-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte Laservorrichtung mit einer Laserdiode als lichtemittierender Quelle oder als Quelle für Anregungslicht und mit einer Struktur zum Abführenn von durch die Laserdiode erzeugter Wärme.
-
Zum Stand der Technik
-
Allgemein werden bei Laservorrichtungen mit Laserdioden (oder Halbleiterlasern) als lichtemittierender Quelle oder Quelle für Anregungslicht zwei Typen unterschieden, d.h. ein luftgekühlter Typ, bei dem durch ein Laserdiodenmodul einschließlich einer Laserdiode erzeugte Wärme über Luft abgeführt wird, und ein wassergekühlter Typ, welcher an eine zirkulierende Kühlwasserversorgung (oder einen Kühler) angeschlossen ist (der Begriff „Licht“ umfasst hier allgemein elektromagnetische Strahlung).
-
Der luftgekühlte Typ einer Laservorrichtung ist insofern vorteilhafter als der wassergekühlte Typ als der luftgekühlte Typ einfacher zu bewegen ist, die von ihm eingenommenen Fläche klein ist, die Einschränkungen hinsichtlich des Installationsortes gering sind und die Installationskosten ebenfalls gering sind etc. Beim luftgekühlten Typ ist es aber schwierig, die Temperatur des Laserdiodenmoduls in großem Maße zu senken, wie beim wassergekühlten Typ. Insbesondere bei Hochleistungslaservorrichtungen mit vielen Laserdiodenmodulen und starker Wärmeerzeugung ist es erforderlich, eine wirksame Wärmeabgabestruktur für die Laservorrichtung zu schaffen, um zu verhindern, dass die Vorrichtung in ihrer Größe stark anwächst.
-
Als zu berücksichtigender Stand der Technik beschreibt die
JP 2008-021899 A einen Laseroszillator mit einem Halbleiterlaser-Wärmestrahlungsbauteil zur Abstrahlung von Wärme (der Begriff „Abstrahlung“ umfasst hier und auch in der vorliegenden Anmeldung allgemein auch die Abführung (Konvektion) von Wärme), welche in einer Halbleiter-Laserreihe erzeugt wird, ein Faserlaser-Wärmeabstrahlungsbauteil zum Abstrahlen von Wärme, die erzeugt wird durch eine optische Faser des Faserlasers, ein Kühlgebläse zum Fördern von Kühlluft, und ein Führungsbauteil zum Führen der Kühlluft weg vom Kühlgebläse.
-
Die
JP 2012-059952 A beschreibt eine Struktur zum Kühlen einer elektronischen Einrichtung mit einem Wärmestrahler mit einem L-förmigen Wärmetauscherrohr, mehreren Wärme-Abstrahlungsrippen an einem im Wesentlichen horizontalen Abschnitt des Wärmetauscherrohres und mit einer wärmeaufnehmenden Platte, an welcher sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Abschnitte der Wärmeabstrahlungsrippen gebracht sind; wobei mehrere elektronische Einrichtungen an der wärmeaufnehmenden Platte angebracht sind; und mit einem Behälter zur Aufnahme der mehreren elektronischen Einrichtungen.
-
Die
JP 2009-239166 A beschreibt einen flachen Wärmeableiter mit: einer Mehrzahl von geschichteten dünnen Platten mit einem Luft-Führungsabschnitt und einem hohlen Abschnitt zur Aufnahme eines Zentrifugalgebläses, wobei die dünnen Platten mit einem bestimmten Zwischenraum geschichtet sind; wobei zumindest eine wärmeabführende Rippe an Enden der dünnen Platten angebracht ist und durch die Luftführung geführte Luft durch den wärmeabführenden Rippenteil strömt; und zumindest einem Wärmetauscherrohr, von dem ein Ende thermisch mit dem Abschnitt der dünnen Platte verbunden ist, welches mit der heizenden Komponente verbunden ist, während das andere Ende thermisch mit dem wärmeabführenden Rippenteil verbunden ist, und wobei zumindest ein Teil des Wärmetauscherrohres so angeordnet ist, dass ein Raum zwischen den dünnen Platten und dem Wärmetauscherrohr geformt ist.
-
Die
WO 2014/092057 A1 beschreibt eine Kühleinheit mit einem Wärmeaufnahmeblock, der thermisch mit einer elektronischen Komponente verbunden ist, welche eine Heizelement bildet, einem Wärmetauscherrohr, das vertikal auf dem Wärmeaufnahme block angeordnet und eingerichtet ist zum Empfangen und zur Übertragung von Wärme des Wärmeaufnahmeblock, und mit mehreren wärmeabführenden Rippen auf dem Wärmetauscherrohr. Die wärmeabführenden Rippen werden gebildet durch einen ersten Rippensatz, der auf einem geraden Abschnitt des Wärmetauscherrohrs angeordnet ist, und einem zweiten Rippen-Satz, der auf einem gebogenenen Abschnitt des Wärmetauscherrohres angeordnet ist.
-
Zudem ist aus US 2013 / 0 182 436 A1 eine Kühleinheit mit einem mittig angeordneten Abströmkanal und zwei seitlich davon angeordneten Zuströmkanälen bekannt, wobei zuströmende Luft an gegenüberliegenden Seiten in einen einzelnen Rippenkühler eindringt und diesen mittig in den Abströmkanal hinein verlässt.
-
Bei einer luftgekühlten Laservorrichtung vom offenen Typ, bei dem externe Luft als Kühlluft in die Laservorrichtungen eingesaugt wird und die durch eine Laserdiode in der Laservorrichtung aufgewärmte Luft aus der Laservorrichtung ausgeblasen wird, wird dann, wenn die Temperatur der äußeren Luft (oder die Umgebungstemperatur) ansteigt auch die Temperatur der in die Laservorrichtung eingesaugten Luft ansteigen, wodurch es schwierig wird, die Laserdiode wirksam zu kühlen. Um dann die Lebensdauer und die Funktionszuverlässigkeit des Laserdiodenmoduls zu verbessern kann ein Flachkühler eingesetzt werden, um die Luft innerhalb des Gehäuses abzukühlen (oder innerhalb der Laservorrichtung), wobei das Gehäuse in wesentlichen Teilen abgedichtet ist und ein wärmeabstrahlender Rippensatz durch die gekühlte Luft abgekühlt werden kann, wobei der Rippensatz thermisch verbunden ist mit einem wärmeaufnehmenden Bauteil, welches von der Laserdiode Wärme aufnimmt.
-
Bei einer Laservorrichtung mit hoher optischer Ausgangsleistung (d.h. mit z.B. einem Laserdiodenmodul mit großer Wärmeerzeugung) ist es erforderlich, einen großen Rippensatz (insbesondere mit einem großen Strömungsquerschnitt) in der Laservorrichtung anzuordnen, um die Temperatur des Wärmeempfangselementes hinreichend zu senken, wodurch das Gehäuse (oder die Laservorrichtung) in den Abmessungen größer werden.
-
Die obigen Dokumente des Standes der Technik bringen keine zufriedenstellende Lösung der diskutierten Probleme. Bei der in
5 der
JP 2008-021899 A beschriebenen, luftgekühlten Laservorrichtung vom offenen Typ ist es beispielsweise erforderlich, die am Auslass ausgeblasene Luft zurückzuführen in einen Einlass und einen Strömungsweg hierfür bereitzustellen, wenn der Laseroszillator in einem im Wesentlichen abgedichteten Gehäuse angeordnet ist. Um eine hinreichende Kühlleistung zu erreichen, ist es erforderlich, große Luftmengen mit hoher Geschwindigkeit zu zirkulieren. Dies bedeutet eine Vergrößerung des Querschnittes des Strömungsweges, wodurch wiederum die Geräteabmessungen vergrößert werden. Wird das Gerät vergrößert, werden auch die Installationsfläche und das Gewicht vergrößert. Aufgrund einer vergrößerten Oberfläche der Vorrichtung wird auch die Wärmeaufnahme von außen vergrößert, wodurch es erforderlich wird, einen Plattenkühler mit hoher Kühlkapazität einzusetzen, wodurch wiederum die Kosten und auch die Betriebskosten erhöht werden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer kompakten und kostengünstigen, luftgekühlten Laservorrichtung mit Kühlrippen, die eingerichtet sind, ein Wärmeaufnahmeelement hinreichend abzukühlen, welches thermisch mit einem Laserdiodenmodul verbunden ist, welches in einem Gehäuse der Laservorrichtung angeordnet ist, das im Wesentlichen abgedichtet ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine luftgekühlte Laservorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Die Erfindung lehrt eine luftgekühlte Laservorrichtung mit einem Laserdiodenmodul, welches in einem Gehäuse angeordnet ist mit im Wesentlichen abgedichteter Struktur, wobei die luftgekühlte Laservorrichtung aufweist: eine Mehrzahl von Kühlrippen, die an einem Wärmeübertragungselement angebracht sind, welches thermisch mit dem Laserdiodenmodul über ein Wärmeaufnahmeelement verbunden ist; und ein Gebläse zum Fördern von Luft zwischen die mehreren Kühlrippen, wobei die mehreren Kühlrippen einen ersten Rippensatz und einen zweiten Rippensatz enthalten, eine Strömungsrichtung von zwischen den Kühlrippen des ersten Rippensatzes strömender Luft und eine Strömungsrichtung von zwischen den Kühlrippen des zweiten Rippensatzes strömender Luft im Wesentlichen einander entgegengesetzt sind, und wobei das Gebläse so eingerichtet ist, dass Luft entsprechend zumindest 50 Volumenprozenten der zwischen den Kühlrippen des ersten Rippensatzes herausströmenden Luft zwischen die Abstrahlungsrippen des zweiten Rippensatzes strömt.
-
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Wärmeübertragungselement ein Wärmetauscherrohr („heat pipe“).
-
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Laservorrichtung eine Kühleinheit zum Kühlen der Luft, welche durch das Laserdiodenmodul geheizt ist. Beispielsweise ist die Kühleinheit ein Flächenkühler, der nahe oder am Gehäuse angeordnet ist. Weiterhin kann eine Luftführungsplatte im Gehäuse so angeordnet sein, dass kalte Luft vom Flächenkühler auf das Gebläse gerichtet wird.
-
Erfindungsgemäß ist eine Trennplatte zwischen der Luft, welche zwischen die Kühlrippen des ersten Rippensatzes strömt, und der Luft, welche zwischen den Kühlrippen des zweiten Rippensatzes strömt, angebracht.
-
Figurenliste
-
Obige sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Blick auf die Figuren:
- 1 ist ein Querschnitt zur Darstellung des schematischen Aufbaus einer luftgekühlten Laservorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 ist eine schematische Darstellung des Innenraumes einer luftgekühlten Laservorrichtung gemäß 1, gesehen von einer Seite, auf welcher Kühlrippen angeordnet sind;
- 3 ist eine schematische Darstellung des Innenraumes einer luftgekühlten Laservorrichtung gemäß 1, gesehen in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung gemäß 2;
- 4 ist ein Querschnitt eines schematischen Aufbaus einer luftgekühlten Laservorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 5 ist ein Querschnitt des schematischen Aufbaus einer luftgekühlten Laservorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
BESCHREIBUNG IM EINZELNEN
-
Die 1 bis 3 zeigen schematisch den Aufbau einer luftgekühlten Laservorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei 1 ein Querschnitt durch die luftgekühlte Laservorrichtung ist. Die luftgekühlte Laservorrichtung weist auf: zumindest ein (normalerweise mehrere) Laserdiodenmodul 7 mit zumindest einem Laserdiodenchip oder einer Laserdiodenreihe; ein Wärmeempfangselement 6, welches im Wesentlichen horizontal angeordnet ist und auf welchem Laserdiodenmodule 7 so montiert sind, dass sie thermisch mit dem Wärmeaufnahmeelement 6 verbunden sind; zumindest ein L-förmiges Wärmeübertragungselement 4, welches mit dem Inneren oder einer Oberfläche des Wärmeempfangselementes 6 verbunden ist, wobei das L-förmige Wärmeübertragungselement 4 sich in Oberflächenrichtung (oder einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Dicke) des Wärmempfangselementes 6 erstreckt und außerhalb des Wärmeempfangselementes unter einem im Wesentlichen rechten Winkel abbiegt, um sich im Wesentlichen aufwärts vertikal zu erstrecken; einen ersten Kühlrippensatz 2 und einem zweiten Kühlrippensatz 3, welche mit einem im Wesentlichen vertikalen Abschnitt des L-förmigen Wärmeübertragungselementes so verbunden sind, dass jede der Kühlrippen der Rippensätze sich im Wesentlichen horizontal erstreckt; und Axialgebläse 5a und 5b zum Fördern von Luft zwischen und durch die Rippen des ersten Rippensatzes 2 bzw. des zweiten Rippensatzes 3, wobei diese Komponenten in einem Gehäuse 16 angeordnet sind, welches im Wesentlichen eine abgedichtete Struktur hat. Beim ersten Ausführungsbeispiel kann Luft, bevor sie zwischen die Rippen des ersten Rippensatzes 2 oder nachdem sie zwischen den Rippen des zweiten Rippensatzes 3 geströmt ist, eine Heizkomponente 12 verschieden vom Laserdiodenmodul kühlen, welche in einem Raum über dem Wärmeempfangselement 6 positioniert ist. Der Begriff „Wärmeabstrahlung“ bzw. „Wärmestrahlung“ erfasst hier auch einen Wärmetransport mittels Konvektion.
-
In 1 ist das Wärmeaufnahmeelement 6 als im Wesentlichen horizontal angeordnete Platte dargestellt (als Wärmeempfangsplatte). Beim ersten Ausführungsbeispiel sind Laserdiodenmodule 7 auf der oberen Fläche der Wärmeempfangsplatte 6 montiert. Die Laserdiodenmodule 7 können auch auf der unteren Oberfläche oder beiden Oberflächen der Wärmeempfangsplatte 6 montiert sein. Ist die Laservorrichtung 1 ein Faser-Laser mit einer Laserdiode als Anregungslichtquelle, kann der Faser-Laser etc. auf der Wärmeempfangsplatte 6 montiert sein.
-
Durch das Laserdiodenmodul 7 auf der oberen Fläche der Wärmeempfangsplatte 6 wird Wärme im Zusammenhang mit einer Laserstrahlabgabe erzeugt und die erzeugte Wärme wird zur Wärmeempfangsplatte 6 übertragen.
-
Sodann wird die Wärme über das Wärmeübertragungselement 4 zu den Kühlrippen des Rippensatzes 2 oder des Rippensatzes 3 übertragen und von den Rippen in die Luft abgeführt, welche mittels der Axialgebläse 5a und 5b zwischen den Rippen strömt. Hierdurch wird ein Anstieg der Temperatur der Wärmeempfangsplatte 6 (und der Laserdiodenmodule 7) begrenzt.
-
Vorzugsweise wird das Wärmeübertragungselement 4 aus einem Material mit großer Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, hergestellt, jedoch besteht keine Einschränkung auf ein bestimmtes Material. Vorzugsweise wird ein Wärmetauscherrohr („heat pipe“) als Wärmeübertragungselement 4 eingesetzt, da die Wärmeleitfähigkeit eines solchen Wärmetauscherrohres etwa 1000 Mal größer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Silber. Durch Einsatz eines Wärmetauscherrohres kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Laserdiodenmodul und den Kühlrippen wesentlich reduziert werden. Insbesondere weil ein wärmeabgebender Teil (der Bereich mit tieferer Temperatur), wo das Betriebsfluid im Wärmetauscherrohr kondensiert, sich im Wesentlichen vertikal erstreckt, wird das kondensierte Betriebsfluid wirksam rückgeführt zum darunter liegenden Abschnitt tieferer Temperatur, wodurch der thermische Widerstand des Wärmetauscherrohres reduziert werden kann und der mit ihm übertragbare maximale Wärmebetrag vergrößert werden kann.
-
Die Wärmeempfangsplatte 6, auf welcher Laserdioden 7 montiert sind, kann in einem Gehäuse 13 enthalten sein, welches einen im Wesentlichen abdichtenden Aufbau hat. Durch Entfernung eines Deckels auf der Oberseite des Gehäuses 13 oder Entfernung einer Bodenplatte des Gehäuses 13 hat eine Bedienungsperson Zugang zu zumindest einer Fläche der Wärmeempfangsplatte 6, auch wenn die Wärmeempfangsplatte 6, das Wärmeübertragungselement 4 und die Kühlrippensätze 2 und 3 zusammengebaut sind. Deshalb kann die Bedienungsperson Komponenten an der Platte befestigen und/oder Wartungsarbeiten etc. an den Komponenten ausführen. Durch Anordnung der Wärmeempfangsplatte 6 im Gehäuse 16 kann verhindert werden, dass die Wärmeempfangsplatte 6 und Komponenten einschließlich des Laserdiodenmoduls 7 auf dieser Platte aufgeheizt werden durch aufgeheizte Luft nach deren Strömung zwischen den Kühlrippen.
-
Um den thermischen Widerstand zwischen dem Laserdiodenmodul 7 und der Wärmeempfangsplatte 6 zu verringern kanne eine thermisch leitfähige Paste dazwischen angeordnet werden. Das Wärmeübertragungselement 4 wird in ein Loch oder eine Kerbe des Wärmeempfangselementes 6 eingeschoben, sodass eine thermische Verbindung zum Wärmeempfangselement 6 mit geringem thermischen Widerstand gegeben ist. Vorzugsweise erstreckt sich das Wärmeübertragungselement 4 im Wärmeempfangselement 6 im Wesentlichen in horizontaler Richtung, von einer Seite des Wärmeempfangselementes 6, wo das Wärmeübertragungselement 4 eingeschoben ist, zur gegenüberliegenden Seite, um eine Temperaturdifferenz zum Wärmeempfangselement 6 zu minimieren.
-
In 1 zeigen mit Linien dargestellte Pfeile die Strömungsrichtung der Luft an verschiedenen Stellen im Gehäuse 16. Um Luft zwischen die Rippen der Rippensätze 2 und 3 zu fördern ist es erforderlich, ein Gebläse im Gehäuse 16 anzuordnen, um Luft zwischen den Rippen unter Druck zu setzen oder abzusaugen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Axialgebläse 5a so angeordnet, dass es zwischen den Rippen des ersten Rippensatzes 2 in dem Bereich der oberen Hälfte des Gehäuses 16 Luft unter Druck setzt, sodass die Luftströmung zwischen den Rippen in 1 von links nach rechts geht gemäß dem Pfeil. Andererseits ist das Axialgebläse 5b so angeordnet, dass es zwischen den Rippen des zweiten Rippensatzes 3 in dem Bereich der unteren Hälfte des Gehäuses 16 Luft ansaugt und somit die Luft zwischen den Rippen in 1 von rechts nach links geht, wie durch den Pfeil gezeigt ist.
-
Mit anderen Worten: die Strömungsrichtungen der zwischen den Kühlrippen des ersten Rippensatzes 2 strömenden Luft und die Strömungsrichtung der zwischen den Kühlrippen des zweiten Rippensatzes 3 strömenden Luft sind einander im Wesentlichen entgegengesetzt. Der erste Rippensatz 2 und der zweite Rippensatz 3 sind nebeneinander benachbart angeordnet und somit sind auch ein Strömungs-Einlassbereich des ersten Rippensatzes 2 und ein Strömungs-Auslassbereich des zweiten Rippensatzes 3 beieinander benachbart angeordnet. Im Ergebnis wird der Großteil der Luft nach Strömung zwischen den Rippen des ersten Rippensatzes 2 durch Kollision an der Innenwand des Gehäuses 16 umgelenkt und gelangt dann zwischen die Rippen des zweiten Rippensatzes 3. Deshalb ist es bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht erforderlich, einen gesonderten Strömungsweg vorzusehen für die Rückführung der Kühlluft entsprechend einer bestimmten Strömungsrate. In diesem Sinne bedeutet „Großteil der Luft“ zumindest 50 Volumen-% (bzw. nicht weniger als 50%), vorzugsweise nicht weniger als 60%, nicht weniger als 70%, nicht weniger als 80% oder insbesondere nicht weniger als 90%.
-
Wenn bei einer herkömmlichen luftgekühlten Laservorrichtung mit einem im Wesentlichen abgedichteten Aufbau Luft zwischen allen Rippen in gleicher Richtung strömt, ist es erforderlich, einen besonderen Strömungsweg für die Rückführung der Luft einzurichten, wodurch die Laservorrichtung groß wird oder die Wärmezufuhr von außen in die Laservorrichtung ansteigt (insbesondere in warmer Umgebung). Weil aber beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel es nicht erforderlich ist, einen gesonderten Strömungsweg in der luftgekühlten Laservorrichtung 1 zur Rückführung von Luft vorzusehen, kann das Gehäuse 16 einen großen Rippensatz enthalten, welcher im Wesentlichen den gesamten Bereich im Gehäuse 16 einnimmt. Damit kann die Kühlleistung in der Laservorrichtung verbessert werden und insgesamt kann die Laservorrichtung kompakt gebaut werden, die Lebensdauer der Laserdiodenmodule 7 kann verlängert werden und auch deren Zuverlässigkeit kann verbessert werden, alles durch Begrenzung des Temperaturanstieges am Wärmeempfangselement 6.
-
2 ist eine Darstellung der luftgekühlten Laservorrichtung 1, gesehen von der Seite, wo die kühlenden Rippensätze 2 und 3 angeordnet sind (d.h. in Richtung des Pfeiles II in 1), wobei eine Querwand des Gehäuses 16 weggelassen ist. Von zehn Axialgebläsen im Gehäuse 16 sind fünf Gebläse 5a in einem oberen Bereich des Gehäuses 16 angeordnet und eingerichtet, um Luft zwischen den Rippen des ersten Rippensatzes 2 unter Druck zu setzen, und fünf Axialgebläse 5b sind in einem unteren Bereich des Gehäuses 16 angeordnet und eingerichtet, Luft aus Räumen zwischen den Rippen des zweiten Rippensatzes 3 anzusaugen. Um zusätzlich den thermischen Widerstand zwischen den Rippen und dem Wärmeaufnahmeelement 6 zu reduzieren und die Gesamteffizienz der Rippen durch Minimierung der Temperaturdifferenz zwischen den Rippen zu verbessern, sind sechs Wärmeübertragungselemente (hier als Wärmetauscherrohre) in im Wesentlichen horizontaler Richtung angeordnet.
-
3 ist eine Ansicht der luftgekühlten Laservorrichtung 1 in Richtung entgegengesetzt der Richtung gemäß 2 (d.h. in Richtung des Pfeiles III in 1), wobei eine Querseite des Gehäuses 6 weggelassen ist. Gemäß 3 sind in einem Bereich, der nicht von der Kühlungsstruktur eingenommen ist (Gehäuse 13, Wärmeübertragungselemente 4, Rippensätze 2 und 3 und Gebläse 5a und 5b) eine oder mehrere Bauteile 12, wie Leistungseinheiten etc. positionierbar. Wenn eine Komponente 12 so positioniert wird, dass ihre Projektionsfläche in Bezug auf die Luftströmungsrichtung minimal ist, kann der Strömungswiderstand der Luft reduziert werden, sodass die Strömung (und die Rückströmung) der Luft im Gehäuse 16 nicht wesentlich behindert wird.
-
Im Allgemeinen kann in einer luftgekühlten Laservorrichtung mit im Wesentlichen abgedichtetem Aufbau Wärme innerhalb der Vorrichtung nicht leicht abgeführt werden und deshalb ist es erforderlich, eine Kühleinheit zum Absenken der Luft in der Laservorrichtung vorzusehen, welche durch eine Heizkomponente etc. aufgeheizt wird. Beispielswseise kann ein Wärmetauscher eingesetzt werden zum Austausch von Wärme zwischen der Luft in der Vorrichtung und externer Luft. Da aber die Lufttemperatur in der Vorrichtung ansteigt wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, ist es vorzuziehen, einen Flächenkühler 8, wie in den 1 bis 3 exemplarisch dargestellt, als Kühleinheit zur Abführung der Wärme der Laserdiodenmodule 7 nach außerhalb des Gehäuses 16 der Laservorrichtung 1 vorzusehen. Durch Einsatz eines Flächenkühlers 8 kann ein Anstieg der Temperatur des Laserdiodenmoduls 7 wirksam begrenzt werden, auch in einer heißen Umgebung. In den 1 bis 3 ist ein innerer Aufbau des Flächenkühlers 8 nicht mehr dargestellt, sondern nur das Gebläse 11 zum Abgeben kalter Luft.
-
Wird ein Flächenkühler 8 gemäß 1 am Gehäuse 16 angeordnet, hat das Gehäuse 16 einen Saugeingang 10 zum Ansaugen eines Teils der Luft aus dem Gehäuse 16 in den Flächenkühler 8, und einen Ausgang 9 zum Einführen von (kalter) Luft, welche durch den Flächenkühler 8 gekühlt ist und durch ein Entladegebläse 11 gefördert wird, in das Gehäuse 16. Wird der Flächenkühler 8 eingesetzt, kann auch dann, wenn Luft zwischen allen Rippen in gleicher Richtung strömt, eine Rückstromschleife der Luft unter Einschluss des Flächenkühlers 8 gebildet werden. Die Strömungsrate der Luft durch den Flächenkühler 8 ist aber beträchtlich kleiner als die Strömungsrate der Luft zwischen den Rippen, um hinreichende Kühleigenschaften zu gewinnen. Deshalb kann auch bei Einsatz eines Flächenkühlers 8 eine hinreichende Rückströmungsrate nicht erhalten werden, es sei denn die Strömungsrichtungen der Luft zwischen den Rippensätzen sind unterschiedlich, wie beim gezeigten Ausführu ngsbeispiel.
-
Gemäß 1 ist vorzusehen, dass die Heizkomponente 12 und ein Gebläse 5a oder 5b nahe des Kaltluft-Auslasses 9 angeordnet sind, so dass ein Großteil der kalten Luft vom Flächenkühler 8 zwischen die Rippen strömt. Hierdurch strömt der Großteil der kalten Luft vom Flächenkühler 8 zwischen die wärmeabgebenden Rippen (im dargestellten Ausführungsbeispiel die Rippen des ersten Rippensatzes 2) und somit kann effektiv ein Anstieg der Temperatur des Laserdiodenmoduls 7 begrenzt werden, wodurch die Lebensdauer des Laserdiodenmoduls 7 verlängert und dessen Funktionszuverlässigkeit verbessert werden können.
-
4 zeigt einen Querschnitt eines schematischen Aufbaus einer luftgekühlten Laservorrichtung 1' gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim zweiten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Bezugszeichen für Komponenten verwendet, die im Wesentlichen gleichwertig sind den Komponenten des ersten Ausführungsbeispieles und insoweit wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet.
-
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Luftführungsplatte 14 zum Führen von kalter Luft von dem Flächenkühler 8 zum Axialgebläse a nahe dem Auslass 9 des Gehäuses 16 angeordnet. Durch Einsatz der Luftführungsplatte 14 wird die kalte Luft vom Flächenkühler 8 wirksam zwischen die Rippen gelenkt. Damit kann die Wärmeabfuhr von den Rippen weiter gesteigert werden, wodurch ein Temperaturanstieg an einem Laserdiodenmodul 7 zusätzlich wirksam eingeschränkt werden kann.
-
5 ist ein Schnitt zur schematischen Darstellung eines Aufbaus einer luftgekühlten Laservorrichtung 1" gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim dritten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Bezugszeichen für einander im Wesentlichen gleichwertige Komponenten im Vergleich zum zweiten Ausführungsbeispiel verwendet, sodass auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet werden kann.
-
Beim dritten Ausführungsbeispiel sind eine oder mehrere Trennplatten zwischen der Luft, welche zwischen den Kühlrippen des ersten Rippensatzes 2 strömt, und der Luft, welche zwischen den Kühlrippen des zweiten Rippensatzes 3 strömt, vorgesehen. Insbesondere ist eine Trennplatte 15a, die sich zur Saugseite des Axialgebläses 5a (bzw. zur Abgabeseite des Axialgebläses 5b erstreckt, zwischen den Gebläsen 5a und 5b) angeordnet und eine Trennplatte 15b, die sich an und zu einer Auslassseite des ersten Rippensatzes 2 erstreckt (bzw. an einer Einlassseite des zweiten Rippensatzes 3), ist zwischen den Rippensätzen 2 und 3 angeordnet. Durch Einsatz der Trennplatte 15a ist die aufgeheizte Luft nach Strömung zwischen den Rippen des zweiten Rippensatzes 3 daran gehindert, sofort zwischen die Rippen des ersten Rippensatzes 2 zu strömen. Mit anderen Worten: die aufgeheizte Luft (mit relativ hohen Temperaturen), welche zwischen den Rippen des zweiten Rippensatzes 3 strömt, wird durch den Flächenkühler 3 angesaugt und abgekühlt, oder mit der kalten Luft vom Flächenkühler 8 gemischt. Da also die Heißluft zwischen den Rippen des ersten Rippensatzes 2 nach Kühlung strömt, wird die Kühlwirkung der wärmeabstrahlenden Rippen verbessert.
-
Ist andererseits die Trennplatte 15b nicht eingesetzt, können Luftströmungen unterschiedlicher Richtungen (im Einzelnen: die Luft aus dem untersten Bereich des ersten Rippensatzes 2 und die Luft, welche in den obersten Abschnitt des zweiten Rippensatzes 3 strömt) miteinander vermischt werden und die Luftströmung kann durch Turbulenzen gestört werden, die an der Grenze zwischen den Luftströmungen unterschiedlicher Richtungen entstehen. Im Ergebnis kann der Druckabfall der Luft anwachsen und die Rückströmungsrate abfallen. Durch Einsatz der Trennplatte 15b können solche Probleme vermindert oder verhindert werden. Zwar werden beim dritten Ausführungsbeispiel beide Trennplatten 15a und 15b eingesetzt, jedoch kann auch nur eine von beiden Platten verwendet werden.
-
Zwar verwenden die ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiele Wärmeübertragungselemente 4 mit im Wesentlichen L-Form, jedoch kann das Wärmeübertragungselement auch stabförmig sein (oder im Wesentlichen gerade) und ein solches gerades Element kann in das Wärmeaufnahmeelement 6 im Wesentlichen in vertikaler Richtung eingeführt sein. Um dabei die Temperaturdifferenz in Wärmeempfangselement 6 zu minimieren, kann ein zusätzliches Wärmeübertragungselement vorgesehen werden, welches sich im Wesentlichen horizontal erstreckt, nämlich von einem Abschnitt des Wärmeempfangselementes 6, wo das stangenförmige Wärmeübertragungselement eingeschoben ist, zum Umfang des Wärmeübertragungselementes 6.
-
Mit der Erfindung kann in einem im Wesentlichen abgedichteten Gehäuse die Luft im Gehäuse rückgeführt werden durch Strömung zwischen dem Kühlrippen des ersten Rippensatzes und anschließende Strömung zwischen den Kühlrippen des zweiten Rippensatzes ohne dass ein besonderer Strömungsweg für die Rückströmung erforderlich wäre. Damit ist die luftgekühlte Laservorrichtung gemäß der Erfindung kompakt und kann mit geringem Aufwand hergestellt werden.
