DE20011508U1 - Cooling device for a laser - Google Patents
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Description
Kühlvorrichtung für einen LaserCooling device for a laser
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Laser, mit einem Flüssigkeitskreislauf, der einen Behälter für Kühlflüssigkeit, eine von dem Behälter zu dem Laser führende Vorlaufleitung, in der eine Pumpe angeordnet ist, und eine von dem Laser zu dem Behälter führende Rücklauf leitung umfaßt.The invention relates to a cooling device for a laser, with a liquid circuit which comprises a container for cooling liquid, a supply line leading from the container to the laser, in which a pump is arranged, and a return line leading from the laser to the container.
In vielen Bereichen der Technik finden Laser Anwendung, um Energie bzw. Licht mit hoher Präzision auf eine gewünschte Stelle aufzubringen. Die Präzision eines Lasers hängt dabei von seiner Betriebstemperatur ab, da sich bei verändernder Betriebstemperatur auch die Emissionseigenschaften des Lasers ändern. Es ist deshalb notwendig und üblich, den Laser bei Betrieb auf eine vorbestimmte Temperatur zu kühlen und auf dieser Temperatur zu halten. Zu diesem Zweck wird in der Regel eine Kühlvorrichtung mit einem Flüssigkeitskreislauf verwendet, der einen Vorratsbehälter für eine Kühlflüssigkeit enthält, die von dem Behälter mittels einer Pumpe über eine Vorlaufleitung zu dem Laser und von diesem über eine Rücklaufleitung zurück in den Behälter gefördert wird. Die Kühlflüssigkeit erwärmt sich beim DurchströmenLasers are used in many areas of technology to apply energy or light to a desired location with high precision. The precision of a laser depends on its operating temperature, since the emission properties of the laser change as the operating temperature changes. It is therefore necessary and usual to cool the laser to a predetermined temperature during operation and to keep it at this temperature. For this purpose, a cooling device with a liquid circuit is usually used, which contains a reservoir for a cooling liquid, which is pumped from the reservoir via a feed line to the laser and from the laser back to the reservoir via a return line. The cooling liquid heats up as it flows through
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des Lasers, weshalb dem Behälter eine Temperiervorrichtung zugeordnet ist, die dafür sorgt, daß die Kühlflüssigkeit in dem Behälter trotz der rückströmenden wärmeren Kühlflüssigkeit auf der vorbestimmten Temperatur gehalten wird. 5of the laser, which is why the container is assigned a temperature control device that ensures that the cooling liquid in the container is kept at the predetermined temperature despite the warmer cooling liquid flowing back. 5
Um die Kühlflüssigkeit in den Flüssigkeitskreislauf vor dem erstmaligen Betrieb einzubringen oder um bei Bedarf Kühlflüssigkeit nachzufüllen, besitzt der Behälter einen Einfüllstutzen üblichen Aufbaus. Die in dem Flüssigkeitskreis lauf, d.h. dem Behälter, der Vorlaufleitung, dem Laser und der Rücklaufleitung, enthaltene Menge an Kühlflüssigkeit ist wesentlich größer als das Volumen des Behälters. Da der Laser üblicherweise höher als der Behälter angeordnet ist, kann das Problem auftreten, daß die Kühlflüssigkeit im Falle einer Undichtigkeit des Flüssigkeitskreislaufes im Bereich des Laser oder der Rücklaufleitung aus diesen Bereichen in den Behälter einströmt und diesen zum Überlaufen bringt, wobei die Kühlflüssigkeit an dem Einfüllstutzen des Behälters austritt und in der Umgebung liegende elektrische 0 Einrichtungen der Kühlvorrichtung beschädigen kann.In order to introduce the coolant into the liquid circuit before initial operation or to top up the coolant if necessary, the container has a filler neck of the usual design. The amount of coolant contained in the liquid circuit, i.e. the container, the feed line, the laser and the return line, is significantly larger than the volume of the container. Since the laser is usually located higher than the container, the problem can arise that if the liquid circuit is leaking in the area of the laser or the return line, the coolant flows from these areas into the container and causes it to overflow, whereby the coolant escapes from the filler neck of the container and can damage nearby electrical equipment of the cooling device.
Wenn das Volumen des Behälters so groß ist, daß die gesamte, sich im Flüssigkeitskreislauf befindende Kühlflüssigkeit aufgenommen werden kann, läßt sich die Gefahr eines Überlaufens zwar ausschließen, jedoch besitzt dann die Kühlvorrichtung den Nachteil sehr großer Abmessungen und läßt sich nur schwer handhaben.If the volume of the container is large enough to contain all of the cooling liquid in the fluid circuit, the risk of overflow can be eliminated, but the cooling device then has the disadvantage of being very large and difficult to handle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung der genannten Art zu schaffen, die einen kompakten Aufbau besitzt und bei der ein Austreten von Kühlflüssigkeit zuverlässig vermieden ist.The invention is based on the object of creating a cooling device of the type mentioned, which has a compact design and in which leakage of coolant is reliably prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kühlvorrich-5 tung der genannten Art dadurch gelöst, daß der Flüssig-This object is achieved according to the invention in a cooling device of the type mentioned in that the liquid
keitskreislauf in sich hermetisch abgeschlossen ist und daß der Behälter eine mittels eines Befüllventils verschließbare bzw. normalerweise verschlossene Befüllleitung und eine mittels eines Entlüftungsventils verschließbare bzw. normalerweise verschlossene Entlüftungsleitung aufweist.ity circuit is hermetically sealed and that the container has a filling line that can be closed by means of a filling valve or is normally closed and a venting line that can be closed by means of a vent valve or is normally closed.
Da der aus Behälter, Vorlaufleitung, Laser und Rücklaufleitung bestehende Flüssigkeitskreislauf hermetisch geschlossen ist, kann ein übermäßiges Rückströmen der Kühlflüssig keit in den Behälter bzw. dessen Überlaufen zuverlässig ausgeschlossen werden. Darüber hinaus ist mit der hermetisch geschlossenen Ausgestaltung des Flüssigkeitskreislaufes der weitere Vorteil verbunden, daß in die Kühlflüssigkeit von außen keine Verunreinigungen eintreten oder eingebracht werden können, die ansonsten zu einer Fehlfunktion oder gar einer Beschädigung des Lasers führen können.Since the liquid circuit consisting of the container, feed line, laser and return line is hermetically sealed, excessive backflow of the coolant into the container or its overflow can be reliably prevented. In addition, the hermetically sealed design of the liquid circuit has the further advantage that no contamination can enter or be introduced into the coolant from the outside, which could otherwise lead to a malfunction or even damage to the laser.
Trotz des in sich abgeschlossenen Systems des Flüssigkeitskreislaufes muß es möglich sein, diesen vor Inbetriebnahme mit der Kühlflüssigkeit aufzufüllen. Zu diesem Zweck ist der Behälter mit einer Befüllleitung versehen, über die von außen Kühlflüssigkeit in den Behälter eingebracht werden kann. In der Befüllleitung ist ein bei normalen Betrieb der Kühlvorrichtung bzw. des Lasers verschlossenes Befüllventil angeordnet. Beim Befüllen des Flüssigkeitskreislauf mit Kühlflüssigkeit wird das Befüllventil geöffnet und die in dem Behälter enthaltene bzw. beim Befüllen verdrängte Luft muß abgeführt werden. Zu diesem Zweck ist am Behälter eine Entlüftungsleitung vorgesehen, in der ein Entlüftungsventil 0 angeordnet ist, das bei Betrieb der Kühlvorrichtung ebenfalls geschlossen ist.Despite the liquid circuit being a self-contained system, it must be possible to fill it with coolant before it is put into operation. For this purpose, the container is provided with a filling line through which coolant can be introduced into the container from the outside. A filling valve is arranged in the filling line and is closed during normal operation of the cooling device or laser. When the liquid circuit is filled with coolant, the filling valve is opened and the air contained in the container or displaced during filling must be discharged. For this purpose, a vent line is provided on the container in which a vent valve 0 is arranged, which is also closed when the cooling device is in operation.
Zum Befüllen des Flüssigkeitskreislaufes wird eine Versorgungsleitung an die Befüllleitung angeschlossen und sowohl das Befüllventil als auch das Entlüftungsventil der Entlüf-To fill the liquid circuit, a supply line is connected to the filling line and both the filling valve and the vent valve of the vent line are
tungsleitung werden geöffnet. Durch die Versorgungsleitung und die Befüllleitung kann somit Kühlflüssigkeit in den Flüssigkeitskreislauf eingebracht oder mittels der Pumpe eingesaugt werden, wobei gleichzeitig die verdrängte Luft durch die Entlüftungsleitung aus dem Flüssigkeitskreislauf herausgedrückt wird. Die in der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung befindliche Luft wird durch Aktivierung der Pumpe durch Kühlflüssigkeit ersetzt.supply line are opened. Cooling liquid can be introduced into the liquid circuit through the supply line and the filling line or sucked in by the pump, while at the same time the displaced air is forced out of the liquid circuit through the vent line. The air in the supply line and the return line is replaced by cooling liquid when the pump is activated.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Befüllleitung im unteren Bereich des Behälters und insbesondere in dessen tiefsten Punkt in den Behälter mündet. Dabei kann vorgesehen sein, daß das Befüllventil eine Anschlußbuchse aufweist, in die ein Stecker einer Versorgungsleitung unter gleichzeitigem Öffnen des Befüllventils einsteckbar ist. Auf diese Weise wird das Befüllventil bereits durch Einführen bzw. Ankoppeln des Steckers geöffnet, wodurch eine einfache Bedienung gewährleistet ist. Darüber hinaus stellt diese Ausgestaltung sicher, daß zum Öffnen des Befüllventils der spezielle Stecker der Versorgungsleitung notwendig ist, wodurch ein unbeabsichtigtes oder unbefugtes Öffnen des Befüllventils verhindert ist.In a preferred embodiment of the invention, the filling line opens into the container in the lower area and in particular at its lowest point. The filling valve can have a connection socket into which a plug of a supply line can be inserted while simultaneously opening the filling valve. In this way, the filling valve is opened by simply inserting or connecting the plug, which ensures simple operation. In addition, this embodiment ensures that the special plug of the supply line is required to open the filling valve, which prevents unintentional or unauthorized opening of the filling valve.
Um eine möglichst vollständige Entlüftung des Flüssigkeitskreislaufes sicherzustellen, sollte die Entlüftungsleitung im oberen Bereich des Behälters und insbesondere in dessen höchstem Punkt angeschlossen sein.To ensure that the fluid circuit is vented as completely as possible, the vent line should be connected in the upper part of the tank and in particular at its highest point.
Das Entlüftungsventil sollte ebenfalls eine Sicherheitseinrichtung aufweisen, damit nicht jeder Dritte das Belüftungsventil in unerlaubter Weise öffnen kann. Diese Sicherheitseinrichtung kann beispielsweise ein Schlüssel sein, vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Entlüftungsventil durch Aufsetzen eines Adapterteils zu öffnen ist. 35The vent valve should also have a safety device to prevent a third party from opening the ventilation valve without permission. This safety device can be a key, for example, but it is preferably provided that the vent valve can be opened by attaching an adapter part. 35
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Behälter ein Füllstandssensor angeordnet, der ein Unterschreiten eines Füllstand-Grenzwertes feststellt und mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist. Bei der Anzeigevorrichtung kann es sich um eine optische und/oder akustische Anzeige handeln. Insbesondere wird als Füllstandssensor ein Schwimmerschalter verwendet, der die Anzeigevorrichtung aktiviert, sobald der Füllstand in dem Behälter unter den Füllstand-Grenzwert fällt. Mittels des Füllstandssensors und der Anzeigevorrichtung kann ein Benutzer den Füllstand im Behälter und somit in dem Flüssigkeitskreislauf in einfacher Weise überprüfen, obwohl der Flüssigkeitskreislauf vollständig abgeschlossen ist.In a preferred embodiment of the invention, a level sensor is arranged in the container, which detects when the level falls below a limit value and is connected to a display device. The display device can be an optical and/or acoustic display. In particular, a float switch is used as the level sensor, which activates the display device as soon as the level in the container falls below the limit value. Using the level sensor and the display device, a user can easily check the level in the container and thus in the liquid circuit, even though the liquid circuit is completely closed.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige Figur eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zeigt.Further details and features of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawing, wherein the single figure shows a schematic representation of the cooling device according to the invention.
Eine in der Figur dargestellte Kühlvorrichtung 10 dient zur Kühlung eines nur schematisch angedeuteten Lasers L und umfaßt einen Behälter 11, in dem eine Kühlflüssigkeit 12, beispielsweise de-ionisiertes Wasser, enthalten ist. Von dem Behälter 11 führt über einen 1., im unteren Bereich des Behälters 11 liegenden Anschluß 27 eine Vorlaufleitung 13 zu dem Laser L, in der eine Pumpe 14 angeordnet ist, die für die Förderung der Kühlflüssigkeit 12 aus dem Behälter 11 zu dem Laser L sorgt. Von dem Laser L führt zu dem Behälter 11 eine Rücklaufleitung 15 zurück und mündet über einen 2. Anschluß 29 im oberem Bereich des Behälters 11 in diesem, so daß ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf gebildet ist.A cooling device 10 shown in the figure serves to cool a laser L, which is only indicated schematically, and comprises a container 11 in which a cooling liquid 12, for example de-ionized water, is contained. A feed line 13 leads from the container 11 to the laser L via a first connection 27 in the lower region of the container 11, in which a pump 14 is arranged, which ensures that the cooling liquid 12 is pumped from the container 11 to the laser L. A return line 15 leads from the laser L back to the container 11 and opens into the container 11 via a second connection 29 in the upper region of the container, so that a closed liquid circuit is formed.
Im Bodenbereich des Behälters 11 mündet in diesem über einen von dem 1. Anschluß 27 unabhängigen Befüllanschluß 28 eine Befüllleitung 22, die an ihrem andere Ende eine Anschlußbuchse 23 mit integriertem Befüllventil 26 aufweist. In die Anschlußbuchse 23 ist ein Stecker 24 einer Versorgungsleitung 25 einführbar, wobei der Stecker 24 beim Einführen in die Anschlußbuchse 23 gleichzeitig das normalerweise geschlossene Befüllventil 26 öffnet. Die Versorgungsleitung 25 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als transparenter Schlauch ausgebildet, der neben dem Behälter 11 vertikal nach oben geführt ist und somit zusätzlich als Füllstandsanzeige 25a für die im Behälter 11 befindliche Kühlflüssigkeit 12 insbesondere während des Füllvorgangs dienen kann.In the bottom area of the container 11, a filling line 22 opens into the container via a filling connection 28 that is independent of the first connection 27. At its other end, the filling line 22 has a connection socket 23 with an integrated filling valve 26. A plug 24 of a supply line 25 can be inserted into the connection socket 23, whereby the plug 24 simultaneously opens the normally closed filling valve 26 when inserted into the connection socket 23. In the embodiment shown, the supply line 25 is designed as a transparent hose that is guided vertically upwards next to the container 11 and can therefore also serve as a level indicator 25a for the coolant 12 in the container 11, particularly during the filling process.
Im oberen Bereich des Behälters 11 mündet über einen von dem 2. Anschluß 29 unabhängigen Belüftungsanschluß 30 eine Belüftungsleitung 16, die ein Belüftungsventil 17 enthält. Das normalerweise geschlossene Belüftungsventil 17 läßt sich nur dann öffnen, wenn ein vorbestimmtes Adapterteil auf das Lüftungsventil 17 aufgesetzt wird.In the upper area of the container 11, a ventilation line 16 containing a ventilation valve 17 opens via a ventilation connection 30 that is independent of the second connection 29. The normally closed ventilation valve 17 can only be opened if a predetermined adapter part is placed on the ventilation valve 17.
Innerhalb des Behälters 11 ist ein Füllstandssensor 19 in Form eines Schwimmerschalters angeordnet, der über eine Signalleitung 20 mit einer optischen Anzeigevorrichtung 21 verbunden ist. Sobald der Füllstand der Kühlflüssigkeit 12 in dem Behälter 11 unter einen vorbestimmten Grenzwert fällt, schließt der Schwimmerschalter und aktiviert die Anzeigevorrichtung 21, bei der es sich beispielsweise um 0 eine rote Lampe handeln kannA level sensor 19 in the form of a float switch is arranged inside the container 11 and is connected to an optical display device 21 via a signal line 20. As soon as the level of the cooling liquid 12 in the container 11 falls below a predetermined limit value, the float switch closes and activates the display device 21, which can be a red lamp, for example.
Der aus dem Behälter 11, der Vorlaufleitung 13, dem Laser L und der Rücklaufleitung 15 bestehende Flüssigkeitskreislauf ist im Normalzustand hermetisch abgeschlossen, da dabei so-The liquid circuit consisting of the container 11, the flow line 13, the laser L and the return line 15 is hermetically sealed in the normal state, since
wohl das Befüllventil 26 als auch das Entlüftungsventil 17 geschlossen sind.both the filling valve 26 and the vent valve 17 are closed.
Um den Flüssigkeitskreislauf bzw. die Kühlvorrichtung mit Kühlflüssigkeit zu füllen, wird der Stecker 24 der Versorgungsleitung 25 in den Anschlußstutzen 23 eingeführt, wodurch das Befüllventil 26 geöffnet wird. Gleichzeitig wird durch Aufsetzen des Adapterteils 18 das Entlüftungsventil 17 geöffnet. Sodann wird aus einem nicht dargestellten Tank über die Versorgungsleitung 25 und die Befüllleitung 22 Kühlflüssigkeit in den Behälter 11 eingebracht oder mittels der Pumpe 14 eingesaugt. Die dabei verdrängte Luft entweicht durch die Entlüftungsleitung 16 und das Entlüftungsventil 17. Der Behälter 11 wird soweit gefüllt bis der Füllstandssensor 19 ein Überschreiten des Füllstands-Grenzwertes feststellt. Sodann werden der Stecker 24 und das Adapterteil 18 abgenommen, so daß das Befüllventil 26 und das Entlüftungsventil 17 geschlossen werden. Nunmehr ist der Flüssigkeitskreislauf wieder in sich abgeschlossen.In order to fill the liquid circuit or the cooling device with coolant, the plug 24 of the supply line 25 is inserted into the connection piece 23, which opens the filling valve 26. At the same time, the vent valve 17 is opened by fitting the adapter part 18. Coolant is then introduced into the container 11 from a tank (not shown) via the supply line 25 and the filling line 22 or is sucked in by means of the pump 14. The air displaced in the process escapes through the vent line 16 and the vent valve 17. The container 11 is filled until the fill level sensor 19 detects that the fill level limit has been exceeded. The plug 24 and the adapter part 18 are then removed so that the filling valve 26 and the vent valve 17 are closed. The liquid circuit is now closed again.
Durch Aktivierung der Pumpe 14 werden die Vorlaufleitung 13 und die Rücklaufleitung 15 mit Kühlflüssigkeit gefüllt, während sich in diesen Leitungen befindende Luft im Behälter 11 ansammelt. In der Regel ist es notwendig, in diesem Zustand nochmals Kühlflüssigkeit in genannter Weise über die Befüllleitung 22 nachzufüllen und die dabei verdrängte Luft über die Entlüftungsleitung 16 abzuführen. Wenn der Flüssigkeitskreislauf ausreichend mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist, können das Adapterteil 18 und die Versorgungsleitung 25 mit dem Stecker 24 in für Dritte unzugänglicher 0 Weise aufbewahrt werden, so daß Unbefugte keinen Zugang zu dem Flüssigkeitskreislauf haben.By activating the pump 14, the supply line 13 and the return line 15 are filled with coolant, while air in these lines collects in the container 11. In this state, it is usually necessary to refill the coolant in the manner described above via the filling line 22 and to discharge the air displaced in the process via the vent line 16. When the liquid circuit is sufficiently filled with coolant, the adapter part 18 and the supply line 25 with the plug 24 can be stored in a manner inaccessible to third parties, so that unauthorized persons have no access to the liquid circuit.
Bei Betrieb der Kühlvorrichtung erfaßt der Füllstandssensor 19 ständig, ob ausreichend Kühlflüssigkeit in dem Flüssigkeitskreislauf vorhanden ist. Falls dies nicht der FallWhen the cooling device is in operation, the level sensor 19 constantly detects whether there is sufficient cooling liquid in the liquid circuit. If this is not the case
sein sollte, kann der befugte Benutzer in genannter Weise Kühlflüssigkeit nachfüllen.If this is the case, the authorized user can top up the coolant as described above.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10202434A1 (en) * | 2002-01-22 | 2003-07-31 | Volkswagen Ag | Device for cooling laser system has first cooling circuit associated with laser and second cooling circuit with second coolant at different temperature associated with control element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10125447A1 (en) | 2002-01-17 |
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