DE102016205638B4 - Prallkühlvorrichtung für eine Laserscheibe und zugehöriges Laserscheibenmodul - Google Patents

Prallkühlvorrichtung für eine Laserscheibe und zugehöriges Laserscheibenmodul Download PDF

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Abstract

Prallkühlvorrichtung (1) für eine Laserscheibe (2), aufweisend
eine insbesondere scheibenförmige Trägerplatte (3), auf deren Vorderseite (3a) die Laserscheibe (2) befestigbar ist,
eine Stützstruktur (4), an deren Vorderseite die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) befestigt ist, und
eine Prallkühlung (14) zum Kühlen der Trägerplatte (3) mittels einer Kühlflüssigkeit (13),
wobei die Stützstruktur (4) mehrere Kühlflüssigkeit-Zuleitungen (11), aus denen die Kühlflüssigkeit (13) in Richtung auf die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), insbesondere rechtwinklig zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), austritt, und mehrere Kühlflüssigkeit-Rückleitungen (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützstruktur (4) in ihrem an die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) angrenzenden Bereich eine Verteilerplatte (5) mit mehreren Aussparungen (8) aufweist, wobei die Kühlflüssigkeit-Zuleitungen (11) in die mehreren Aussparungen (8) münden und die Kühlflüssigkeit-Rückleitungen (12) von den mehreren Aussparungen (8) abgehen,
dass die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) an der Vorderseite (5a) der Verteilerplatte (5) befestigt ist und die Rückseite (5b) der Verteilerplatte (5) an einem Stützkörper (7) der Stützstruktur (4) befestigt ist, der die Zu- und Rückleitungen (11, 12) aufweist, und
dass die Zuleitungen (11) im Stützkörper (7) jeweils durch ein separates Rohr (14), das in einem Durchgangskanal (15) des Stützkörpers (7) angeordnet ist, und die Rückleitungen (12) im Stützkörper (7) jeweils durch einen Spalt (16) gebildet sind, der zwischen Durchgangskanal (15) und Rohr (14) vorhanden ist, oder umgekehrt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Prallkühlvorrichtung für eine Laserscheibe, mit einer insbesondere scheibenförmigen Trägerplatte, auf deren Vorderseite die Laserscheibe befestigbar ist, mit einer Stützstruktur, an deren Vorderseite die Rückseite der Trägerplatte befestigt ist, und mit einer Prallkühlung zum Kühlen der Trägerplatte mittels einer Kühlflüssigkeit, wobei die Stützstruktur mehrere Kühlflüssigkeit-Zuleitungen, aus denen die Kühlflüssigkeit in Richtung auf die Rückseite der Trägerplatte, insbesondere rechtwinklig zur Rückseite der Trägerplatte, austritt, und mehrere Kühlflüssigkeit-Rückleitungen aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Laserscheibenmodul mit einer solchen Prallkühlvorrichtung.
  • Eine derartige Prallkühlvorrichtung ist beispielsweise durch die US 2014 / 0 190 665 A1 bekannt geworden.
  • Üblicherweise werden Laserscheiben auf scheibenförmige Wärmesenken (Scheibenträger) aus CVD-Diamant geklebt, die rückseitig per Prallströmung gekühlt werden. Im Wesentlichen bestimmen nun die thermomechanischen Eigenschaften des Scheibenträgers die thermische Linsenwirkung der Laserscheibe. Dies führt zu hohen Anforderungen an Wärmeleitfähigkeit und Steifigkeit des Scheibenträgers, der daher aus CVD-Diamant ausgeführt wird, und bei höheren Laserleistungen zu dickeren Diamantscheiben, was mit hohen Herstellkosten verbunden ist. Mit anderen Worten wird höhere Steifigkeit bei nahezu gleichem Wärmewiderstand durch immer dickere Diamantscheiben erreicht.
  • Die aus der eingangs genannten US 2014 / 0 190 665 A1 bekanne Prallkühlvorrichtung ist modular aufgebaut und umfasst eine Einlassschicht mit einer Einlassöffnung für ein Fluid, einen Fluid-Einlassverteiler, mehrere Düsenplatten, einen Düsenplattenverteiler, einen Dampfverteiler, eine zu kühlende Zielschicht und eine Isolierung. Der Einlassverteiler weist eine Verteilerkammer in Form einer Aussparung auf, welche innerhalb der der Zielschicht abgewandten Oberseite des Einlassverteilers angeordnet ist. Die Düsenplatten haben einen Düsenkanal mit mehreren unterseitigen Düsenöffnungen, aus denen das Fluid in den Dampfverteiler in Richtung auf die Zielschicht austritt. Aus dem Dampfverteiler wird das Fluid über seitliche Auslasskanäle abgeführt.
  • US 2012 / 0 063 091 A1 offenbart eine Prallkühlvorrichtung mit einer Düsenplatte und mit einer Zielplatte. Die Düsenplatte weist eine Trägerplatte und mehrere Pralldüsenkanäle auf, aus denen eine Kühlflüssigkeit in Mikrokanäle der Zielplatte eintritt, um die Zielplatte zu kühlen. Aus den Mikrokanälen tritt die Kühlflüssigkeit seitlich aus.
  • Außerdem ist aus der US 2006/ 0 266 497 A1 eine Prallkühlvorrichtung mit einem Prallverteiler bekannt. Mehrere Zuleitungen einer Kühlflüssigkeit münden in eine Aussparung des Prallverteilers, und mehrere Rückleitungen der Kühlflüssigkeit gehen von der Aussparung ab, wobei die Zu- und Rückleitungen parallel zueinander verlaufen.
  • Bei der aus der WO 2011 / 130897 A1 bekannten Prallkühlvorrichtung ist eine Laserscheibe auf einer Trägerplatte montiert, die gleichzeitig einen Resonatorspiegel eines Laserresonators bildet. Eine aus einer Düsenöffnung austretende Kühlflüssigkeit prallt gegen die selbsttragende Rückseite der Trägerplatte, die dadurch gekühlt wird.
  • Aus der EP 1 213 801 A2 ist eine Kühleinrichtung bekannt, bei der der laseraktive Festkörper an seiner mit einer Deckschicht versehenen Rückseite direkt mit Kühlwasser gekühlt wird.
  • Aus US 6,339,605 B1 ist eine Kühlung für eine auf einem Kupfer-Substrat montierte Laserscheibe bekannt. Das Kupfer-Substrat wird von einer Kühlflüssigkeit durchströmt, die bis in Mikrokanäle des Kupfer-Substrats geleitet wird, welche zur Laserscheibe hin offen sind. Die Rückseite der Laserscheibe wird somit von der die Mikrokanäle durchströmenden Kühlflüssigkeit gekühlt.
  • Weiterhin ist aus der US 2007 / 0 297469 A1 eine Kühlung für eine Laserscheibe bekannt, die auf einer Trägerplatte aus Diamant oder Saphir montiert ist. Innerhalb der Trägerplatte verlaufen oberflächennahe Mikrokanäle für eine Kühlflüssigkeit.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einer Prallkühlvorrichtung der eingangs genannten Art eine höhere Steifigkeit der Trägerplatte bei nahezu gleichem Wärmewiderstand der Trägerplatte zu erreichen, ohne dafür die Dicke der (Diamant)Trägerplatte erhöhen zu müssen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stützstruktur in ihrem an die Rückseite der Trägerplatte angrenzenden Bereich eine Verteilerplatte mit mehreren Aussparungen aufweist, wobei die Kühlflüssigkeit-Zuleitungen in die mehreren Aussparungen münden und die Kühlflüssigkeit-Rückleitungen von den mehreren Aussparungen abgehen, dass die Rückseite der Trägerplatte an der Vorderseite der Verteilerplatte befestigt ist und die Rückseite der Verteilerplatte an einem Stützkörper der Stützstruktur befestigt ist, der die Zu- und Rückleitungen aufweist, , und dass die Zuleitungen im Stützkörper jeweils durch ein separates Rohr, das in einem Durchgangskanal des Stützkörpers angeordnet ist, und die Rückleitungen im Stützkörper jeweils durch einen Spalt gebildet sind, der zwischen Durchgangskanal und Rohr vorhanden ist, oder umgekehrt.
  • Erfindungsgemäß sind die Zuleitungen im Stützkörper jeweils durch ein separates Rohr (z.B. Düsennadel) gebildet, das unter Ausbildung eines (Ring)Spalts in einem Durchgangskanal des Stützkörpers angeordnet ist. Die Rückleitungen im Stützkörper sind jeweils durch den zwischen Durchgangskanal und Rohr vorhandenen (Ring)Spalt gebildet. Die Zuleitung ist von nur einer einzigen Rückleitung ring- oder teilringförmig umgeben, was im Fall einer ringförmigen Rückleitung in einer homogenen räumlichen Kühlungsverteilung resultiert. Alternativ können auch umgekehrt die Rückleitungen jeweils durch ein separates Rohr (z.B. Düsennadel) in einem Durchgangskanal des Stützkörpers und die Zuleitungen jeweils durch den zwischen Durchgangskanal und Rohr vorhandenen (Ring)Spalt gebildet sein. Weiterhin erlauben eine Trägerplatte (z.B. aus Diamantwerkstoff) und eine von der Kühlflüssigkeit durchflossene, versteifende rückseitige Stützstruktur (z.B. aus Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) die Beibehaltung des geringen Wärmewiderstands einer Diamantwärmesenke. Da der Wärmewiderstand der Stützstruktur die Temperatur der Laserscheibe nicht beeinflusst, können hier Materialien mit hoher Steifigkeit und mit relativ hohem Wärmewiderstand eingesetzt werden.
  • FEM-Rechnungen haben gezeigt, dass eine ca. 2 mm dicke Trägerplatte aus CVD-Diamant und eine rückseitige Stützstruktur aus Wolframcarbid einen etwa gleichgroßen mechanischen Widerstand gegen ein thermisch induziertes Durchbiegen der Laserscheibe aufweisen wie eine ca. 10 mm dicke, rückseitig nicht abgestützte Trägerplatte aus CVD-Diamant. Weiterhin haben die FEM-Rechnungen gezeigt, dass eine ca. 2 mm dicke Trägerplatte aus polykristallinem Diamant-Komposit (PDC) und eine rückseitige Stützstruktur aus Wolframcarbid einen etwa gleichgroßen mechanischen Widerstand gegen ein thermisch induziertes Durchbiegen der Laserscheibe aufweisen wie eine ca. 3-4 mm dicke, rückseitig nicht abgestützte Trägerplatte aus CVD-Diamant.
  • Vorzugsweise ist die Trägerplatte aus Diamantwerkstoff (z.B. CVD-Diamant oder polykristallines Diamant-Komposit (PDC)) gebildet und weist insbesondere eine Dicke von höchstens 5mm, bevorzugt höchstens 3mm, besonders bevorzugt höchstens 2mm, auf. Der Diamantwerkstoff bietet hohe Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig genug Eigensteifigkeit, um zu verhindern, dass die Form der vorderseitig montierten Laserscheibe durch die rückseitigen Kühlstrukturen signifikant beeinflusst wird. Die Trägerplatte und die Stützstruktur sind je nach Materialpaarung aneinander gelötet, geklebt, gesintert oder durch sogenanntes Bonden, also durch eine mechanisch belastbare, starre Verbindung zwischen zwei Festkörpern ohne Bildung einer Zwischenschicht, miteinander verbunden.
  • Vorzugsweise ist der Stützkörper aus Keramik oder Hartmetall gebildet und weist insbesondere eine Dicke von mindestens 1cm, bevorzugt zwischen 2cm und 10cm, auf. Vorteilhafterweise erstrecken sich die Aussparungen als Durchgangsöffnungen bis zur Rückseite der Verteilerplatte. Alternativ kann die Verteilerplatte aber auch stromaufwärts ihrer Aussparungen Düsenöffnungen aufweisen, die in Richtung auf die Rückseite der Trägerplatte, insbesondere rechtwinklig zur Rückseite der Trägerplatte, ausgerichtet sind. Die Verteilerplatte kann entweder aus Diamantwerkstoff oder, was bevorzugt ist, aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet sein und insbesondere eine Dicke von mindestens 0,3mm, bevorzugt mindestens 0,5mm, aufweisen.
  • Die Aussparungen der Verteilerplatte können zur Rückseite der Trägerplatte hin offen sein, insbesondere sich als Durchgangsöffnungen von der Vorderseite bis zur Rückseite der Verteilerplatte erstrecken, so dass die Kühlflüssigkeit gegen die Rückseite der Trägerplatte prallt, oder aber durch einen Boden der Verteilerplatte geschlossen sein, so dass die Kühlflüssigkeit gegen den Boden der Verteilerplatte prallt.
  • In einer Weiterbildung ist zwischen der Verteilerplatte und dem Stützkörper eine Düsenplatte mit Düsenöffnungen, welche die Zuleitungen des Stützkörpers jeweils mit den Aussparungen der Verteilerplatte verbinden und in Richtung auf die Rückseite der Trägerplatte, insbesondere rechtwinklig zur Rückseite der Trägerplatte, ausgerichtet sind, und mit Durchgangsöffnungen, welche die Aussparungen der Verteilerplatte mit den Rückleitungen verbinden, angeordnet. Durch die Düsenöffnung wird die Kühlflüssigkeit beschleunigt gegen die Rückseite der Trägerplatte geprallt. Vorzugsweise ist die Düsenplatte aus Diamantwerkstoff (z.B. CVD- oder PDC-Diamant), Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet und weist insbesondere eine Dicke von mindestens 0,3mm, bevorzugt mindestens 0,5mm, auf.
  • Vorzugsweise sind die einzelnen Komponenten der Stützstruktur je nach Materialpaarung jeweils aneinander gelötet, z.B. mittels Hartlot auf Kupfer-und/oder Silberbasis, oder aber geklebt, gesintert oder gebonded.
  • Der Stützkörper ist bevorzugt aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet und weist eine Dicke von mindestens 0,5cm, bevorzugt zwischen 0,5cm und 10cm, auf, um die Steifigkeit der Trägerplatte in ausreichendem Maß zu erhöhen.
  • Vorteilhafterweise verlaufen die Zu- und Rückleitungen parallel zueinander in Längsrichtung der Stützstruktur, also im Falle eines Stützkörpers in dessen Dickenrichtung.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Laserscheibenmodul mit einer wie oben ausgebildeten Prallkühlvorrichtung und mit einer Laserscheibe, die an der Vorderseite der Trägerplatte der Prallkühlvorrichtung befestigt ist.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • 1a, 1b ein erstes Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Prallkühlvorrichtung für eine Laserscheibe im montierten Zustand ( 1a) und in einer Explosionsdarstellung (1b);
    • 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Prallkühlvorrichtung von 1 im Bereich einer zwischen zwei Rückleitungen angeordneten Zuleitung;
    • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Prallkühlvorrichtung in einem schematischen Längsschnitt analog zu 2;
    • 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Prallkühlvorrichtung in einem schematischen Längsschnitt analog zu 2; und
    • 5 eine erfindungsgemäße Prallkühlvorrichtung in einem schematischen Längsschnitt analog zu 2.
  • In der folgenden Figurenbeschreibung werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • Die in 1a und 1b gezeigte Prallkühlvorrichtung 1 dient zum Kühlen einer Laserscheibe 2 eines Scheibenlasers (nicht gezeigt) mittels einer Kühlflüssigkeit. Die Laserscheibe 2 ist aus laseraktivem Verstärkungsmaterial gebildet und kann beispielsweise ein Yb:YAG-, Yb:LuAG-, Yb:YAG-, Yb:YLF-, Yb:Lu2O3-, Yb:LuAG-, Yb:CALGO-, Nd:YAG- oder Nd:YVO4-Kristall mit einer Dicke von ca. 50µm bis ca. 500µm sein.
  • Die Prallkühlvorrichtung 1 umfasst eine scheibenförmige Trägerplatte 3, auf deren Vorderseite 3a die Laserscheibe 2 befestigt ist, und eine rückseitige Stützstruktur 4, an der die Rückseite 3b der Trägerplatte 3 befestigt ist. Die Stützstruktur 4 weist eine scheibenförmige Verteilerplatte 5, eine scheibenförmige Düsenplatte 6 und einen zylindrischen Stützkörper (Stützblock) 7 mit einem Durchmesser von ca. 25-40mm auf. Die Rückseite 3b der Trägerplatte 3 ist an der Vorderseite 5a der Verteilerplatte 5 befestigt, deren Rückseite 5b wiederum an der Vorderseite 6a der Düsenplatte 6 befestigt ist. Die Rückseite 6b der Düsenplatte 6 ist an der Vorderseite 7a des Stützkörpers 7 befestigt.
  • Die Trägerplatte 3 ist aus einem Diamantwerkstoff, z.B. aus CVD-Diamant oder polykristallinem Diamant-Komposit (PDC), gebildet, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig eine ausreichend hohe Eigensteifigkeit aufweist, um eine signifikante Beeinflussung der Form der auf der Vorderseite 3a montierten Laserscheibe 2 durch rückseitige Kühlstrukturen zu vermeiden. Bevorzugt ist die Trägerplatte 3 lediglich ca. 2-4mm dick.
  • Die Verteilerplatte 5 weist mehrere sowohl zur Rückseite 3b der Trägerplatte 3 als auch zur Vorderseite 6a der Düsenplatte 6 hin offene Aussparungen 8 auf, die sich also als Durchgangsöffnungen von der Vorderseite 5a bis zur Rückseite 5b der Verteilerplatte 5 erstrecken. Die Verteilerplatte 5 kann zur Optimierung des Kühlverhaltens ebenfalls aus einem Diamantwerkstoff (z.B. CVD- oder PDC-Diamant) oder alternativ aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet sein. Bevorzugt ist die Verteilerplatte 5 lediglich ca. 0,5mm dick.
  • Die Düsenplatte 6 ist aus Keramik oder Hartmetall gebildet und weist mehrere kleine Düsenöffnungen 9 und mehrere Durchgangskanäle 10 auf, wobei jede Düsenöffnung 9 von mehreren Durchführungskanälen 10 umgeben ist. Die Düsenöffnungen 9 sind jeweils rechtwinklig auf die Rückseite der Trägerplatte 3 gerichtet. Bevorzugt ist die Düsenplatte 6 lediglich ca. 0,5 mm dick.
  • Der Stützkörper 7 ist aus Keramik oder Hartmetall (z.B. Wolframcarbid oder Aluminiumnitrid) gebildet und weist mehrere als Durchgangskanäle ausgebildete Kühlflüssigkeit-Zuleitungen und -Rückleitungen 11, 12 mit einem Leitungsdurchmesser von 0,3-5mm (bevorzugt 3 mm) auf, die parallel zueinander in der Dickenrichtung des Stützkörpers 7 verlaufen. Dabei ist jede Zuleitung 11 von mehreren, hier beispielhaft sechs Rückleitungen 12 umgeben. Jede Zuleitung 11 mündet über eine der Düsenöffnungen 9 der Düsenplatte 6 in eine der Aussparungen 8 der Verteilerplatte 5. Von jeder Aussparung 8 gehen wiederum über die Durchgangskanäle 10 der Düsenplatte 5 diejenigen sechs Rückleitungen 12 ab, welche die in diese Aussparung 8 mündende Zuleitung 11 umgeben. Bevorzugt ist der Stützkörper 7 zwischen 0,5cm bis 10cm dick.
  • Zur Verbindung der einzelnen Komponenten 3, 5-7 der Prallkühlvorrichtung 1 sind je nach Materialpaarung Lötungen, Klebungen, Sinterungen oder Bondprozesse vorgesehen. Bei der Lotauswahl muss auf eine Kompatibilität zwischen Lot und Kühlkreislauf in Bezug auf Korrosion geachtet werden. Vorzugsweise werden daher - und auch wegen ihrer starken Haftung, hohen Festigkeit und Steifigkeit - Hartlote auf Kupfer-und/oder Silberbasis verwendet.
  • Wie in 2 lediglich schematisch für eine einzige Zuleitung 11 und zwei Rückleitungen 12 gezeigt ist, strömt Kühlflüssigkeit 13 in die Prallkühlvorrichtung 1 über die Zuleitung 11 des Stützkörpers 7 bis zu den Düsenöffnungen 9 der Düsenplatte 5 ein. Da der Öffnungsquerschnitt der Düsenöffnung 9 kleiner als der Leitungsquerschnitt der Zuleitung 11 ist, tritt die Kühlflüssigkeit 13 aus der Düsenöffnung 9 beschleunigt in die Aussparung 8 aus und prallt dort gegen die Rückseite 3b der Trägerplatte 3, die dadurch gekühlt wird. Diese Prallkühlung ist in 2 insgesamt mit 14 bezeichnet. Die abgeprallte Kühlflüssigkeit 13 strömt dann innerhalb der Aussparung 8 radial auch außen weiter und über die Durchgangskanäle 10 der Düsenplatte 6 in die Rückleitungen 12 des Stützkörpers 7 ein.
  • Von 2 unterscheidet sich die in 3 gezeigte Prallkühlvorrichtung 1 lediglich dadurch, dass hier die Aussparung 8 der Verteilerplatte 5 zur Rückseite 3b der Trägerplatte 3 hin durch einen Boden 17 der Verteilerplatte 5 hin geschlossen ist.
  • Die Kühlflüssigkeit 13 prallt gegen den Boden 17 der Verteilerplatte 3, so dass die Trägerplatte 3 nicht direkt durch die Kühlflüssigkeit 13, sondern indirekt über den Boden 17 der Verteilerplatte 3 gekühlt wird. Der direkte Kontakt zwischen der Kühlflüssigkeit 13 und einem zwischen Trägerplatte 3 und Verteilerplatte 3 befindlichen Lot wird dadurch vermieden und die Gefahr von Korrosion verringert.
  • Von den 2 und 3 unterscheidet sich die in 4 gezeigte Prallkühlvorrichtung 1 dadurch, dass hier die Rückseite 3b der Trägerplatte 3 die Aussparung 8', die zur Vorderseite 7a des Stützkörpers 7 hin offen ist, aufweist und unmittelbar an der Vorderseite 7a des Stützkörpers 7 befestigt ist. Die Zuleitung 11 mündet in die Aussparung 8 der Trägerplatte 3, von der wiederum die Rückleitungen 12 abgehen. Die Kühlflüssigkeit 13 tritt aus der Zuleitung 11 unmittelbar in die Aussparung 8 aus und prallt dort gegen die Rückseite 3b der Trägerplatte 3, die dadurch gekühlt wird.
  • Die Aussparung 8' wird beispielsweise durch Laserbearbeitung in die Rückseite 3b der Trägerplatte 3 eingebracht. Diese strukturierte Rückseite 3b der Trägerplatte 3 wird dann mit Hartlot auf die Vorderseite 7a des Stützkörpers 7 aufgelötet. Abschließend werden die benötigten Zu- und Rückleitungen 11, 12 per Funkenerosion in den Stützkörper 7 eingebracht. Alternativ kann der Stützkörper 7 auch aus einzelnen laserzugeschnittenen Lochscheiben zusammengesetzt sein, die zu einem Stapel zusammengelötet sind und deren Löcher miteinander fluchten, um die durchgehenden Zu- und Rückleitungen 11, 12 im Stapel auszubilden.
  • Von 2 unterscheidet sich die in 5 gezeigte Prallkühlvorrichtung 1 lediglich dadurch, dass hier die Zuleitung 11 im Stützkörper 7 durch ein separates, freistehendes Rohr 14 (z.B. aus Edelstahl) gebildet ist, das in einem Durchgangskanal 15 des Stützkörpers 7 unter Ausbildung eines Ringspalts 16 angeordnet ist, und im Stützkörper 7 nur eine einzige Rückleitung 12 verläuft, die durch den zwischen Rohr 14 und Durchgangskanal 15 vorhandenen Ringspalt 16 gebildet ist. Das Rohr 14 reicht mit seinem einen, freien Ende bis an die Aussparung 8' heran und ist an seinem anderen, festen Ende an der Rückseite des Stützkörper 7 befestigt. Alternativ kann auch die Verteilerplatte 5 der 3 oder die Trägerplatte 3 der 4 eingesetzt werden.

Claims (10)

  1. Prallkühlvorrichtung (1) für eine Laserscheibe (2), aufweisend eine insbesondere scheibenförmige Trägerplatte (3), auf deren Vorderseite (3a) die Laserscheibe (2) befestigbar ist, eine Stützstruktur (4), an deren Vorderseite die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) befestigt ist, und eine Prallkühlung (14) zum Kühlen der Trägerplatte (3) mittels einer Kühlflüssigkeit (13), wobei die Stützstruktur (4) mehrere Kühlflüssigkeit-Zuleitungen (11), aus denen die Kühlflüssigkeit (13) in Richtung auf die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), insbesondere rechtwinklig zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), austritt, und mehrere Kühlflüssigkeit-Rückleitungen (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) in ihrem an die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) angrenzenden Bereich eine Verteilerplatte (5) mit mehreren Aussparungen (8) aufweist, wobei die Kühlflüssigkeit-Zuleitungen (11) in die mehreren Aussparungen (8) münden und die Kühlflüssigkeit-Rückleitungen (12) von den mehreren Aussparungen (8) abgehen, dass die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) an der Vorderseite (5a) der Verteilerplatte (5) befestigt ist und die Rückseite (5b) der Verteilerplatte (5) an einem Stützkörper (7) der Stützstruktur (4) befestigt ist, der die Zu- und Rückleitungen (11, 12) aufweist, und dass die Zuleitungen (11) im Stützkörper (7) jeweils durch ein separates Rohr (14), das in einem Durchgangskanal (15) des Stützkörpers (7) angeordnet ist, und die Rückleitungen (12) im Stützkörper (7) jeweils durch einen Spalt (16) gebildet sind, der zwischen Durchgangskanal (15) und Rohr (14) vorhanden ist, oder umgekehrt.
  2. Prallkühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3) aus Diamantwerkstoff gebildet ist und insbesondere eine Dicke von höchstens 5mm, bevorzugt höchstens 3mm, besonders bevorzugt höchstens 2mm, aufweist.
  3. Prallkühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (8) der Verteilerplatte (5) zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) hin offen sind, insbesondere sich als Durchgangsöffnungen von der Vorderseite (5a) bis zur Rückseite (5b) der Verteilerplatte (5) erstrecken, und die Kühlflüssigkeit (13) gegen die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) prallt.
  4. Prallkühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (8) der Verteilerplatte (5) zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3) hin durch einen Boden (17) der Verteilerplatte (5) geschlossen sind und die Kühlflüssigkeit (13) gegen den Boden (17) der Verteilerplatte (5) prallt.
  5. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (7) aus Keramik oder Hartmetall gebildet ist und insbesondere eine Dicke von mindestens 0,5cm, bevorzugt zwischen 0,5cm und 10cm, aufweist.
  6. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verteilerplatte (5) und dem Stützkörper (7) eine Düsenplatte (6) mit Düsenöffnungen (9), welche die Zuleitungen (11) des Stützkörpers (7) jeweils mit den Aussparungen (8) der Verteilerplatte (5) verbinden und in Richtung auf die Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), insbesondere rechtwinklig zur Rückseite (3b) der Trägerplatte (3), ausgerichtet sind, und mit Durchgangsöffnungen (10), welche die Aussparungen (8) der Verteilerplatte (5) mit den Rückleitungen (12) verbinden, angeordnet ist.
  7. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (5) und/oder die Düsenplatte (6) aus Diamantwerkstoff, Keramik oder Hartmetall gebildet ist und insbesondere eine Dicke von mindestens 0,3mm, bevorzugt mindestens 0,5mm, aufweist.
  8. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3) und die Stützstruktur (4) und/oder die einzelnen Komponenten (5-7) der Stützstruktur (4) jeweils aneinander gelötet, geklebt, gesintert oder gebonded sind.
  9. Prallkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Rückleitungen (11, 12) parallel zueinander in Längsrichtung der Stützstruktur (4) verlaufen.
  10. Laserscheibenmodul (20) mit einer Prallkühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Laserscheibe (2), die an der Vorderseite (3a) der Trägerplatte (3) der Prallkühlvorrichtung (1) befestigt ist.
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