DE19609784A1

DE19609784A1 - Vorrichtung zur Umlenkung eines Laserstrahles und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19609784A1
Application number: DE19609784A
Authority: DE
Inventors: Marius Jurca; Uwe Dr Zoske
Original assignee: Jurca Optoelektronik GmbH
Current assignee: Jurca Optoelektronik GmbH
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 1997-09-18
Also published as: GB9714056D0; GB2328520A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umlenkung eines Laserstrahles mit

a) einer auf hohe optische Güte gearbeiteten reflektieren den Fläche;
b) einem die reflektierende Fläche tragenden Grundkörper aus gut wärmeleitendem Material;

und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Bei der Materialbearbeitung mit Hochleistungslaserstrahlen werden Umlenkvorrichtungen benötigt, welche den Laserstrahl von der Quelle bis zum Werkstück möglichst präzise und verlustfrei führen. Bei bekannten Umlenkvorrichtungen der eingangs genannten Art besteht der Grundkörper im allgemeinem aus Metall, insbesondere aus reinem Kupfer oder Aluminium, da diese Stoffe bei der verwendeten Laser wellenlänge eine hohe Reflektivität und außerdem eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Diese bekannten Umlenkvorrichtungen sind jedoch mit einer ganzen Anzahl von Nachteilen behaftet:
Aufgrund des positiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten des metallischen Grundkörpers führt die hohe thermische Belastung durch den Laserstrahl zu Oberflächendeformationen, welche die Laserstrahlqualität verschlechtern. Dieser Effekt läßt sich auch durch die im allgemeinen vorhande nen Kühlkanäle nicht vollständig vermeiden. Verlaufen diese Kühlkanäle parallel, so entsteht eine thermisch be dingte Fehllenkung des Laserstrahles. Bei einer Mehrfach ablenkung an mehreren Umlenkvorrichtungen kann dies so weit gehen, daß der Laserstrahl die zu bearbeitende Stelle des Werkstückes nicht mehr trifft. Verlaufen die Kühlkanäle spiralförmig, entsteht je nach der Durchflußrichtung des Kühlmediums (Kühlwasser) eine thermisch bedingte Fokus sierung oder Defokussierung des Laserstrahles. Der verhält nismäßig große positive thermische Ausdehnungskoeffizient des metallischen Materials, aus welchem der Grundkörper der bekannten Umlenkvorrichtungen besteht, macht die bekannten Vorrichtungen zudem außerordentlich empfindlich gegen Schwankungen der Kühlwassertemperatur. Solche Schwan kungen gehen auf verschiedene Ursache zurück: Häufig besitzen die Umlenkvorrichtungen einen gemeinsamen Kühl kreislauf mit dem Laser; ändert sich die Laserbetriebsart, so ändert sich auch die Temperatur des Kühlwassers. Außerdem können durch Änderungen des Absorptionsgrades an der Spiegeloberfläche driftartige oder plötzliche Änderungen der Kühlwassertemperatur auftreten, bei spielsweise, wenn sich Verunreinigungen an die Spiegel oberfläche anlagern. Schließlich hängt die Kühlwasser temperatur auch in einem gewissen Umfang von der Umgebungs temperatur ab.

Besitzen die Umlenkvorrichtungen und der Laser, wie schon angedeutet, einen gemeinsamen Wasser-Kühlkreislauf, so ergeben sich Probleme mit der elektrischen Korrosion. Um diese zu vermeiden, müssen alle von dem Wasser im Kühl kreislauf durchströmten metallischen Teile aus demselben Material bestehen, was die konstruktiven Möglichkeiten einschränkt und zu höheren Kosten führt.

Schließlich ist auch die Herstellung der eigentlichen reflektierenden Fläche (Spiegelfläche) bei den bekannten Umlenkvorrichtungen problembehaftet: Üblicherweise wird diese nämlich mit Hilfe einer sehr präzise arbeitenden Diamant-Fräsmaschine hergestellt. Da das zu bearbeitende reine Kupfer sehr weich ist, hat es eine kristalline Form. Beim Fräsen können kleine Kupferkristalle aus der Oberflä che herausgerissen werden. Dabei entstehen kleine Löcher in der Spiegelfläche, die nur äußerst schwer "repariert" werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine preiswert herzustellende Umlenkvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher thermische Probleme weitgehend vermieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

c) der Grundkörper aus Keramikmaterial besteht;
d) die reflektierende Fläche an einer Schicht aus hoch reflektierendem Material ausgebildet ist, die auf den Grundkörper aufgebracht ist.

Erfindungsgemäß wird also der Grundkörper nicht mehr aus einem Metall sondern aus einem keramischen Werkstoff her gestellt. Hiermit ist eine große Vielzahl von Vorteilen verbunden:
Der keramische Grundkörper ist steifer und daher auch weniger durch mechanische Einflüsse deformierbar als die bisher verwendeten Grundkörper aus Aluminium oder Kupfer. Dies wirkt sich bei der Handhabung des Spiegels durch den industriellen Anwender aus, der im allgemeinen im Umgang mit leicht zu beschädigenden Optiken wenig erfahren ist. Durch die hohe Temperaturleitfähigkeit des Keramik materials läßt sich eine wesentlich höhere Zerstörschwelle als bei Verwendung der bekannten Materialien erzielen. Der vergleichsweise kleine thermische Ausdehnungskoeffizient reduziert die mögliche temperaturabhängige Fehllenkung des Laserstrahles stark. Der bei Keramikmaterial einsetz bare Herstellungsprozeß läßt effizientere Kühlgeomet rien zu als die bisher verwendeten Materialien, bei denen die Kühlkanäle durch Bohren oder Fräsen erzeugt werden müssen. Dieser Herstellungsprozeß (Sintern unter Druck; Formpressen) ermöglicht zudem eine kostengünstige Massen produktion, bei welcher der gesamte Grundkörper einschließ lich der Kühlkanäle und der gewünschten Oberflächenkontur in einem Arbeitsgang erzeugt werden kann. Da der aus Keramikmaterial bestehende Grundkörper sich elektrisch neutral verhält, braucht auf Probleme mit einer möglichen elektrischen Korrosion keine Rücksicht genommen zu werden. Die elektrischen Isolationseigenschaften der Keramik lassen darüber hinaus zu, daß eine elektrische oder elektronische Sensorik oder Aktorik, wie sie z. B. für die Strahllageerfassung, die Ermittlung der Laserrandstrahlung oder der Absorptionsbestimmung des Spiegels eingesetzt wird, an Ort und Stelle ohne aufwendige Isoliermaßnahmen integriert werden kann. Die physikalischen Eigenschaften der Keramik lassen eine Reduzierung der Grundkörperdicken zu. Dies sowie die geringere Dichte des Keramikmaterials, verglichen insbesondere mit Kupfer, führt zu einer erhebli chen Gewichtseinsparung. Die Reduzierung träger Masse ist insbesondere in Roboter- oder Portalanlagen von größter Bedeutung. Schließlich lassen sich die mit einem Grundkör per aus Keramik versehenen Umlenkvorrichtungen auch leich ter auf einer Tragestruktur bzw. Referenzebene befestigen, ohne daß Beschädigungen zu befürchten sind.

Vorzugsweise besteht der Grundkörper aus Aluminiumoxid keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Entsprechende Formu lierungen sind aus der Fachliteratur bekannt.

Die Schicht aus hochreflektierendem Material kann aus Kupfer, Silizium, ZnSe, GaAs oder anderen Materialien bestehen.

Wie bereits erwähnt, ist im allgemeinen im Grundkörper von Umlenkvorrichtungen der hier interessierenden Art ein System aus Kühlkanälen ausgebildet. In diesem Falle empfiehlt sich eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfin dung, die sich dadurch auszeichnet, daß

a) der Grundkörper aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, wobei mindestens der die Schicht aus hochreflektierendem Material tragende Teil des Grundkörpers aus Keramik besteht;
b) das System von Kühlkanälen in der Trennfläche der beiden Teile des Grundkörpers aus Nuten gebildet ist, die sich beim Zusammenfügen der beiden Teile des Grundkör pers zu Kanälen schließen.

Durch die bei dieser Ausführungsform vorgesehene Zweitei lung des Grundkörpers ist die Herstellung des Kühlkanal systemes besonders einfach: Die Kühlkanäle können als Nuten in die entsprechenden grünen Körper der Grundkörper teile eingeprägt werden, so daß sich keinerlei Probleme mit der Entformung ergeben. Auf diese Weise können kompli zierteste Kühlkanalgeometrien realisiert werden.

Wenngleich der geringe thermische Ausdehnungskoeffizient des Keramikmaterials, welches für den Grundkörper einge setzt wird, Temperatureinflüsse des Kühlwassers sehr weit gehend eliminiert, kann bei hohen Anforderungen gleichwohl zusätzlich eine Ausgestaltung der Erfindung eingesetzt werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das System von Kühlkanälen eine Form hat, bei welcher benachbarte Bereiche des Systemes von Kühlkanälen vom Kühlmedium gegensinnig durchströmt sind. Verändert also das Kühlmedium beim Durchströmen seine Temperatur, so ist der Tempe raturgradient in benachbarten Bereichen des Grundkörpers entgegengesetzt, so daß im Mittel ungefähr eine konstante Temperatur erzielt wird.

Eine besonders geeignete Ausführungsform einer solchen Kühlkanalgeometrie zeichnet sich dadurch aus, daß das System von Kühlkanälen umfaßt:

a) einen ersten Sammelkanal;
b) eine Mehrzahl von von dem Sammelkanal ausgehenden Stich kanälen, wobei benachbarte Stichkanäle sich in entgegen gesetzter Richtung von dem ersten Sammelkanal aus er strecken, derart, daß die Stichkanäle fingerartig in einandergreifen;
c) einen zweiten Sammelkanal, der mit den Enden der Stich kanäle in Verbindung steht, die von dem ersten Sammel kanal entfernt sind.

Die Herstellung derartiger, sich fingerartig verschränken der Stichkanäle ist besonders einfach, insbesondere wenn die Stichkanäle geradlinig sind.

Alternativ kommt (insbesondere bei kreisförmigen Spiegel flächen) eine Ausgestaltung in Frage, bei welcher das System von Kühlkanälen einen ersten von außen nach innen verlaufenden spiralförmigen Kanal umfaßt, der an seinem inneren Ende mit einem zweiten spiralförmigen Kanal in Verbindung steht, welcher parallel zum ersten spiralför migen Kanal von innen nach außen verläuft. In diesem Falle liegen also im radial äußersten Bereich der Spiegelfläche Abschnitte des ersten spiralförmigen Kanals, welcher das kälteste Kühlmedium führt, Abschnitten des zweiten spiral förmigen Kanales benachbart, in denen sich das Kühlmedium am stärksten erwärmt hat. Mit abnehmender Entfernung zum Mittelpunkt gleichen sich die Temperaturen des Kühlmediums im ersten und im zweiten spiralförmigen Kanal aneinander an. Im Mittel jedoch weist das Kühlmedium in benachbarten Bereich des ersten und des zweiten spiralförmigen Kanals überall dieselbe Temperatur auf.

Die Effektivität des Kühlsystemes kann noch dadurch erhöht werden, daß zumindest ein Teil der Wände der Kühlkanäle Rippen trägt, welche die Wärmeübertragungsfläche vergrö ßern. Gerade bei der Verwendung von Keramikmaterial lassen sich auch derartige Rippen sehr einfach realisieren.

Eine zusätzliche Maßnahme, welche ebenfalls den Wirkungs grad der Kühlung verbessert, kann darin bestehen, daß mindestens ein Teil der Kühlkanäle eine Einrichtung ent hält, welche das durchströmende Kühlmedium verwirbelt. Diese Einrichtung verhindert also die Ausbildung einer laminaren Strömung entlang der Wände der Kühlkanäle, bei welcher bestimmte wandferne Bereiche des Kühlmediumstromes nicht oder nur selten in direkte Berührung mit den Wänden der Kühlkanäle gelangen.

Eine derartige verwirbelnde Einrichtung kann beispiels weise mehrere wendelförmig gestaltete Abschnitte um fassen, wobei die Drehrichtung in benachbarten Abschnitten abwechselt.

Die beiden Teile des Grundkörpers sind vorzugsweise lösbar miteinander verbunden, z. B. miteinander verschraubt.

Vorzugsweise ist der Grundkörper mit drei Befestigungs mitteln zur Befestigung an einer Trägerstruktur versehen. Durch drei (und nur drei) Befestigungsmittel wird eine Befestigungsebene definiert, ohne daß es zu einer stati schen Überbestimmung kommen kann. Durch diese Maßnahme wird die Gefahr der Beschädigung des Grundkörpers bei der Befestigung an der Trägerstruktur weiter reduziert.

Die Befestigungsmittel können dabei jeweils eine in den Grundkörper eingebrachte Bohrung umfassen, in welcher eine Metallhülse angeordnet ist. Die Metallhülse wird dann von einem entsprechenden Schraubbolzen durchsetzt, welcher die Verbindung zu der Trägerstruktur herstellt. Zwischen Metallhülse und Schraubbolzen sollte ein ge wisses Spiel vorgesehen sein, damit auch Winkelabwei chungen zwischen der Achse des Bolzens und der Achse der Hülse toleriert werden können.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gibt es zwei "Hauptvarianten" des Verfahrens:

Die erste dieser Varianten umfaßt die folgenden Schritte:

a) der Grundkörper wird als grüner Körper hergestellt;
b) der Grundkörper wird gebrannt;
c) die zur Aufnahme der Schicht aus hochreflektierendem Material bestimmte Fläche des Grundkörpers wird auf die gewünschte Oberflächengüte bearbeitet;
d) auf die im Schritt c) hergestellte Fläche des Grund körpers wird eine dünne Schicht aus hochreflektierendem Material ohne weitere Nachbearbeitung aufgebracht.

Dieses Herstellungsverfahren bringt nicht nur die bereits erwähnten Vorteile bei der Ausbildung der Geometrie des Grundkörpers. Da die hohe Oberflächengüte, die zur Erzie lung einer reflektierenden Fläche erforderlich ist, nicht in der hochreflektierenden Schicht selbst sondern an dem leichter zu bearbeitenden Keramikmaterial erzielt wird, ergeben sich die eingangs erwähnten Probleme beim Fräsen von metallischen, insbesondere von Kupfer-Flächen nicht.

Grundsätzlich ist jedoch auch die zweite Verfahrensvariante möglich, bei welcher zunächst ebenso wie im ersten Ver fahren

a) der Grundkörper als grüner Körper hergestellt wird;
b) der Grundkörper gebrannt wird;

sodann aber

c) die Schicht aus hochreflektierendem Material mit ver hältnismäßig großer Dicke auf die entsprechende Fläche des Grundkörpers aufgebracht wird;
d) die Oberfläche der Schicht aus hochreflektierendem Material auf die gewünschte Oberflächengüte bearbeitet wird.

Bei dieser Art des Herstellungsverfahrens erfolgt also die Herstellung der erforderlichen Oberflächengüte in ähnlicher Weise wie beim Stande der Technik in dem hoch reflektierendem Material selbst. Die Schicht dieses hoch reflektierenden Materials, die auf den Grundkörper aufge bracht wird, muß so dick sein, daß Oberflächenrauhigkeiten des Grundkörpers ausgeglichen werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Umlenkvorrichtung für einen Hochleistungslaserstrahl gemäß Linie I-I von Fig. 2;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Umlenkvorrichtung von Fig. 1 gemäß der dortigen Linie II-II;

Fig. 3 die Unteransicht einer in der Umlenkvorrichtung von Fig. 1 enthaltenen Flachdichtung.

In Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch eine Umlenkvorrichtung für einen Hochleistungslaserstrahl dargestellt, die ins gesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist. Sie umfaßt einen aus zwei Teilen 2a und 2b zusammengesetzten Grundkörper 2. Der gesamte Grundkörper 2 ist aus gut wärme leitendem Keramikmaterial hergestellt, wie dies als solches bekannt ist.

Der Grundkörperteil 2a ist becherförmig ausgestaltet. Seine an den Boden 3 anschließende Zylinderwand 4 ist mit einem Innengewinde 5 versehen.

Der Grundkörperteil 2b ist ein im wesentlichen zylindri sches Teil mit einem Außengewinde 6, welches in das Innen gewinde 5 des ersten Grundkörperteiles 2a eingedreht ist, wodurch die beiden Grundkörperteile 2a und 2b zu einem Gesamt-Grundkörper 2 lösbar verbunden sind.

Auf der Oberseite des Bodens 3 trägt der ersten Grundkörper teil 2a ein nach oben hin offenes System von Nuten, die in noch zu beschreibender Weise zu Kühlwasserkanälen geschlossen sind. Dieses System umfaßt einen äußeren, kreisförmigen Sammelkanal 6, von welchem, ähnlich ver schränkten Fingern, in gleichem Abstand voneinander, parallel, jedoch in entgegengesetzter Richtung zeigend Stichkanäle 7 bis 12 ausgehen. Die von dem Sammelkanal 6 abgewandten Enden der Stichkanäle 7 bis 12 liegen auf einem Kreis, dessen Durchmesser kleiner als derjenige des Sammelkanales 6 ist.

Zwischen der unteren, kreisförmigen Stirnfläche des zweiten Grundkörperteiles 2b und der nach oben weisenden Fläche des Bodens 3 des ersten Grundkörperteiles 2a ist eine kreisförmige Flachdichtung 13 eingespannt. Diese ist mit mehreren Durchgangslöchern 14 bis 20 versehen.

Die Durchgangslöcher 15 bis 20 liegen auf einem Kreis, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser des oben erwähnten Kreises übereinstimmt, der durch die Enden der Stichkanäle 7 bis 12 im ersten Grundkörperteil 2a definiert ist. Die Winkelausrichtung der Flachdichtung 13 gegenüber dem ersten Grundkörperteil 2a ist so, daß jeweils ein Durchgangsloch 15 bis 20 über dem Ende eines zugeordneten Stichkanals 7 bis 12 des ersten Grundkörperteiles 2a zu liegen kommt.

Das Durchgangsloch 14 der Flachdichtung 13 hat vom Mittel punkt dieser Flachdichtung 13 einen Abstand, der mit dem Radius des Sammelkanales 6 im ersten Grundkörperteil 2a übereinstimmt. Das heißt, daß das Durchgangsloch 14, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, über dem Sammelkanal 6 ange ordnet ist und mit diesem kommuniziert.

An dem zweiten Grundkörperteil 2b sind zwei Wasseranschlüs se 21 und 22 befestigt. Der Wasseranschluß 21 führt zu einem Wasserkanal 23, der durch den Grundkörperteil 2b hindurchgeführt ist und in seine untere Stirnseite an einer Position mündet, die mit dem Durchgangsloch 14 der Flachdichtung 13 fluchtet.

Der zweite Wasseranschluß 22 steht mit einem zweiten Wasserkanal 24 in Verbindung, der in einen ringförmigen Sammelkanal 25 an der unteren Stirnseite des zweiten Grundkörperteiles 2b mündet. Der Sammelkanal 25 ist als nach unten offene, durch die Flachdichtung 13 abgedeckte Nut ausgebildet. Sein Durchmesser stimmt mit dem Durchmes ser des Kreises überein, auf welchem die Durchgangslöcher 15 bis 20 der Flachdichtung 13 und somit auch die Enden der Stichkanäle 7 bis 12 im ersten Grundkörperteil 2a liegen.

Von der äußeren Mantelfläche des ersten Grundkörperteiles 2b ragen drei Befestigungsaugen 26 radial nach außen. Die Befestigungsaugen 26 werden jeweils von einer achs parallelen Bohrung 27 durchsetzt, in welcher eine Metall hülse 28 angeordnet ist.

Das erste Grundkörperteil 2a trägt auf seiner unteren, im wesentlichen kreisförmigen Stirnfläche eine Schicht 29 aus einem geeigneten, stark reflektierenden Material, insbesondere aus Kupfer, deren freie Außenfläche die eigentliche reflektierende Fläche (Spiegelfläche) bildet. Dabei können auch andere Materialien, beispielsweise Si, ZnSe oder GaAs, Verwendung finden.

Die oben beschriebene Umlenkvorrichtung funktioniert wie folgt:
Im Betrieb wird auf die reflektierende Fläche der Schicht 29 ein Hochleistungs-Laserstrahl gerichtet. Bei der nach den normalen Gesetzen erfolgenden Reflexion des Hochlei stungslaserstrahles an der reflektierenden Fläche der Schicht 29 wird trotz deren hoher Reflektivität stets ein Teil der Energie absorbiert, wodurch die reflektierende Schicht 29 erwärmt wird. Die Wärme wird jedoch von dem gut wärmeleitenden Keramikmaterial des ersten Grundkörper teiles 2a zu dem nahegelegenen Kanalsystem 6 bis 12 abgeführt. Dieses wird von Kühlwasser durchströmt, welches - zum Beispiel - über den Wasseranschluß 21 zugeführt wird. Dieses Wasser durchtritt den Wasserkanal 23 und gelangt über die Öffnung 14 in der Flachdichtung 13 in den Sammelkanal 6. Von dort strömt das Wasser in die verschiedenen Stichkanäle 7 bis 12, durch die Durchgangs löcher 15 bis 20 der Flachdichtung 13 in den Sammelkanal 25 des zweiten Grundkörperteiles 2b und schließlich über den zweiten Wasserkanal 24 zu dem als Auslauf dienenden Wasseranschluß 22.

Aus der obigen Beschreibung und insbesondere der Fig. 2 wird deutlich, daß das Kühlwasser in benachbarten Stich kanälen 7 bis 12 in unterschiedlicher Richtung strömt. Dies hat zur Folge, daß eine Erwärmung, welche das Kühl wasser beim Durchströmen der Stichkanäle 7 bis 12 erfährt, in benachbarten Stichkanälen 7 bis 12 in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Auf diese Weise lassen sich Temperatur unterschiede des Kühlwassers innerhalb des Kanalsystemes fast vollständig auskompensieren, so daß sich die reflek tierende Schicht 29 auf dem ersten Grundkörperteil 2a temperaturbedingt nicht nennenswert verformt. Die geschil derte Kühlgeometrie wird durch die Tatsache unterstützt, daß das für den Grundkörper 2 verwendete Keramikmaterial ohnehin einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt.

Die in der Zeichnung dargestellte Umlenkvorrichtung 1 wird auf folgende Weise hergestellt:
Zunächst werden die Grundkörperteile 2a und 2b als "grüne" Formkörper mit allen im einzelnen beschriebenen Kanälen gepreßt und sodann in bekannter Weise gesintert. Die sich hieran anschließende Aufbringung der reflektierenden Schicht 29 kann auf zwei unterschiedliche Arten geschehen:
Bei der ersten Aufbringungsart wird die kreisförmige Stirn fläche des ersten Grundkörperteiles 2a bereits auf die erforderliche Güte poliert. Anschließend wird die reflek tierende Schicht 29 mit geringer Dicke aufgebracht, insbesondere aufgedampft, ohne daß eine weitere Nachbehand lung erfolgt.

Bei der zweiten Aufbringungsart der reflektierenden Schicht 29 bleibt die gesinterte kreisförmige Stirnfläche des ersten Grundkörperteiles 2a unbehandelt. Auf diese noch verhältnismäßig unebene Oberfläche wird die reflek tierende Schicht 29 mit verhältnismäßig großer Dicke auf gebracht. Die Dicke muß dabei so gewählt werden, daß die Unregelmäßigkeiten in der Keramikoberfläche auskompensiert werden. In einem abschließenden Bearbeitungsgang wird dann die reflektierende Schicht 29, beispielsweise mit Hilfe einer Diamant-Fräsmaschine, auf die gewünschte Ober flächengüte und -form gebracht.

Bei einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungs beispiel der Umlenkvorrichtung sind an die Wände des Kanal systemes 6 bis 12 im ersten Grundkörperteil 2a Rippen angeformt, welche die Oberfläche vergrößern, über welche ein Wärmetausch zwischen dem Keramikmaterial des ersten Grundkörperteiles 2a und dem in dem Kanalsystem 6 bis 12 fließenden Kühlwasser erfolgen kann. Eine zweite Mög lichkeit, die Effektivität der Wärmeabfuhr zu verbessern, besteht darin, in die einzelnen Kanäle 6 bis 12 des kühlen den Kanalsystemes wirbelbildende Störkörper einzuschieben, welche die Ausbildung einer laminaren Kühlwasserströmung in diesem Kanalsystem verhindern und auf diese Weise eben falls für eine bessere Wärmeübertragung sorgen. Ein solcher Störkörper kann beispielsweise die Form einer aus mehreren Abschnitten zusammengesetzten Wendel aufweisen, wobei der Drehsinn der Wendel in jeweils benachbarten Abschnitten abwechselt.

Claims

1. Vorrichtung zur Umlenkung eines Laserstrahles mit

a) einer auf hohe optische Güte gearbeiteten reflektieren den Fläche;
b) einem die reflektierende Fläche tragenden Grundkörper aus gut wärmeleitendem Material;
dadurch gekennzeichnet, daß
c) der Grundkörper (2) aus Keramikmaterial besteht;
d) die reflektierende Fläche an einer Schicht (29) aus hochreflektierendem Material ausgebildet ist, die auf den Grundkörper (2) aufgebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) aus Aluminiumoxidkeramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht (29) aus hochreflektierendem Material aus Kupfer besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht (29) aus hochreflektierendem Material aus Silizium besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht (29) aus hochreflektierendem Material aus ZnSe besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht (29) aus hochreflektierendem Material aus GaSs besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher in dem Grundkörper ein System aus Kühl kanälen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Grundkörper (2) aus zwei Teilen (2a, 2b) zusammen gefügt ist, wobei mindestens der die Schicht (29) aus hochreflektierendem Material tragende Teil (2a) des Grundkörpers (2) aus Keramik besteht,
b) das System von Kühlkanälen (6 bis 12, 25) in der Trenn fläche der beiden Teile (2a, 2b) des Grundkörpers (2) als Nuten ausgebildet ist, die sich beim Zusammenfügen der beiden Teile (2a, 2b) des Grundkörpers (2) zu Kanälen schließen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das System von Kühlkanälen (6 bis 12, 25) eine Form hat, bei welcher benachbarte Bereiche (7 bis 12) des Systemes von Kühlkanälen (6 bis 12, 25) vom Kühlmedium gegensinnig durchströmt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das System von Kühlkanälen (6 bis 12, 25) umfaßt:

a) einen ersten Sammelkanal (6);
b) eine Mehrzahl von von dem Sammelkanal (6) ausgehenden Stichkanälen (7 bis 12), wobei benachbarte Stichkanäle (7 bis 12) sich in entgegengesetzter Richtung von dem ersten Sammelkanal (6) aus erstrecken, derart, daß die Stichkanäle (7 bis 12) fingerartig ineinander greifen;
c) einen zweiten Sammelkanal (25), der mit den Enden der Stichkanäle (7 bis 12) in Verbindung steht, die von dem ersten Sammelkanal (6) entfernt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das System von Kühlkanälen einen ersten von außen nach innen verlaufenden spiralförmigen Kanal umfaßt, der an seinem inneren Ende mit einem zweiten spiralförmigen Kanal in Verbindung steht, welcher parallel zum ersten spiralförmigen Kanal von innen nach außen verläuft.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Wände der Kühlkanäle Rippen trägt, welche die Wärmeübertragungsfläche vergrößern.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kühlkanäle eine Einrichtung enthält, welche das durchströmende Kühl medium verwirbelt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verwirbelnde Einrichtung mehrere wendel förmig gestaltete Abschnitte umfaßt, wobei die Drehrichtung in benachbarten Abschnitten abwechselt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (2a, 2b) des Grundkörpers (2) lösbar miteinander verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) mit drei Befestigungsmitteln (27, 28) zur Befestigung an einer Trägerstruktur versehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (27, 28) jeweils eine in den Grundkörper (2) eingebrachte Bohrung (27) umfassen, in welcher eine Metallhülse (28) angeordnet ist.

17. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

a) der Grundkörper (2) wird als grüner Körper hergestellt;
b) der Grundkörper (2) wird gebrannt;
c) die zur Aufnahme der Schicht (29) aus hochreflektieren dem Material bestimmte Fläche des Grundkörpers (2) wird auf die gewünschte Oberflächengüte bearbeitet;
d) auf die im Schritt c) hergestellte Fläche des Grund körpers (2) wird eine dünne Schicht (29) aus hochreflek tierendem Material ohne weitere Nachbearbeitung aufge bracht.

18. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

a) der Grundkörper (2) wird als grüner Körper hergestellt;
b) der Grundkörper (2) wird gebrannt;
c) die Schicht (29) aus hochreflektierendem Material wird mit verhältnismäßig großer Dicke auf die entsprechende Fläche des Grundkörpers (2) aufgebracht;
d) die Oberfläche der Schicht (29) aus hochreflektierendem Material wird auf die gewünschte Oberflächengüte bear beitet.