%-10% wurden so zwischen 95% und ca. 40% NO-Minderung nachgewiesen, wobei das NO selektiv zu N_2 und O_2 reduziert wird. Die fuer diese Experimente entwickelte Laboranlage wurde fuer Versuche mit H_2O und Kohlenwasserstoffen ausgebaut. Erste Experimente mit Kohlenwasserstoffen zeigen auch fuer diese Komponente in Gegenwart von H_2O Abbauraten von einigen 10%. Die weitere Untersuchung des Verfahrens wird angesichts der vorliegenden Ergebnisse als aussichtsreich bewertet. Der Uebergang auf reale Abgase ist nunmehr wichtig. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F98B985+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Collision processes of hydrocarbon species in hydrogen plasmas. Pt. 3. The Silane-family

Cross sections are provided for most important collision processes of the Silicon-Hydrides from the ''Silane-family'': SiH_y (y = 1 - 4) molecules and their ions SiH_y"+, with (plasma) electrons and protons. The processes include: electron impact ionization and dissociation of SiH_y, dissociative excitation, ionization and recombination of SiH_y"+ ions with electrons, and charge - and atom - exchange in proton collisions with SiH_y. All important channels of dissociative processes are considered. Information is also provided on the energetics (reactants/products energy loss / gain) of each individual reaction channel. Total and partial cross sections are presented in compact analytic forms. The critical assessment of data, derivation of new data and presentation of results follow closely the concepts of the recently published related databases for Carbon-Hydrides, namely for the Methane family, and for the Ethane- and the Propane families, respectively. (orig.)Available from TIB Hannover: RA 831(4038) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman

Laserdiagnostische und plasmatechnologische Grundlagen zur Verminderung von Emissionen und Kraftstoffverbrauch von DI-Verbrennungsmotoren. Teilvorhaben: Mikrowelleninduzierte Plasmen fuer die Reinigung motorischer Abgase Abschlussbericht

Exhaust gases of modern DI-combustion engines contain some percent of oxygen. Therefore, the application of common catalysts is not possible. The development of new technologies is important. The potential of a plasmachemical procedure for the aftertreatment of exhaust gases was investigated. By absorption of microwave energy a plasma was induced in N_2 and N_2/O_2 gas streams. This plasma was expanded through a nozzle and injected as a plasmajet into synthetic gas mixtures containing NO as pollutant. The amount of gas in the plasmajet was about 10% of the synthetic exhaust gas stream. The microwave source was a 2.45 GHz magnetron. This way we succeeded in producing plasmas at atmospheric pressure without electrodes and expanding them into the exhaust gas mixtures. The operating time during the experiments was not limited. The operation principle was demonstrated in previous experiments with N_2-plasmajets. NO-reduction rates up to nearly 100% were achieved. In automobiles pure nitrogen is not available. The use of air or exhaust gas itself are conceivable. Therefore, gas mixtures with low oxygen contents were used as plasma gases in experiments with synthetic exhaust gas mixtures. At low oxygen concentrations (up to 3%) reduction rates of 50% to 85% were achieved in oxygen containing exhaust gases. Engine test bench investigations were also carried out with pure nitrogen jets. Reduction rates of about 40% of NO_x and 60% CH_x were achieved. (orig.)Abgase von modernen DI-Verbrennungsmotoren koennen je nach Betriebspunkt Sauerstoff in Konzentrationen von 10% und mehr enthalten. Dies macht den Einsatz gaengiger Dreiwege - Katalysatoren unmoeglich. Die Erreichung zukuenftiger Abgasnormen ist ein bislang noch nicht zufriedenstellend geloestes Problem. Es wurde ein Verfahren untersucht, in dem ein mikrowelleninduziertes Plasma zur Schadstoffminderung in Abgasen eingesetzt werden soll. Dabei wird in einem Gasstrom aus Stickstoff, der bezogen auf den eigentlichen Abgashauptstrom relativ klein ist (10% und weniger), durch elektrodenlose Einkopplung von Mikrowellenstrahlung ein Plasma erzeugt. Dieses wird durch eine Duese als Plasmajet in das Abgas eingespeist und loest dort selektive chemische Reaktonen aus, die zum Abbau der Schadstoffe fuehren. Ziel der Arbeiten war es, das Potential des Verfahrens fuer den mobilen Einsatz im Fahrzeug zu untersuchen. In vorangegengenen Arbeiten war das Verfahrensprinzip mit reinem Stickstoff als Plasmagas mit NO-Abbauraten nahe 100% erfolgreich demonstriert worden, auch in sauerstoffhaltigen synthetischen Abgasgemischen wurde NO zu N_2 und O_2 reduziert. An Bord von Fahrzeugen steht unter heutigen Randbedingungen reiner Stickstoff zum Betrieb des Plasmas nicht zur Verfuegung, die Verwendung von Luft oder Abgas ist ohne Weiteres moeglich, sauerstoffabgereicherte Gemische theoretisch denkbar. Es wurden daher sauerstoffhaltige Gasmischungen im Plasma untersucht. Bei niedrigen Sauerstoffanteilen von einigen Prozent im Plasma wurden NO-Abbauraten zwischen 50% und 85% in synthetischen Abgasmischungen erzielt. Am Motorenpruefstand wurden mit reinen Stickstoffjets NO_x-Abbauraten um 40% und ein Abbau von Kohlenwasserstoffen um 60% erzielt. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F02B270+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman

Plasmastrahlungsquellen. Experimentelle und theoretischen Behandlung eines gepulsten Mikrowellenplasmas am Beispiel einer CO_2-Laserentladung Abschlussbericht

A successfully working high power CO_2 laser amplifier with fast axial flow and microwave excitation has been developed. Amplifying the beam of a Q-switched CO_2 laser, a cw laser power of 10 kW and a pulse peak power of 2 MW is reached. The laser beam has TEM_0_0 beam quality and a tunable wavelength. The repetition rate of the laser pulses is variable between 0 and 200 kHz. The numerical calculated vibrational temperatures of CO_2, N_2 and CO are in good agreement with the temperatures measured by a folded BoxCARS system. The cw laser power and the pulse power can be explained by the theoretical model, too. The combination of a DC voltage with a pulsed periodic voltage to supply the magnetrons reduces the dissociation of CO_2 and gives the possibility to work at a higher gas pressure of the CO_2 laser discharge. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F94B1557+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Collision processes of hydrocarbon species in hydrogen plasmas. II: The ethane and propane families

Cross sections and rate coefficients are provided for collision processes of electrons and protons with C_xH_y and C_xH_y"+ (x = 2, 3; 1 #<=# y #<=# 2x + 2) hydrocarbon species in a wide range of collision energies and plasma (gas) temperatures. The considered processes include: electron-impact ionization and dissociation of C_xH_y, dissociative excitation, ionization and recombination of C_xH_y"+ with electrons, and both charge transfer and atom exchange in proton channels are considered separately. Information is also provided for the energies of each individual reaction channel. The cross sections and rate coefficients are presented in compact analytic forms. (orig.)Available from TIB Hannover: RA 831(4005) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman