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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlfalle zur Abschwächung von Strahlung, insbesondere von Laserstrahlung.
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Insbesondere bei der Materialbearbeitung wird hochenergetische Strahlung, wie z. B. Laserstrahlung, eingesetzt. Dabei entsteht durch Rückreflexionen Streulicht, das unschädlich gemacht werden muß. Dazu werden Strahlfallen eingesetzt, die jedoch in der Regel sehr groß sind und daher nicht sehr flexibel eingesetzt werden können.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Strahlfalle zur Abschwächung von Strahlung, insbesondere von Laserstrahlung, bereitzustellen, die kompakt ausgebildet werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Strahlfalle zur Abschwächung von Strahlung, insbesondere von Laserstrahlung, mit
einer Kühlzelle, die einen Fluideingang, einen Fluidausgang und einen Innenraum mit einem für die Strahlung transparenten Eintrittsfenster sowie einer dem Eintrittsfenster gegenüberliegenden ersten Wandung, die für die Strahlung reflektiv ist, aufweist,
und einem Fluidmodul, das dem Innenraum über den Fluideingang Fluid zuführt, das durch den Innenraum läuft und diesen über den Fluidausgang verläßt,
wobei die in einer vorbestimmten Eintrittsrichtung durch das Eintrittsfenster in den Innenraum gelangende Strahlung zur Abschwächung durch das Fluid läuft, an der ersten Wandung reflektiert wird und zur weiteren Abschwächung erneut durch das Fluid läuft.
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Da die Abschwächung über das durch die Kühlzelle strömende Fluid durchgeführt wird, kann für die jeweilige Strahlung ein solches Fluid gewählt werden, dessen Absorption sehr hoch ist, so daß eine hohe Energieaufnahme und damit eine große Kühlrate bei kleiner Ausbildung der Kühlzelle erreicht werden kann. Ferner wird aufgrund der Reflexion der Strahlung an der ersten Wandung das Fluid zumindest zweimal durchlaufen, so daß der Weg der Strahlung durch das Volumen des Fluids verlängert ist.
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Durch die kleine Ausbildung der Kühlzelle kann diese sehr nah an der gewünschten Stelle positioniert werden. Das Fluidmodul kann davon beabstandet sein und an einer Stelle positioniert werden, wo es wenig stört. Für eine Verbindung zwischen dem Fluidmodul und dem Fluideingang kann z. B. ein Schlauch oder ein Rohr eingesetzt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Strahlfalle kann der Innenraum eine der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung aufweisen, die für die Strahlung reflektiv ist und die von der ersten Wandung reflektierte Strahlung zur ersten Wandung zurückreflektiert. Damit wird der Weg durch das Volumen des Fluid weiter erhöht, was eine weitere Verbesserung der Kühlrate bewirkt. Weil die Kühlwirkung hauptsächlich durch Absorption im Fluid bewerkstelligt wird, kann die Wandung vorteilhaft einfach ausgeführt werden.
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Insbesondere können alle Wandungen als Metallwandung ausgebildet sein. Damit wird in einfacher Art und Weise eine hohe Reflexion bereitgestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Strahlfalle kann die zweite Wandung durch eine Platte gebildet sein, die an der Innenseite des Eintrittsfensters anliegt. Dies führt zu einer sehr kompakten Ausbildung.
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Natürlich deckt die Platte nicht die gesamte Innenseite des Eintrittsfensters ab. Es wird zumindest ein Bereich frei gelassen, der als Eintrittsbereich des Eintrittsfensters bezeichnet werden kann.
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Die erste und/oder die zweite Wandung kann einen planen Abschnitt zur Reflexion der Strahlung aufweisen. Dieser läßt sich besonders leicht herstellen.
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Insbesondere können beide planen Abschnitte der beiden Wandungen zueinander parallel angeordnet sein. Damit kann in einfacher Art und Weise ein Hin- und Herreflektieren der Strahlung erreicht werden, wodurch der Weg der Strahlung durch das Volumen des Fluids erhöht ist.
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Das Fluid kann insbesondere Wasser umfassen. Insbesondere ist Wasser von Vorteil, wenn die Laserstrahlung Infrarotstrahlung ist, da Wasser für Infrarotstrahlung eine hohe Absorption besitzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Strahlfalle kann das Fluid im wesentlichen quer zur vorbestimmten Eintrittsrichtung durch den Innenraum geführt sein. Dies führt zu einer kompakten Ausbildung der Kühlzelle.
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Das Fluidmodul kann ein Kühlgerät aufweisen, das das aus dem Fluidausgang kommende Fluid abkühlt und über den Fluideingang das abgekühlte Fluid wieder dem Innenraum zuführt. Das Kühlgerät kann als Wärmetauscher ausgebildet sein. Es ist auch eine Abkühlung über z. B. Kühlrippen oder in sonstiger Art und Weise möglich.
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Das Fluidmodul kann Fluidverbindungen (wie z. B. Rohre, Schläuche, etc.) aufweisen, die das Kühlgerät mit dem Fluideingang und dem Fluidausgang verbinden.
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In der Strahlfalle kann die erste und/oder zweite Wandung als Metallwandung ausgebildet sein. Insbesondere kann als Metall Edelstahl eingesetzt werden. Es ist jedoch auch jedes andere Metall grundsätzlich geeignet. Auch sind Metall-Legierungen einsetzbar.
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Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlfalle, und
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2 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A des Kühlzelle gemäß 1.
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Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Strahlfalle 1 zur Abschwächung von Laserstrahlung 2 eines Lasers 3 eine Kühlzelle 4 und ein damit in Fluidverbindung stehendes Fluidmodul 5.
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Bei der Laserstrahlung 2 handelt es sich z. B. um während einer Materialbearbeitung zurückreflektierte Strahlung, die unschädlich gemacht werden soll. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 1 lediglich der Laser 3 und die Laserstrahlung 2 schematisch gezeigt. Bei der Laserstrahlung kann es sich z. B. um Infrarotstrahlung handeln.
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In 2 ist der Schnitt A-A der Kühlzelle 4 vergrößert gezeigt. Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, umfaßt die Kühlzelle 4 einen Innenraum 6, der im Querschnitt durch ein Hauptteil 7 mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt und ein die offene Seite verschließendes Eintrittsfenster 8, das für die Laserstrahlung 2 transparent ist, gebildet ist.
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Das Eintrittsfenster 8 wird mittels einem Klemmelement 9, das mit dem Hauptteil 7 verschraubt ist, gegen einen mit Dichtungen 10 versehenen Auflageabschnitt 11 des Hauptteils 7 gedrückt, so daß ein abgedichteter Innenraum 6 vorliegt. Senkrecht zu der Darstellung in 2 ist der Innenraum 6 mit seitlichen Endplatten 12, 13 (1) abgedichtet, so daß ein insgesamt fluiddichter Innenraum 6 vorliegt. In der Endplatte 12 ist ein Fluideingang 14 und in der Endplatte 13 ist ein Fluidausgang 15 vorgesehen, wobei der Fluideingang 14 über ein erstes Verbindungsrohr 16 mit dem Fluidmodul 5 und der Fluidausgang 15 mit einem zweiten Verbindungsrohr 17 mit dem Fluidmodul 5 verbunden ist.
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Das Fluidmodul 5 führt über das erste Verbindungsrohr 16 und den Fluideingang 14 Fluid (hier Wasser) in den Innenraum 6 der Kühlzelle 4, so daß das Fluid die Kühlzelle 4 durchströmt und über den Fluidausgang 15 und das zweite Verbindungsrohr 17 zu dem Fluidmodul 5 zurückströmt. Im Fluidmodul 5 wird das über das zweite Verbindungsrohr 17 kommende Fluid abgekühlt und dann wiederum über das erste Verbindungsrohr 16 und dem Fluideingang 14 dem Innenraum 6 zugeführt. Das durch den Innenraum 6 durchströmende Fluid dient zur Kühlung der in den Innenraum 6 eingekoppelten Laserstrahlung 2, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.
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Das Hauptteil 7 ist bei der beschriebenen Ausführungsform aus Edelstahl gebildet, so daß die dem Eintrittsfenster 8 zugewandte erste Wandung 18 für die Laserstrahlung 2 reflektiv ist. In dem Innenraum 6 ist an der Innenseite des Eintrittsfensters 8 eine Edelstahlplatte 19 angeordnet. Die Edelstahlplatte 19 bedeckt jedoch nicht die komplette Innenseite des Eintrittsfensters 8, sondern läßt noch einen Eintrittsbereich 20 frei.
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Wenn nun die Laserstrahlung 2 in der in 2 gezeigten Eintrittsrichtung durch das Eintrittsfenster 8 und über den Eintrittsbereich 20 in den Innenraum 6 der Kühlzelle 4 eintritt, durchläuft sie das den Innenraum durchströmende Fluid (hier Wasser), das die Strahlung absorbiert und dadurch abschwächt. Die auf die erste Wandung 18 treffende Strahlung wird von dieser zu der Edelstahlplatte 19 reflektiert und läuft somit erneut durch das durch den Innenraum 6 strömende Fluid, wodurch eine weitere Absorption der Strahlung in dem Fluid stattfindet, was eine weitere Abschwächung bewirkt. An der der ersten Wandung 18 zugewandten zweiten Wandung 21 der Edelstahlplatte 19 findet wiederum eine Reflexion der Strahlung in Richtung zur ersten Wandung 18 statt, was wiederum ein Durchlaufen des Fluids und dadurch eine Abschwächung der Strahlung bewirkt. Die Strahlung wird, wie in 2 schematisch dargestellt ist, mehrmals zwischen den beiden Wandungen 18 und 21 hin und her reflektiert und durchläuft jedes Mal das senkrecht zur Zeichenebene in 2 durch den Innenraum 6 strömende Fluid, so das eine stetige Abschwächung der Laserstrahlung 2 bewirkt wird. Da das dadurch erwärmte Fluid aufgrund des Durchströmens durch den Innenraum 6 zu dem Fluidmodul 5 gelangt, in diesem abgekühlt wird, und erneut durch den Innenraum geführt wird, kann eine hohe Energieaufnahme und damit eine sehr große Kühlrate bereitgestellt werden.
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Das Eintrittsfenster 8 kann ein Quarzfenster sein. Es ist jedoch auch Saphirglas oder ein anderes Glas, insbesondere ein Glas, welches bezüglich Transmission auf die Wellenlänge der zu absorbierenden Strahlung angepaßt ist.
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Der Hauptteil 7 und die Platte 19 können nicht nur aus Edelstahl, sondern auch aus jedem anderen geeigneten Metall oder Metall-Legierung gebildet sein. Wesentlich ist, daß die beiden Wandungen 18 und 21 reflektierende Eigenschaften für die Laserstrahlung 2 aufweisen, für die die Strahlfalle 1 ausgelegt ist.
