WO2015055222A1 - Kühlsystem für ein optisches element einer laseranlage und anordnung einer laseranlage mit einem kühlsystem - Google Patents

Kühlsystem für ein optisches element einer laseranlage und anordnung einer laseranlage mit einem kühlsystem Download PDF

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WO2015055222A1
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cooling
fluid
cooling fluid
pressure
pressure control
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PCT/EP2013/003095
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Christian Boettcher
Gerhard Link
Markus Pieger
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Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
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Publication date
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    • G02B7/181—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • G02B7/1815—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation with cooling or heating systems
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0071—Beam steering, e.g. whereby a mirror outside the cavity is present to change the beam direction

Definitions

  • Cooling system for an optical element of a laser system and arrangement of a laser system with a cooling system
  • the invention relates to a cooling system for at least one pressure-controlled optical element, in particular for at least one adaptive laser mirror, with an element cooling fluid system, in particular an element cooling circuit, for a
  • Element cooling fluid for cooling the optical element.
  • the optical properties of the optical element are adjustable by the voltage applied to the optical element element cooling fluid pressure.
  • the invention relates to a laser machine for mechanical
  • a laser system in particular with an adaptive laser mirror, as well as with an aforementioned cooling system for the optical element.
  • a laser beam on an optical element of a laser system such. B. a deflection mirror, this can be considerably heated by the laser beam.
  • a laser system usually has
  • Cooling system in which z. B. water circulates as a cooling medium between the optical elements and a cooling unit.
  • the cooling water has to travel relatively long distances within the laser processing system in order to move from the cooling unit to the optical elements to be cooled and back again.
  • cooling water in various laser applications also serves to control the pressure of special optical elements whose optical properties can be adjusted with the help of an applied control pressure.
  • a laser processing apparatus which comprises an adaptive mirror.
  • the curvature of the mirror surface is varied in this case by means of compressed air.
  • the pressure applied to the adaptive mirror control pressure of the compressed air can be adjusted continuously by an electropneumatic valve.
  • the invention has set itself the task of freedom of design
  • the object is achieved by a cooling system having the features of claim 1 and a laser system having the features of claim 11.
  • the static fluid pressure component of the circulating element cooling fluid of the cooling system can be adjusted by means of a pressure control device.
  • the resulting pressure on the optical element is composed of a static and optionally a dynamic pressure component.
  • Pressure control device is highly compressible, z. B. by the volume available for the element cooling fluid is changeable.
  • the change in the static pressure component by a pressure piston which acts on the element cooling fluid. In this way, the static
  • Fluid pressure component can be influenced without that thereby the
  • the element cooling fluid for pressure control is operatively connected to a pressure control fluid other than the element cooling fluid.
  • Cooling system thus has a pressure control device by means of which the
  • Fluid pressure of the element cooling fluid, which is applied in the optical element, is adjustable by the element cooling fluid with one of the element cooling fluid
  • the pressure control device is a pressure control device.
  • preferred embodiment allows a highly accurate pressure control, especially when the pressure control fluid is gaseous.
  • the element cooling fluid is also operatively connected to heat dissipation with a plant cooling fluid circulating separately in the cooling system.
  • the cooling system accordingly has a heat exchanger, by means of which heat from the element cooling fluid can be discharged by the element cooling fluid with a system cooling fluid circulating separately in the cooling system is in operative connection.
  • the cooling system according to the invention therefore has, in addition to the element cooling fluid, at least one further fluid or a further fluid circuit for specific tasks in the cooling system.
  • inventive measure the design freedom of the cooling system is increased.
  • the fluids or fluid circuits can be designed optimized for each purpose. Due to the separation of functions, malfunctions or
  • Fluctuations in the area of the other fluid or of the other fluid circuit do not directly affect the element cooling circuit.
  • the risk that pressure fluctuations in the cooling medium cycle arise that complicate a precise adjustment of the fluid pressure at the optical element On the one hand arise such pressure fluctuations due to fluidic effects, such. B. back pressure, in the long
  • Cooling medium act in it, which then take unwanted influence on the fluid pressure.
  • the fluid pressure at the optical element can be set more precisely and stably.
  • the element cooling system is preferably for cooling and
  • laser system is also a variant of the invention advantageous in which the element cooling system, in particular the element cooling circuit, for cooling and possibly.
  • the element cooling system in particular the element cooling circuit, for cooling and possibly.
  • a cooling system can have a (central) system cooling circuit and several element cooling circuits.
  • Pressure control fluid to use particularly suitable fluid but not itself must be particularly suitable for use as a cooling medium.
  • a fluid can be selected as the element cooling fluid, which enables efficient heat removal in the first place.
  • the element cooling fluid is liquid, which proves to be advantageous, especially due to the higher thermal conductivity and capacity of liquids compared to gases.
  • the element cooling fluid is gel-like and in particular thixotropic.
  • the heat transfer through the element cooling fluid is gel-like and in particular thixotropic.
  • Element cooling fluid can be accomplished predominantly by heat conduction, as the high viscosity of the gel-like element cooling fluid prevents convection. In other cases, however, heat transfer is effected, at least to a significant degree, by circulation / circulation of the element cooling fluid in the element cooling fluid system. Consequently, the element cooling fluid system is then an element cooling circuit. Depending on the design of the element cooling circuit, the circulation can be caused solely by temperature differences and thereby
  • Fluid conveyance such as a circulating pump, be accomplished.
  • the pressure control fluid is gaseous. Setting a
  • Control pressure in a gaseous pressure control fluid is easier and more accurate than a liquid, in particular due to the high compressibility of a gas.
  • the use of a gaseous pressure control fluid is advantageous in that a gas pressure control device is less expensive, smaller in size, and lighter in weight than a similar device for liquids.
  • air is a cheap and environmentally friendly variant of a pressure control fluid.
  • Process gas can also be used for the supply of the pressure control fluid.
  • Process gas may be related to one
  • the element cooling fluid is compressed or pressurized more or less strongly at at least one pressure feed chamber.
  • the pressure control fluid and the element cooling fluid are operatively connected to communicate the pressure from the pressure control fluid to the element cooling fluid.
  • a variant is characterized in which the element cooling fluid and the pressure control fluid for pressure control are directly in operative connection with each other.
  • direct operative connection can be realized by bringing together a liquid element cooling fluid and a gaseous pressure control fluid in a pressure feed chamber. Due to the difference in density, a liquid phase forms with the element cooling fluid and above that a gaseous phase with the pressure control fluid. The liquid cooling medium phase is connected to the cooling fluid system.
  • gaseous pressure control fluid phase is to a gas pressure control device
  • the pressure control gas transfers the set gas pressure to the liquid element cooling fluid.
  • the pressure feed takes place at the geodetically uppermost point of the element cooling fluid system.
  • the two fluids are in operative connection with one another, in particular a fluid-impermeable pressure feed element.
  • a fluid-impermeable pressure feed element for example, may be provided as a Druckeinspeiseelement a barrier liquid layer, which is formed in the Druckeinspeisehunt between the element cooling fluid phase and the pressure control fluid phase.
  • a Druckeinspeiseelement is provided in the form of a membrane or a pressure piston.
  • the membrane or the pressure piston is directly between the two fluids
  • Pressure control device is arranged on the optical element, in particular in a housing of the optical element is arranged.
  • the dynamics of Pressure control increases as the pressure is adjusted directly on the optical element.
  • the pressure control device has a pressure control fluid reservoir.
  • This variant is characterized by the advantage that z. B. no pressure line from a central pressure supply system
  • the pressure control fluid reservoir is connected for loading or refilling to a process gas line for a laser processing head.
  • Process gas line is advantageously used for an additional purpose.
  • the cooling system is provided with at least one circulation pump, by means of which the element cooling fluid in the element cooling fluid system or element cooling circuit can be circulated is.
  • the cooling system can be designed such that a circulation of the element cooling fluid in the element cooling circuit in the manner of
  • Thermosyphons done.
  • the element cooling fluid heated at the optical element rises due to its lower density in the element cooling circuit. There, it cools down and then, due to its now higher density, sinks back down to the optical element. Often it is necessary to use the element cooling circuit relatively large
  • the cooling system preferably has at least one heat exchanger.
  • the heat from the element cooling fluid can be applied to a liquid or
  • gaseous fluid to be transferred is particularly preferred.
  • a variant with an indirect heat exchanger in which the fluid flows over a
  • heat-transmitting component are in operative connection.
  • a heat dissipation from the element cooling fluid to a heat-absorbing component of the laser system such as. B. a steel beam of Laser system, done.
  • heat dissipation can take place at least largely or even exclusively from the optical element to adjacent components of the laser system.
  • the element coolant and the equipment cooling fluid are above the housing of the optical element
  • the cooling system according to the invention in particular according to the above-mentioned advancements or developments, can be used for cooling an optical element of any laser system.
  • it can be used in a laser system which is essentially "only" formed by a laser aggregate, a laser resonator or a laser source, but the use of the inventive cooling system on a laser system which drives at least one drive axis, ie at least one, is particularly preferred movable
  • Plant unit includes.
  • the invention therefore also relates to a laser machine for machining machined parts, comprising a driven, in particular rotationally driven, system unit and with a pressure-controlled optical element arranged on the system unit, in particular with an adaptive laser mirror, and with a cooling system according to the above embodiments with a corresponding element -Ksselfluidsystem.
  • the closed element cooling fluid system is arranged on the driven movable system unit of the laser system.
  • the element cooling fluid system is arranged as a closed element cooling fluid system on the movable equipment unit as it is fully disposed on the movable equipment unit, ie, the element cooling fluid only flows in ducts mounted on the equipment unit.
  • the element cooling fluid therefore does not have to traverse the axis of motion of the system unit, but only possibly existing axes of motion within the system unit.
  • the element cooling fluid traverses in the element Cooling fluid system but no movement axis of the laser system.
  • line sections which are arranged on the one hand on the system unit and on the other hand on a carrier unit for the system unit, complex and fault-prone connection means can be omitted.
  • Carrier unit is rotationally driven, as particularly prone to failure and consuming
  • the plant unit is preferably a freely rotatable unit, i. H. after a 360 ° rotation, the initial state is restored, so that the unit does not have to be turned back again or can be rotated as often as desired by 360 °.
  • the construction of the plant unit results in a plant unit with a compact, low-maintenance and precisely controllable cooling system.
  • the system unit is driven movably mounted on a carrier unit of the laser system.
  • a carrier unit are a fixed machine body of the laser system or a carriage of a moving unit, which z. B. itself is mounted on a machine body of the laser system.
  • Plant unit arranged as the element cooling fluid system.
  • a structurally advantageous variant results if a plant cooling circuit for a system cooling fluid operatively connected to the element cooling fluid
  • Power unit driven movable, in particular rotationally mounted is stored.
  • Plant cooling fluid is a development of the invention, in which a standing with the element cooling fluid in thermal contact
  • Heat emission element is arranged on the system unit.
  • a heat receiving element in thermal contact with the plant cooling fluid arranged on the carrier unit.
  • a cross-axis heat exchanger is formed in this way.
  • the cherriesabgabe- and the heat receiving element are designed and arranged such that a heat dissipation of the
  • Heat transfer element can be made to the heat receiving element.
  • the two elements can touch each other for heat transfer or slide against each other. Preferably, a gap is provided between them, albeit a very narrow gap over which the heat transfer is substantially non-contact.
  • the two elements are movable relative to each other, in particular rotatable, so that the possibilities of movement of the system unit relative to the carrier unit are not limited by the cross-axis heat exchanger.
  • a particularly compact heat exchanger over an axis of rotation is formed by the heat-emitting element and the heat receiving element are annular or at least ring segment-like and are arranged at least almost concentric with the axis of rotation about which the system unit is rotationally driven relative to the carrier unit.
  • the heat-emitting element and the heat receiving element are annular or at least ring segment-like and are arranged at least almost concentric with the axis of rotation about which the system unit is rotationally driven relative to the carrier unit.
  • Plant unit and carrier unit heat transfer can take place.
  • the ring or ring segment-shaped elements can be arranged axially offset from one another.
  • one of the elements is at least partially disposed radially within the other element.
  • Pressure control means by means of which the fluid pressure of the element cooling fluid is adjustable, which rests in the optical element, arranged on the same system unit as the element cooling fluid system. It is understood that it is of particular advantage if the pressure control device is developed according to the aspects stated above and below.
  • the element cooling fluid system is formed on the system unit such that the element cooling fluid remains in the optical element during operation of the optical element, ie, does not leave a housing of the optical element.
  • the element cooling fluid system. ie that Recording volume or the channels for the element cooling fluid are thus completely covered by the housing of the optical element. This results in a compact unit.
  • a separate cooling pipe system or the like for the element cooling fluid can be dispensed with. The thus reduced amount of required element cooling medium increases the dynamics with which the fluid pressure of the Eiement cooling medium
  • Pressure control device by means of which the applied in the optical element fluid pressure of the element cooling fluid is adjustable, takes place in the housing of the optical element.
  • the element cooling fluid is again directly in contact with a, in particular gaseous, pressure control fluid
  • Druckeinspeiseelement z. B. be adjustable directly by means of an electric motor.
  • the actuator for.
  • the electric motor attached to the housing of the optical element or part of the assembly of the optical element.
  • a hydraulic or pneumatic auxiliary unit which flatten the control pressure characteristic.
  • the additional unit has z.
  • a membrane or a pressure piston which are adjustable by means of an actuator. By means of the membrane or the pressure piston, the pressure of the
  • Adjusting pressure control fluid which in a receiving volume of the auxiliary unit, such as a printing cylinder is recorded.
  • the pressure control fluid in turn is in operative connection with the element cooling fluid in the optical element directly or via a pressure feed element (eg a further diaphragm or a further pressure piston).
  • the auxiliary unit and the actuator are attached to the housing of the optical element.
  • the optical element can be designed such that the heat is dissipated by the element cooling fluid exclusively to the surrounding components. However, it may also be provided in turn a separate system cooling fluid for at least complementary heat dissipation. This can, as described above, via the housing of the optical element with the element cooling fluid in operative connection, for. Example, by means of a cooling fluid channel in an adjacent component, or even with the element cooling fluid in operative connection by even a plant cooling fluid conduit is guided through the housing of the optical element itself.
  • the heat transfer in the element cooling fluid may for example be designed such that a circulation of the element cooling fluid in the element in the manner of a thermosiphon, as already explained above, takes place.
  • FIG. 1 a laser processing system for the mechanical 3D machining of workpieces; 1, the basic structure of a rotationally driven rotary / swivel arm of the laser processing system according to FIG. 1, the basic design of a cooling system for cooling an adaptive mirror of the laser processing system according to FIG. 1 6 shows the basic structure of a cooling system for cooling an adaptive mirror of the laser processing system according to FIG. 1 according to a fourth design, and FIG the basic structure of a cooling system for cooling an adaptive mirror of the laser processing system of FIG. 1 according to a fifth type.
  • a laser processing system 1 has a fixed one
  • Machine body 2 three carrier carriages 3, 4, 5 and a rotary / pivoting arm 6.
  • the carrier carriages 3, 4, 5 are each along a linear axis 7, 8, 9
  • the rotary / pivoting arm 6 is about a vertical axis of rotation 10th
  • the carrier carriage 5 consequently forms a carrier unit for the rotary / pivoting arm 6.
  • the rotary / pivot arm 6 comprises a laser processing head 11, which is rotatably mounted in the rotary / pivot arm about a horizontal pivot axis 12 (FIG. 3).
  • the laser processing head 11 may be used for distance control Laser processing nozzle 13 (Fig. 3) relative to a workpiece 14 have a further, not shown, linear drive axle.
  • the workpiece 14 can be laser cut and / or welded along an almost arbitrary 3-D contour.
  • the workpiece 14 For storage of the workpiece 14 during processing, the
  • Laser processing system 1 a workpiece table 15.
  • the structure of the laser processing system 1 shown in FIG. 1 provides a
  • Machining optics another arrangement of the axes of movement to each other and with further axes of movement for the workpiece 14 conceivable.
  • the laser beam 16 is generated in an only indicated laser unit 17, which is part of a z. B. set up next to the machine body 2
  • Supply unit 18 is.
  • a beam guide 19 with a plurality of optical elements such as laser mirrors, lenses, filters, etc. are provided. In FIG. 1, only one deflecting mirror 20 is shown by way of example.
  • the laser processing system 1 has a plurality of
  • the supply lines 21 are indicated in Fig. 1 for reasons of clarity only in principle.
  • the laser processing system 1 has a cooling system 22 in order to cool the optical elements, which can be heated by the laser beam 16. It has a system cooling system, in particular a system cooling circuit 23 (FIG. 2), in which system cooling water circulates as system cooling fluid.
  • a central cooling unit 24 serves to cool the system cooling water, which is circulated by means of a pump, not shown.
  • the cooling unit 24 may be part of the supply unit 18 set up at the machine body 2, for example. It can also be set up separately from the other laser processing system 1. For example, it may even be located on another floor of the machine hall.
  • the cooling unit 24 can also provide plant cooling water for several laser processing systems 1.
  • the system cooling water is when leaving the cooling unit 24 z. B. under an operating output pressure of a maximum of about 4.5 bar and is using
  • Plant cooling circuit 23 is also located on the carrier carriage 5, on which the rotary / pivoting arm 6 is mounted.
  • two pressurized water lines 25, which lead into the carriage 5, are shown by way of example in FIG.
  • the cooling system 22 For cooling an adaptive deflection mirror 26 and optionally further optical elements which are arranged on the rotary / pivoting arm 6, the cooling system 22 has an element cooling system, in particular an element cooling circuit 27, which is self-contained on the rotary / pivoting arm 6 is arranged.
  • an element cooling water separate from the plant cooling water circulates as the element cooling fluid. That way you can
  • the basic structure of a variant of an element cooling circuit 27 will be explained below with reference to FIG. 2 and FIG. 3.
  • the element cooling circuit 27 is connected to the adaptive mirror 26 and in addition to a further deflection mirror 28 (FIG. 3) on the drum pivot arm 6.
  • the adaptive mirror 26 has z. B. a deformable metal diaphragm plate 29 and a housing 40. In the housing, a pressure chamber 44 is provided for the element cooling water. One side of the metal diaphragm disk 29 forms a Mirror surface for the incident on the adaptive mirror 26 laser beam 16. The other side of the metal diaphragm plate 29 is pressurized by the element cooling water in the pressure chamber 44. On the one hand, the element cooling water serves to remove heat, which is caused by the laser beam 16 of the
  • Metal diaphragm disk 29 is supplied.
  • the pressure (or the static pressure component) of the element cooling water in the pressure chamber 44 the curvature of the metal diaphragm disk 29 can be changed and thereby the optical properties of the mirror surface can be changed or adjusted. The change in optical properties is reflected in the
  • a precise and dynamic control of the element cooling water pressure in the adaptive mirror 26 therefore has a decisive influence on the processing result of the laser processing system 1.
  • Pressure control device is provided, by means of which the pressure of the element cooling fluid via a pressure control fluid can be controlled or regulated.
  • a pressure control fluid z. B. compressed air, which is supplied for example from a central compressed air system of the laser processing system 1.
  • a non-illustrated pressure generator (compressor) and / or a pressure control fluid reservoir 46 on the rotary / pivot arm 6 be provided, which must be refilled from time to time.
  • the reservoir 46 may have a direction indicated in FIG.
  • Supply line 47 may be connected to process gas, which to the
  • Laser processing head 1 1 leads. In addition, not shown
  • Connection means may be provided to periodically element cooling water
  • a pressure feed chamber 31 is used to feed the set by means of a gas pressure regulator 45 air pressure on the element cooling water. In this way, the static pressure component of the element cooling water is changed. In geodetically lower part of the Druckeinspeisehunt 31, the heavier element cooling water accumulates, while in the geodesic upper part of the pressure feed chamber 31, the lighter compressed air accumulates. At the phase boundary 32, the two fluids for pressure control are in direct operative connection. To the
  • the pressure feed chamber 31 is preferably located at the geodetic top point of the element cooling circuit 27.
  • Membrane or a piston are separated, but continue to be operatively connected to the pressure feed or ⁇ transmission.
  • the compressed air in the central compressed air system of the laser processing system 1 to an operating pressure of about 6 bar.
  • Pressure control device 30 can set the air pressure in a range of 0 to 3.5 bar with high precision.
  • the element cooling circuit 27 furthermore has a circulating pump 34, by means of which the element cooling water in the element cooling circuit 27
  • the element cooling circuit 27 may be designed such that the circulation of the element cooling water takes place in the manner of a thermosiphon.
  • the cooling system 22 has a heat exchanger 35 for the element cooling water.
  • the element cooling fluid for heat dissipation with the separately circulating in the cooling system 22 system cooling water in operative connection without pressure fluctuations in the system cooling circuit can penetrate the element cooling circuit.
  • Cooling element such as. B. a Peltier element, and / or heat dissipation by thermal contact with a heat-receiving component of
  • Laser processing system 1, z As a steel beam can be provided. In contrast to a water / water or water / air heat exchanger 35, the heat absorbed by the component is not targeted to another
  • Transfer cooling medium but stored in the component, derived or gradually released to the environment.
  • FIG. 3 shows a highly schematic sectional view of the rotary / pivoting arm 6 with a cooling system 22 according to FIG. 2.
  • the rotary / pivoting arm 6 is mounted on the support carriage 5 by means of a rotary bearing 36. It can be rotated freely about the axis of rotation 10, in particular as often rotated in both directions of rotation by 360 °.
  • On the Dretv / pivot arm 6 of the adaptive mirror 26 and the deflecting mirror 28 are arranged, which guide the guided by the carriage 5 in the rotary / pivoting arm 6 laser beam 16 to the laser processing nozzle 3 of the laser processing head 1 1.
  • the water pipes 37 of the element cooling circuit 27 are all mounted on the rotary / pivot arm 6.
  • the element cooling circuit 27 is thus arranged closed on the DrelWSchwenkarm 6.
  • the lines 37 in FIG. 3 are indicated only in sections.
  • the line length of the element cooling circuit 27 is made relatively short, so that a generation of pressure fluctuations due to dynamic axis movements of the
  • Laser processing system 1 or significantly reduced due to fluidic effects.
  • Element cooling circuit 27 arranged.
  • the heat exchanger 35 for the element cooling fluid is partially at the rotary
  • An annular heat-dissipating member 41 is in thermal contact with the element cooling fluid by e.g. B. has a spiral channel through which flows the element cooling water.
  • the annular heat-emitting element 41 is attached concentrically to the axis of rotation 10 on the DrelWSchwenkarm 6.
  • An annular heat receiving element 42 is also concentric with
  • Rotary axis 10 attached to the carriage 5. It is in thermal contact with the system cooling water.
  • the heat receiving element 42 may be for this purpose for example, also have a spiral channel, which is flowed through by the system cooling water.
  • the heat-absorbing element 42 engages around the heat-dissipating element 41.
  • the heat-dissipating and heat-absorbing element 41, 42 are not firmly connected to one another, but freely rotatable relative to one another.
  • Between the two elements 41, 42 is an annular gap 43, but with z. B. about 0.02 mm is formed relatively narrow to sufficient heat transfer from the
  • Circular cylinder made of copper or an aluminum alloy.
  • the respective spiral-shaped channel extends around the longitudinal axis of the circular cylinder.
  • the circular cylinders can each be constructed of a plurality of stacked metal rings having recesses, which in the stacked state the respective
  • the elements 41, 42 may also be substantially the same
  • a comparable cross-axis heat exchanger can also be provided for the case that a to be cooled and possibly pressure-controlled optical element is arranged on a system unit, which along a linear
  • Drive axis relative to a support unit for the system unit is movable.
  • the heat-dissipating and heat-absorbing element must be movable relative to one another along the linear drive axis.
  • FIG. 4 shows the schematic structure of a second variant of a cooling system 122.
  • the same or similar components are compared to the cooling system of Figure 2 provided with increased by 100 reference numerals.
  • the cooling system 122 in turn comprises an adaptive deflection mirror 126 with a metal diaphragm disk 129, on which the laser beam 116 is reflected. Furthermore, the deflection mirror 126 has a housing 140 which encloses a pressure chamber 144 for the element cooling fluid, in particular the element cooling water. In the pressure chamber 144 annular channels for the cooling fluid are arranged, as shown in Figure 4 is sketched. The resulting in operation circulation of the element cooling water in the channels of the pressure chamber 144 in the manner of a thermosiphon is indicated in Figure 4 by the arrows 150.
  • the element cooling fluid is heated by the thermal energy introduced by the laser beam 116. This lowers the density of the element cooling water. It rises in the pressure chamber 144 up and away from the metal diaphragm disk 129 away. In the part of the metal membrane disk 129 remote from the
  • the element cooling water is cooled by the heat through the housing of the deflecting mirror 126 is delivered to an adjacent component 151.
  • the heat flow is indicated by the arrows 152.
  • the heat is stored there, derived or gradually released to the environment.
  • the adjacent component 151 may also be supported by a not shown
  • the element cooling water does not leave the deflection mirror 126, but circulates exclusively within the housing 140 of the deflection mirror 126.
  • a Druckeinspeisehunt 131 is arranged.
  • Pressure control device 130 may be constructed according to the variant of Figure 2 and reference is made to the local statements.
  • the, in particular gaseous, pressure control fluid can also in the variant according to FIG. 4 directly via a phase boundary 132 or via a pressure feed element 133, e.g. B. in the form of a membrane or a pressure piston, are in operative connection with the element cooling water.
  • FIG. 5 shows the schematic structure of a third variant of a cooling system 222.
  • the same or similar components are compared to the cooling system of Figure 2 with reference numerals increased by 200 provided.
  • the variant according to FIG. 5 corresponds predominantly to the variant according to FIG. 4. Reference is therefore made to the statements there.
  • the main difference between the two variants is the design of the pressure chamber 244 of the deflecting mirror 226.
  • the pressure chamber 244 has no cooling fluid channels as in the variant of Figure 4, but a cooling fluid chamber 244, in which the arrows 250th characterized flow of the element cooling water is formed.
  • a gel-like or thixotropic cooling medium cooling fluid
  • the heat dissipation is largely by heat conduction (in Fig. 5 in the horizontal direction from right to left) without significant fluid movement.
  • the variant according to FIG. 5 has a simpler construction and can therefore be produced less expensively.
  • FIG. 6 shows the schematic structure of a fourth variant of a cooling system 322.
  • the same or similar components are compared with the cooling system 22 of Figure 2 with reference numerals increased by 300 provided.
  • the cooling system 322 according to FIG. 6 is similar to the cooling system 222 according to FIG. 5, so that reference is made to the explanations regarding FIG.
  • the essential difference from the variant according to FIG. 5 is the design of the pressure control device 330.
  • the pressure control device 330 has a mechanical actuator in the form of an electric motor 354, which is attached to the housing 340 of the deflection mirror 326.
  • the electric motor 354 is connected to cables 355 for driving and power supply.
  • the electric motor 354 drives an adjuster tappet 356 with a movement toward and away from the pressure feed chamber 331. At one end is the adjusting plunger
  • the membrane is the pressure of a, in particular gaseous
  • Pressure control fluid in a receiving volume 358 set.
  • the pressure control fluid in turn is immediately above a phase boundary 332 or a
  • the pressure piston 357 or the diaphragm and the receiving volume 358 with the pressure control fluid form an assembly 359, by means of which the control pressure characteristic of the electric motor 354 is flattened to ensure a more precise adjustment of the pressure in the deflection mirror 326.
  • FIG. 7 also shows the schematic structure of a fifth variant of a cooling system 422.
  • the same or similar components are compared to the cooling system 22 of Figure 2 with reference number increased by 400.
  • the cooling system 422 according to FIG. 7 largely corresponds to the cooling system 322 according to FIG. 6. Reference is made to the explanations there.
  • the cooling system 422 has no additional aggregate between the electric motor 454 and the pressure feed element 433 in the form of a pressure piston or a membrane.
  • the adjusting ram 456 is directly connected to the Druckeinspeiseelement 433.
  • the variant is particularly suitable if the requirements for a precise setting of the pressure of the element cooling fluid are not particularly high or in conjunction with high-precision mechanical
  • Cooling system 22 may be attached to the rotary / pivot arm 6 of the laser processing system 1 according to Figure 3, in which case the element cooling water only for cooling the respective adaptive deflection mirror 126, 226, 326, 426 is used.
  • the remaining optical elements must be cooled by means of one or more further element cooling systems.
  • the cross-axis heat exchanger 35 can be dispensed with in these variants or at least does not serve for heat removal from the element cooling water of the corresponding adaptive deflection mirror 126, 226, 326, 426.
  • All pressure control devices 30, 130, 230, 330, 430 are suitable for control by a numerical control system.
  • the pressure control devices 30, 130, 230, 330, 430 are suitable for control by a numerical control system.
  • the pressure control devices 30, 130, 230, 330, 430 are suitable for control by a numerical control system.
  • Pressure control devices 30, 130, 230, 330, 430 also not shown
  • the sensors may also be arranged in the region of the pressure chambers 144, 244, 344, 444 and directly detect the pressure of the element cooling fluid in the pressure chambers.

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Abstract

Es wird ein Kühlsystem für zumindest ein druckgesteuertes optisches Element, im Speziellen für zumindest einen adaptiven Laserspiegel (26) beschrieben. Das Kühlsystem weist eine Drucksteuereinrichtung (30) auf, mittels derer der am optischen Element anliegende Druck durch Ändern der statischen Fluiddruckkomponente des Element-Kühlfluids mittels einer Druckeinspeisekammer (31) einstellbar ist. Des Weiteren wird eine Laseranlage (Fig. 1) zur maschinellen Werkstückbearbeitung mit einer drehangetriebenen Anlageneinheit (6) beschrieben. Die Anlageneinheit (6) ist mit einem geschlossenen Element-Kühlfluidsystem (27) für zumindest ein optisches Element (26) auf der Anlageneinheit (6) versehen.

Description

Kühlsystem für ein optisches Element einer Laseranlage und Anordnung einer Laseranlage mit einem Kühlsystem
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für zumindest ein druckgesteuertes optisches Element, im Speziellen für zumindest einen adaptiven Laserspiegel, mit einem Element-Kühlfluidsystem, insbesondere einem Element-Kühlkreislauf, für ein
Element-Kühlfluid zum Kühlen des optischen Elements. Die optischen Eigenschaften des optischen Elements sind durch den am optischen Element anliegenden Druck des Element-Kühlfluids einstellbar.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Laseranlage zur maschinellen
Werkstückbearbeitung, mit einer angetrieben bewegbaren, insbesondere
drehangetriebenen Anlageneinheit und mit einem an der Anlageneinheit
angeordneten, druckgesteuerten optischen Element, im Speziellen mit einem adaptiven Laserspiegel, sowie mit einem eingangs genannten Kühlsystem für das optische Element. Wenn ein Laserstrahl auf ein optisches Element einer Laseranlage, wie z. B. einen Umlenkspiegel, trifft, kann dieses durch den Laserstrahl erheblich erwärmt werden. Um die eingebrachte Wärme abzuführen, weist eine Laseranlage i. d. R. ein
Kühlsystem auf, in dem z. B. Wasser als Kühlmedium zwischen den optischen Elementen und einem Kühlaggregat zirkuliert. Beispielsweise muss im Falle von Laseranlagen zur maschinellen 3D-Bearbeitung von Werkstücken das Kühlwasser relativ lange Wege innerhalb der Laserbearbeitungsanlage überwinden, um von dem Kühlaggregat zu den zu kühlenden optischen Elementen und wieder zurück zu gelangen.
Neben der Kühlung von optischen Elementen dient Kühlwasser in verschiedenen Laseranwendungen auch zur Drucksteuerung spezieller optischer Elemente, deren optische Eigenschaften mit Hilfe eines anliegenden Steuerdruckes eingestellt werden können. -
Ein Beispiel für eine solche Laseranlage in Form einer Laserschneidmaschine wird durch die EP 0 680 805 B1 beschrieben. Durch den anliegenden Kühlwasserdruck wird die Wölbung der Spiegelfläche eines sogenannten adaptiven Umlenkspiegels verändert. Zur Einstellung des Wasserdrucks, der an dem Spiegel anliegt, dienen mehrere parallel geschaltete Drosselventile oder ein Druckregel entil, welche das zirkulierende Kühlwasser passiert, bevor es dem adaptiven Spiegel zugeführt wird. Der Wasserdruck am Spiegel wird folglich durch Ändern des Druckverlustes erzielt, den das Wasser vor Erreichen des Spiegels erfährt. Mit dem Ändern des
Druckverlustes ändern sich gleichzeitig z. B. die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Durchflussmenge des Kühlwassers und damit die Kühlwirkung.
Aus der DE 196 13 252 A1 ist ebenfalls ein Laserbearbeitungsgerät bekannt, welches einen adaptiven Spiegel umfasst. Die Wölbung der Spiegelfläche wird in diesem Fall mit Hilfe von Druckluft variiert. Der an dem adaptiven Spiegel anliegende Steuerdruck der Druckluft kann durch ein elektropneumatisches Ventil stufenlos eingestellt werden.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Gestaltungsfreiheit eines
Kühlsystems für ein optisches Element einer Laseranlage zu erhöhen. Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Laseranlage mit den Merkmalen von Anspruch 11. Im Sinne der Erfindung ist die statische Fluiddruckkomponente des zirkulierenden Element-Kühlfluids des Kühlsystems mit Hilfe einer Drucksteuereinrichtung einstellbar. Der resultierende Druck an dem optischen Element setzt sich aus einer statischen und gegebenenfalls einer dynamischen Druckkomponente zusammen. Mittels der Drucksteuereinrichtung erfolgt die Änderung der statischen
Druckkomponente insbesondere, indem das Element-Kühlfluid mittels der
Drucksteuereinrichtung unterschiedlich stark komprimierbar ist, z. B. indem das für das Element-Kühlfluid zur Verfügung stehende Volumen änderbar ist. Beispielsweise erfolgt die Änderung der statischen Druckkomponente durch einen Druckkolben, der auf das Element-Kühlfluid einwirkt. Auf diese Weise kann die statische
Fluiddruckkomponente beeinflusst werden, ohne dass sich dadurch die
Strömungsgeschwindigkeit des Element-Kühlfluids wesentlich ändert. So sind der Druck des Kühlfluids, durch den die optischen Eigenschaften des optischen
Elements eingestellt werden, und die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlfluids, die die Kühlleistung bestimmt, nahezu unabhängig voneinander steuerbar.
Vorzugsweise steht das Element-Kühlfluid zur Drucksteuerung mit einem von dem Element-Kühlfluid verschiedenen Drucksteuerfluid in Wirkverbindung. Das
Kühlsystem weist folglich eine Drucksteuereinrichtung auf, mittels derer der
Fluiddruck des Element-Kühlfluids, welcher im optischen Element anliegt, einstellbar ist, indem das Element-Kühlfluid mit einem von dem Element-Kühlfluid
verschiedenen Drucksteuerfluid in Wirkverbindung steht. Im Speziellen handelt es sich bei der Drucksteuereinrichtung um eine Druckregeleinrichtung. Diese
bevorzugte Ausführungsform ermöglicht eine hochgenaue Drucksteuerung bzw. -regelung, insbesondere, wenn das Drucksteuerfluid gasförmig ist.
Vorteilhafterweise steht das Element-Kühlfluid außerdem zur Wärmeabfuhr mit einem separat im Kühlsystem zirkulierenden Anlagen-Kühlfluid in Wirkverbindung. Das Kühlsystem weist demzufolge einen Wärmeüberträger auf, mittels dessen Wärme von dem Element-Kühlfluid abführbar ist, indem das Element-Kühlfluid mit einem separat im Kühlsystem zirkulierenden Anlagen-Kühlfluid in Wirkverbindung steht.
In der bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Kühlsystem also zusätzlich zum Element-Kühlfluid mindestens ein weiteres Fluid bzw. einen weiteren Fluidkreislauf für bestimmte Aufgaben im Kühlsystem auf. Durch diese
erfindungsgemäße Maßnahme wird die Gestaltungsfreiheit des Kühlsystems erhöht. Indem einzelne Funktionen des Kühlsystems auf separate Fluide bzw. Fluidkreisläufe aufgeteilt werden, d. h. indem eine Funktionstrennung auf verschiedene Wirkmedien erfolgt, können die Fluide bzw. Fluidkreisläufe für den jeweiligen Zweck optimiert gestaltet werden. Durch die Funktionstrennung wirken sich Fehlfunktionen bzw.
Schwankungen im Bereich des anderen Fluides bzw. des anderen Fluidkreislaufes nicht unmittelbar auf den Element-Kühlkreislauf aus. Beispielsweise besteht bei einer herkömmlichen Laseranlage durch die relativ großen, eventuell variierenden Strecken und Höhenunterschiede, über welche das Kühlmedium umgewälzt werden muss, die Gefahr, dass sich Druckschwankungen im Kühlmediumkreislauf ergeben, die ein präzises Einstellen des Fluiddrucks am optischen Element erschweren. Zum einen entstehen solche Druckschwankungen durch strömungstechnische Effekte, wie z. B. Rückstaudrücke, in den langen
Kühlmedium-Leitungen. Zum anderen ergeben sich die Druckschwankungen, wenn beispielsweise Leitungsabschnitte bei den Arbeitsbewegungen der Laseranlage mitbewegt werden und dadurch erhebliche Beschleunigungskräfte auf das
Kühlmedium darin wirken, die dann unerwünschten Einfluss auf den Fluiddruck nehmen.
Dank eines von dem Kühlsystem getrennten Drucksteuersystems bzw. dank eines von dem Element-Kühlfluidsystem getrennten Anlagen-Kühlfluidsystems,
insbesondere eines Anlagen-Kühlkreislaufes, wirken sich solche
Druckschwankungen nicht unmittelbar auf das Element-Kühlfluidsystem aus. Der Fluiddruck an dem optischen Element kann präziser und stabiler eingestellt werden.
Im Speziellen dient das Element-Kühlsystem vorzugsweise zur Kühlung und
Drucksteuerung von einem einzigen optischen Element. Je nach Bauart der Laseranlage ist aber auch eine Variante der Erfindung von Vorteil, bei welcher das Element-Kühlsystem, insbesondere der Element-Kühlkreislauf, zur Kühlung und ggfs. zur Drucksteuerung von einem oder mehreren zusätzlichen optischen Elementen und/oder einem oder mehreren zusätzlichen nicht-optischen Elementen bzw.
Bauteilen der Laseranlage dient, während andere zu kühlende optische bzw. nichtoptische Elemente der Laseranlage mittels eines separaten Kühlkreislaufes, insbesondere direkt oder indirekt mittels des Anlagen-Kühlkreislaufes, gekühlt werden können. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass ein Kühlsystem einen (zentralen) Anlagen-Kühlkreislauf und mehrere Element-Kühlkreisläufe aufweisen kann.
Zusätzlich zu den oben erläuterten Vorteilen durch die erfindungsgemäße
Abkopplung, ergibt sich bei einer derartigen Variante einer Laseranlage zudem die Möglichkeit zur Energieeinsparung, indem das Element-Kühlfluidsystem nur betrieben wird, wenn die zugeordneten optischen bzw. nicht-optischen Elemente gekühlt bzw. druckgesteuert werden müssen.
Darüber hinaus bietet die Verwendung eines von dem Element-Kühlfluid
verschiedenen Drucksteuerfluids die Möglichkeit, ein für den Einsatz als
Drucksteuerfluid besonders geeignetes Fluid zu verwenden, das aber nicht selbst zur Verwendung als Kühlmedium besonders geeignet sein muss. Gleichzeitig kann als Element-Kühlfluid ein Fluid ausgewählt werden, das in erster Linie eine effiziente Wärmeabfuhr ermöglicht. Bei einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist das Element-Kühlfluid flüssig, was sich vor allem aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit und -kapazität von Flüssigkeiten im Vergleich zu Gasen als vorteilhaft erweist. Besonders
kostengünstig und umweltfreundlich ist die Verwendung von Wasser als Element- Kühlfluid. Entsprechendes gilt für die Verwendung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, als Anlagen-Kühlfluid.
Es ist aber auch vorstellbar, dass das Element-Kühlfluid gelartig und insbesondere thixotrop ist. Insbesondere in diesem Fall kann der Wärmetransport durch das
Element-Kühlfluid überwiegend durch Wärmeleitung bewerkstelligt werden, da die hohe Viskosität des gelartigen Element-Kühlfluids eine Konvektion verhindert. In anderen Fällen wird der Wärmetransport aber zumindest in erheblichem Maße durch eine Zirkulation/Umwälzung des Element-Kühlfluids im Element-Kühlfluidsystem bewirkt. Es handelt sich dann folglich bei dem Element-Kühlfluidsystem um einen Element-Kühlkreislauf. Je nach Bauart des Element-Kühlkreislaufs kann sich die Umwälzung allein durch Temperaturunterschiede und dadurch bewirkte
Dichteunterschiede im Element-Kühlkreislauf einstellen oder durch ein
Fluidfördermittel, wie beispielsweise eine Umwälzpumpe, bewerkstelligt werden. Vorzugsweise ist das Drucksteuerfluid gasförmig. Das Einstellen eines
Steuerdruckes in einem gasförmigen Drucksteuerfluid ist insbesondere dank der hohen Kompressibilität eines Gases einfacher und genauer als bei einer Flüssigkeit. Außerdem ist die Verwendung eines gasförmigen Drucksteuerfluids von Vorteil, da eine Gasdrucksteuereinrichtung kostengünstiger ist, kleiner baut und weniger wiegt als eine vergleichbare Einrichtung für Flüssigkeiten. Im Speziellen stellt Luft eine billige und umweltfreundliche Variante eines Drucksteuerfluids dar.
Als gasförmiges Drucksteuerfluid kommen aber auch Stickstoff oder andere Gase in Frage, die in Laseranlagen mit einem Laserbearbeitungskopf als Prozessgas ohnehin zur Verfügung stehen. Die Nutzung eines Prozessgases als Drucksteuerfluid bietet den Vorteil, dass bereits vorhandene Versorgungsleitungen für das
Prozessgas auch für die Versorgung mit dem Drucksteuerfluid genutzt werden können. Im Speziellen kann sich im Zusammenhang mit einem eventuell
vorgesehenen Drucksteuerfluid-Reservoir eine vorteilhafte Weiterbildung der
Erfindung ergeben, die weiter unten noch detaillierter erläutert wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Element-Kühlfluid an zumindest einer Druckeinspeisekammer mehr oder weniger stark komprimiert bzw. mit Druck beaufschlagt. In der zumindest einen Druckeinspeisekammer stehen beispielsweise das Drucksteuerfluid und das Element-Kühlfluid miteinander in Wirkverbindung, um den Druck von dem Drucksteuerfluid auf das Element-Kühlfluid zu übertragen. -
Durch eine einfache Bauform zeichnet sich eine Variante aus, bei welcher das Element-Kühlfluid und das Drucksteuerfluid zur Drucksteuerung unmittelbar miteinander in Wirkverbindung stehen. Beispielsweise ist die unmittelbare bzw.
direkte Wirkverbindung realisierbar, indem ein flüssiges Element-Kühlfluid und ein gasförmiges Drucksteuerfluid in einer Druckeinspeisekammer zusammengeführt werden. Aufgrund des Dichteunterschiedes bildet sich eine flüssige Phase mit dem Element-Kühlfluid und darüber eine gasförmige Phase mit dem Drucksteuerfluid. Die flüssige Kühlmedium-Phase ist an das Kühlfluidsystem angeschlossen. Die
gasförmige Drucksteuerfluid-Phase ist an eine Gasdrucksteuereinrichtung
angeschlossen. Über die Phasengrenze hinweg überträgt das Drucksteuergas den eingestellten Gasdruck auf das flüssige Element-Kühlfluid. Um einem Vermischen der beiden Fluide entgegenzuwirken sowie ein Volllaufen der Druckeinspeisekammer mit Kühlflüssigkeit zu verhindern, erfolgt die Druckeinspeisung an der geodätisch obersten Stelle des Element-Kühlfluidsystems.
Eine alternative Bauart zeichnet sich durch eine besonders wirkungsvolle
Vermeidung eines Vermischens von Element-Kühlfluid und Drucksteuerfluid aus. In diesem Fall stehen die beiden Fluide über ein, insbesondere fluidundurchlässiges, Druckeinspeiseelement miteinander in Wirkverbindung. Beispielsweise kann als Druckeinspeiseelement eine Sperrflüssigkeitsschicht vorgesehen sein, welche in der Druckeinspeisekammer zwischen der Element-Kühlfluid-Phase und der Drucksteuerfluid-Phase ausbildet ist.
Besonders bevorzugt ist eine Variante, bei welcher ein Druckeinspeiseelement in Form einer Membran oder eines Druckkolbens vorgesehen ist. Insbesondere ist die Membran bzw. der Druckkolben unmittelbar zwischen den beiden Fluiden
angeordnet, d. h. das Drucksteuerfluid liegt an einer Seite der Membran bzw. des Druckkolbens an und das Element-Kühlfluid an der gegenüberliegenden Seite. Eine besonders kompakte Baueinheit aus optischem Element und
Drucksteuereinrichtung ergibt sich, indem eine Druckeinspeisekammer der
Drucksteuereinrichtung an dem optischen Element angeordnet ist, insbesondere in einem Gehäuse des optischen Elements angeordnet ist. Die Dynamik der Drucksteuerung erhöht sich, da die Druckeinstellung direkt am optischen Element erfolgt.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung weist die Drucksteuereinrichtung ein Drucksteuerfluid-Reservoir auf. Diese Variante zeichnet sich durch den Vorteil aus, dass z. B. keine Druckleitung von einer zentralen Druckversorgungsanlage
erforderlich ist. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Variante wird das Drucksteuerfluid-Reservoir zum Be- bzw. Nachfüllen an eine Prozessgas-Leitung für einen Laserbearbeitungskopf angeschlossen. Eine ohnehin vorhandene
Prozessgas-Leitung wird in vorteilhafter Weise für einen zusätzlichen Zweck genutzt.
Um die erforderliche Umwälzung des Element-Kühlfluids im Element-Kühlfluidsystem bzw. im Element-Kühlkreislauf sicherzustellen, ist im Falle einer Erfindungsvariante das Kühlsystem mit zumindest einer Umwälzpumpe versehen, mittels derer das Element-Kühlfluid in dem Element-Kühlfluidsystem bzw. Element-Kühlkreislauf zirkulierbar ist.
Alternativ oder ergänzend kann das Kühlsystem derart gestaltet sein, dass eine Umwälzung des Element-Kühlfluids im Element-Kühlkreislauf nach Art eines
Thermosyphons erfolgt. Das am optischen Element erwärmte Element-Kühlfluid steigt aufgrund seiner niedrigeren Dichte im Element-Kühlkreislauf nach oben. Dort kühlt es ab, um dann anschließend aufgrund seiner nun höheren Dichte wieder zum optischen Element zurück nach unten abzusinken. Häufig ist es erforderlich, mittels des Element-Kühlkreislaufs relativ große
Wärmemengen von dem optischen Element abtransportieren zu können. Aus diesem Grunde weist das Kühlsystem vorzugsweise zumindest einen Wärmeüberträger auf. Die Wärme von dem Element-Kühlfluid kann dabei auf ein flüssiges oder
gasförmiges Fluid übertragen werden. Besonders bevorzugt ist eine Variante mit einem indirekten Wärmeüberträger, bei welcher die Fluidströme über ein
wärmeübertragendes Bauteil in Wirkverbindung stehen.
Alternativ oder ergänzend kann eine Wärmeabfuhr von dem Element-Kühlfluid zu einem wärmeaufnehmenden Bauteil der Laseranlage, wie z. B. einem Stahlträger der Laseranlage, erfolgen. Insbesondere kann eine Wärmeabfuhr zumindest weitgehend oder sogar ausschließlich von dem optischen Element an angrenzende Bauteile der Laseranlage erfolgen. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel stehen das Element-Kühifiuid und das Anlagen-Kühlfluid über das Gehäuse des optischen Elementes als
Wärmeüberträger in Wirkverbindung.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem, insbesondere nach den vorstehend erläuterten Fort- bzw. Weiterbildungen, kann zur Kühlung eines optischen Elementes einer beliebigen Laseranlage dienen. Beispielsweise kann es bei einer Laseranlage verwendet werden, welche im Wesentlichen„nur" durch ein Laseraggregat, einen Laserresonator bzw. eine Laserquelle gebildet wird. Besonders bevorzugt ist aber die Verwendung des erfindungsgemäßen Kühlsystems an einer Laseranlage, welche wenigstens eine Antriebsachse, d. h. zumindest eine angetrieben bewegbare
Anlageneinheit umfasst.
Die Erfindung betrifft daher auch eine Laseranlage zur maschinellen Werkstückbearbeitung, mit einer angetrieben bewegbaren, insbesondere drehangetriebenen, Anlageneinheit und mit einem an der Anlageneinheit angeordneten druckgesteuerten optischen Element, im Speziellen mit einem adaptiven Laserspiegel, sowie mit einem Kühlsystem gemäß den vorstehenden Ausführungen mit einem entsprechenden Element-Kühlfluidsystem. Erfindungsgemäß ist das geschlossene Element-Kühlfluidsystem an der angetrieben bewegbaren Anlageneinheit der Laseranlage angeordnet.
Das Element-Kühlfluidsystem ist insofern als geschlossenes Element- Kühlfluidsystem auf der bewegbaren Anlageneinheit angeordnet, als es vollständig auf der bewegbaren Anlageneinheit angeordnet ist, d. h. das Element-Kühlfluid strömt nur in Leitungen bzw. Kanälen, die auf der Anlageneinheit befestigt sind. Das Element-Kühlfluid muss also die Bewegungsachse der Anlageneinheit nicht überqueren, sondern nur eventuell vorhandene Bewegungsachsen innerhalb der Anlageneinheit. Vorzugsweise überquert das Element-Kühlfluid in dem Element- Kühlfluidsystem aber keine Bewegungsachse der Laseranlage. Zwischen Leitungsabschnitten, die einerseits auf der Anlageneinheit und andererseits auf einer Trägereinheit für die Anlageneinheit angeordnet sind, können aufwändige und störungsanfällige Anschlussmittel entfallen.
Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Anlageneinheit relativ zu der
Trägereinheit drehangetrieben ist, da besonders störanfällige und aufwändige
Drehdurchführungen eingespart werden können. Im Speziellen handelt es sich bei der Anlageneinheit vorzugsweise um eine frei drehbare Einheit, d. h. nach einer 360° Drehung ergibt sich wieder der Ausgangszustand, so dass die Einheit nicht wieder zurück gedreht werden muss bzw. beliebig oft um 360° weiter gedreht werden kann.
Durch den Aufbau der Anlageneinheit ergibt sich eine Anlageneinheit mit einem kompakt bauenden, wartungsarmen und präzise steuerbaren Kühlsystem.
Die Anlageneinheit ist angetrieben bewegbar an einer Trägereinheit der Laseranlage gelagert. Beispiele für eine Trägereinheit sind ein feststehender Maschinenkörper der Laseranlage oder auch ein Schlitten einer Bewegungseinheit, welche z. B. selbst an einem Maschinenkörper der Laseranlage gelagert ist.
Im Falle einer bevorzugten Variante der Erfindung ist wenigstens teilweise ein
Wärmeüberträger für das Element-Kühlfluid an derselben bewegbaren
Anlageneinheit wie das Element-Kühlfluidsystem angeordnet. Eine baulich vorteilhafte Variante ergibt sich, wenn ein Anlagen-Kühlkreislauf für ein mit dem Element-Kühlfluid in Wirkverbindung stehendes Anlagen-Kühlfluid
zumindest teilweise an einer Trägereinheit angeordnet ist, an welcher die
Anlageneinheit angetrieben bewegbar, insbesondere drehangetrieben gelagert ist. Durch eine effiziente Wärmeübertragung von dem Element-Kühlfluid auf das
Anlagen-Kühlfluid zeichnet sich eine Weiterbildung der Erfindung aus, bei welcher ein mit dem Element-Kühlfluid in thermischem Kontakt stehendes
Wärmeabgabeelement an der Anlageneinheit angeordnet ist. Außerdem ist ein mit dem Anlagen-Kühlfluid in thermischem Kontakt stehendes Wärmeaufnahmeelement an der Trägereinheit angeordnet. Ein achsübergreifender Wärmeüberträger wird auf diese Weise gebildet. Das Wärmeabgabe- und das Wärmeaufnahmeelement sind derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Wärmeabfuhr von dem
Wärmeabgabeelement an das Wärmeaufnahmeelement erfolgen kann. Die beiden Elemente können sich zur Wärmeübertragung berühren bzw. aneinander gleiten. Vorzugsweise ist zwischen ihnen ein Spalt vorgesehen, wenn auch ein sehr schmaler Spalt, über welchen hinweg die Wärmeübertragung im Wesentlichen berührungsfrei erfolgt. Die beiden Elemente sind relativ zueinander bewegbar, insbesondere drehbar, so dass die Bewegungsmöglichkeiten der Anlageneinheit relativ zu der Trägereinheit nicht durch den achsübergreifenden Wärmeüberträger eingeschränkt sind.
Ein besonders kompakt bauender Wärmeüberträger über eine Drehachse hinweg bildet sich, indem das Wärmeabgabeelement und das Wärmeaufnahmeelement ringförmig oder zumindest ringsegmentartig ausgebildet sind und wenigstens nahezu konzentrisch zu der Drehachse angeordnet sind, um welche die Anlageneinheit relativ zu der Trägereinheit drehangetrieben ist. Vorzugsweise ist der
Wärmeüberträger derart ausgebildet, dass in jeder Relativstellung zwischen
Anlageneinheit und Trägereinheit eine Wärmeübertragung erfolgen kann. Die ring- bzw. ringsegmentförmigen Elemente können axial versetzt zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise ist eines der Elemente zumindest teilweise radial innerhalb des anderen Elementes angeordnet.
Im Falle einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine
Drucksteuereinrichtung, mittels derer der Fluiddruck des Element-Kühlfluids einstellbar ist, welcher im optischen Element anliegt, an derselben Anlageneinheit wie das Element-Kühlfluidsystem angeordnet. Es versteht sich, dass es von besonderem Vorteil ist, wenn die Drucksteuereinrichtung gemäß den weiter oben und unten angeführten Aspekten weitergebildet ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Element-Kühlfluidsystem an der Anlageneinheit derart ausgebildet, dass das Element-Kühlfluid beim Betrieb des optischen Elementes im optischen Element verbleibt, d. h. ein Gehäuse des optischen Elementes nicht verlässt. Das Element-Kühlfluidsystem. d. h. das Aufnahmevolumen bzw. die Kanäle für das Element-Kühlfluid sind also vollständig durch das Gehäuse des optischen Elementes umfasst. Es ergibt sich eine kompakte Baueinheit. Ein separates Kühlleitungssystem o. ä. für das Element-Kühlfluid kann entfallen. Die dadurch reduzierte Menge an erforderlichem Element-Kühlmedium erhöht die Dynamik, mit welcher der Fluiddruck des Eiement-Kühlmediums
einstellbar ist.
Dieser Vorteil ergibt sich in noch größerem Maße, wenn zusätzlich auch noch die bereits erwähnte Integration einer Druckeinspeisekammer der
Drucksteuereinrichtung, mittels derer der in dem optischen Element anliegende Fluiddruck des Element-Kühlfluids einstellbar ist, in das Gehäuse des optischen Elements erfolgt.
In der Druckeinspeisekammer steht das Element-Kühlfluid beispielsweise wiederum unmittelbar mit einem, insbesondere gasförmigen, Drucksteuerfluid in
Wirkverbindung. Alternativ kann die Drucksteuerung aber auch mittels eines
Druckeinspeiseelements, z. B. mittels einer Membran oder eines Druckkolbens, erfolgen. Das Druckeinspeiseelement kann mittels eines rein mechanischen Aktuators angetrieben sein. In diesem Fall ist ein separates Drucksteuerfluid zur
Drucksteuerung des Element-Kühlfluids nicht vorgesehen. So kann das
Druckeinspeiseelement z. B. unmittelbar mittels eines Elektromotors verstellbar sein. Vorzugsweise ist der Aktuator, z. B. der Elektromotor, an dem Gehäuse des optischen Elementes angebracht bzw. Teil der Baueinheit des optischen Elements.
Um ein möglichst präzises Einstellen des Fluiddrucks des Element-Kühlmediums zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator jedoch über ein
zwischengeschaltetes Drucksteuerfluid auf das Element-Kühlfluid einwirkt. Im
Speziellen ist folglich ein hydraulisches bzw. pneumatisches Zusatzaggregat vorgesehen, das die Steuerdruckkennlinie abflacht. Das Zusatzaggregat weist z. B. eine Membran oder einen Druckkolben auf, die mittels eines Aktuators verstellbar sind. Mittels der Membran bzw. des Druckkolbens wird der Druck des
Drucksteuerfluids einstellt, das in einem Aufnahmevolumen des Zusatzaggregats, wie beispielsweise einem Druckzylinder, aufgenommen ist. Das Drucksteuerfluid steht wiederum mit dem Element-Kühlfluid im optischen Element unmittelbar oder über ein Druckeinspeiseelement (z. B. eine weitere Membran oder einen weiteren Druckkolben) in Wirkverbindung.
Vorzugsweise sind das Zusatzaggregat und der Aktuator an dem Gehäuse des optischen Elementes angebracht.
Zur Wärmeabfuhr kann das optische Element derart ausgebildet sein, dass die Wärme von dem Element-Kühlfluid ausschließlich an die umgebenden Bauteile abgeführt wird. Es kann aber auch wiederum ein separates Anlagen-Kühlfluid zur zumindest ergänzenden Wärmeabfuhr vorgesehen sein. Dieses kann, wie oben beschrieben, über das Gehäuse des optischen Elementes mit dem Element-Kühlfluid in Wirkverbindung stehen, z. B. mittels eines Kühlfluidkanals in einem angrenzenden Bauteil, oder sogar mit dem Element-Kühlfluid in Wirkverbindung stehen, indem sogar eine Anlagen-Kühlfluidleitung durch das Gehäuse des optischen Elements selbst geführt ist.
Der Wärmetransport im Element-Kühlfluid kann beispielsweise derart gestaltet sein, dass eine Umwälzung des Element-Kühlfluids in dem Element nach Art eines Thermosyphons, wie weiter oben bereits erläutert, erfolgt.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der
Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 : eine Laserbearbeitungsanlage zur maschinellen 3D-Bearbeitung von Werkstücken, den prinzipiellen Aufbau eines Kühlsystems zur Kühlung eines adaptiven Spiegels der Laserbearbeitungsanlage gemäß Fig. 1 , den prinzipiellen Aufbau eines drehangetriebenen Dreh- /Schwenkarms der Laserbearbeitungsanlage gemäß Fig. 1 , den prinzipiellen Aufbau eines Kühlsystems zur Kühlung eines adaptiven Spiegels der Laserbearbeitungsanlage gemäß Fig. 1 nach einer zweiten Bauart, den prinzipiellen Aufbau eines Kühlsystems zur Kühlung eines adaptiven Spiegels der Laserbearbeitungsanlage gemäß Fig. 1 nach einer dritten Bauart, Figur 6: den prinzipiellen Aufbau eines Kühlsystems zur Kühlung eines adaptiven Spiegels der Laserbearbeitungsanlage gemäß Fig. 1 nach einer vierten Bauart, und den prinzipiellen Aufbau eines Kühlsystems zur Kühlung eines adaptiven Spiegels der Laserbearbeitungsanlage gemäß Fig. 1 nach einer fünften Bauart.
Gemäß Figur 1 weist eine Laserbearbeitungsanlage 1 einen feststehenden
Maschinenkörper 2, drei Trägerschlitten 3, 4, 5 sowie einen Dreh-/Schwenkarm 6 auf. Die Trägerschlitten 3, 4, 5 sind jeweils entlang einer Linearachse 7, 8, 9
angetrieben bewegbar. Die drei Linearachsen 7, 8, 9 verlaufen senkrecht
zueinander. Der Dreh-/Schwenkarm 6 ist um eine vertikale Drehachse 10
drehangetrieben an dem Trägerschlitten 5 gelagert. Der Trägerschlitten 5 bildet folglich eine Trägereinheit für den Dreh-/Schwenkarm 6.
Der Dreh-/Schwenkarm 6 umfasst einen Laserbearbeitungskopf 11 , welcher im Dreh- /Schwenkarm um eine horizontale Schwenkachse 12 drehbar gelagert ist (Fig. 3). Der Laserbearbeitungskopf 11 kann zur Abstandsregelung einer Laserbearbeitungsdüse 13 (Fig. 3) gegenüber einem Werkstück 14 eine weitere, nicht gezeigte, lineare Antriebsachse aufweisen.
Mittels des Laserbearbeitungskopfes 1 1 kann das Werkstück 14 entlang einer nahezu beliebigen 3-D-Kontur lasergeschnitten und/oder -geschweißt werden. Zur Lagerung des Werkstücks 14 während der Bearbeitung weist die
Laserbearbeitungsanlage 1 einen Werkstücktisch 15 auf.
Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau der Laserbearbeitungsanlage 1 stellt einen
beispielhaften Aufbau einer Laserbearbeitungsanlage 1 zur maschinellen 3D- Bearbeitung von Werkstücken 14 dar. Es sind aber auch andere Bauarten der Laserbearbeitungsanlage 1 mit mehr oder weniger Bewegungsachsen für die
Bearbeitungsoptik, einer anderen Anordnung der Bewegungsachsen zueinander sowie mit weiteren Bewegungsachsen für das Werkstück 14 denkbar.
Der Laserstrahl 16 wird in einem nur angedeuteten Laseraggregat 17 erzeugt, welches Teil einer z. B. neben dem Maschinenkörper 2 aufgestellten
Versorgungseinheit 18 ist. Um den Laserstrahl 16 von dem Laseraggregat 17 zu dem Bearbeitungskopf 1 1 zu leiten, aber auch um den Laserstrahl 16 zu formen bzw. die Fokuslage des Laserstrahls 16 einzustellen, ist eine Strahlführung 19 mit mehreren optischen Elementen, wie z. B. Laserspiegel, Linsen, Filter usw. vorgesehen. In Figur 1 ist beispielhaft lediglich ein Umlenkspiegel 20 gezeigt.
Des Weiteren weist die Laserbearbeitungsanlage 1 eine Vielzahl von
Versorgungsleitungen 21 auf, um z. B. elektrischen Strom, verschiedene Gase, aber auch Steuerbefehle usw. innerhalb der Laserbearbeitungsanlage 1 zu transportieren. Die Versorgungsleitungen 21 sind in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur prinzipiell angedeutet. Insbesondere weist die Laserbearbeitungsanlage 1 ein Kühlsystem 22 auf, um die optischen Elemente, welche durch den Laserstrahl 16 erwärmt werden können, zu kühlen. Es weist ein Anlagenkühlsystem, insbesondere einen Anlagen-Kühlkreislauf 23 (Fig. 2) auf, in welchem Anlagen-Kühlwasser als Anlagen-Kühlfluid zirkuliert. Ein zentrales Kühlaggregat 24 dient zur Kühlung des Anlagen-Kühlwassers, welches mittels einer nicht gezeigten Pumpe umgewälzt wird. Das Kühlaggregat 24 kann beispielsweise Teil der beim Maschinenkörper 2 aufgestellten Versorgungseinheit 18 sein. Es kann aber auch separat von der übrigen Laserbearbeitungsanlage 1 aufgestellt sein. Beispielsweise kann es sogar in einem anderen Stockwerk der Maschinenhalle untergebracht sein. Eventuell kann das Kühlaggregat 24 auch Anlagen-Kühlwasser für mehrere Laserbearbeitungsanlagen 1 liefern.
Das Anlagen-Kühlwasser steht beim Verlassen des Kühlaggregats 24 z. B. unter einem Betriebsausgangsdruck von maximal ca. 4.5 bar und wird mittels
Druckwasserleitungen den zu kühlenden optischen und ggfs. zu kühlenden nichtoptischen Elementen der Laserbearbeitungsanlage 1 zugeführt. Ein Teil des
Anlagen-Kühlkreislaufes 23 befindet sich auch auf dem Trägerschlitten 5, an welchem der Dreh-/Schwenkarm 6 gelagert ist. Zur Veranschaulichung sind beispielhaft in Figur 1 zwei Druckwasserleitungen 25 darstellt, die in den Schlitten 5 führen.
Zur Kühlung eines adaptiven Umlenkspiegels 26 und gegebenenfalls weiterer optischer Elemente, die auf dem Dreh-/Schwenkarm 6 angeordnet sind, weist das Kühlsystem 22 ein Element-Kühlsystem, insbesondere einen Element-Kühlkreislauf 27 auf, der in sich geschlossen auf dem Dreh-/Schwenkarm 6 angeordnet ist. In dem Element-Kühlkreislauf 27 zirkuliert ein von dem Anlagen-Kühlwasser separates Element-Kühlwasser als Element-Kühlfluid. Auf diese Weise können
Wasserdrehdurchführungen eingespart werden, welche erhebliche technische Nachteile, wie ein hohes Reibmoment, begrenzte Lebensdauer usw. aufweisen sowie höhere Kosten mit sich bringen.
Der prinzipielle Aufbau einer Variante eines Element-Kühlkreislaufes 27 wird im Folgenden anhand Fig. 2 und Fig. 3 erläutert. Der Element-Kühlkreislauf 27 ist an den adaptiven Spiegel 26 und zusätzlich an einen weiteren Umlenkspiegel 28 (Fig. 3) auf dem DrelWSchwenkarm 6 angeschlossen.
Der adaptive Spiegel 26 weist z. B. eine verformbare Metallmembranscheibe 29 und ein Gehäuse 40 auf. In dem Gehäuse ist eine Druckkammer 44 für das Element- Kühlwasser vorgesehen. Eine Seite der Metallmembranscheibe 29 bildet eine Spiegelfläche für den auf den adaptiven Spiegel 26 treffenden Laserstrahl 16. Die andere Seite der Metallmembranscheibe 29 wird von dem Element-Kühlwasser in der Druckkammer 44 druckbeaufschlagt. Zum einen dient das Element-Kühlwasser zum Abtransport von Wärme, die durch den Laserstrahl 16 der
Metallmembranscheibe 29 zugeführt wird. Zum anderen kann durch Änderung des Druckes (bzw. der statischen Druckkomponente) des Element-Kühlwassers in der Druckkammer 44, die Wölbung der Metallmembranscheibe 29 verändert werden und dadurch die optischen Eigenschaften der Spiegelfläche verändert bzw. eingestellt werden. Die Veränderung der optischen Eigenschaften wird in der
Laserbearbeitungsanlage 1 zur gezielten Formung und Fokuslagenänderung des Laserstrahls 16 genutzt. Eine präzise und dynamische Steuerung des Element- Kühlwasserdruckes im adaptiven Spiegel 26 hat daher entscheidenden Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis der Laserbearbeitungsanlage 1. Diese hohen Anforderungen werden insbesondere dadurch erfüllt, dass der Element- Kühlkreislauf 27 mit einer Drucksteuereinrichtung 30, im Speziellen mit einer
Druckregeleinrichtung, versehen ist, mittels derer der Druck des Element-Kühlfluids über ein Drucksteuerfluid steuerbar bzw. regelbar ist. Zum Ändern des Drucks in der Druckkammer 44 wird die statische Druckkomponente des Element-Kühlfluids variiert. Als Drucksteuerfluid dient z. B. Druckluft, die beispielsweise von einem zentralen Druckluftsystem der Laserbearbeitungsanlage 1 zugeführt wird. Zwar macht dies eine Fluiddrehdurchführung beim Übergang vom Trägerschlitten 5 auf den DrelWSchwenkarm 6 erforderlich. Eine Drehdurchführung für Druckluft weist jedoch geringere Dichtigkeitsanforderungen, kleinere Reibmomente und eine längere Lebensdauer auf als eine Drehdurchführung für Druckwasser. Bei Druckwasser- Drehdurchführungen ist häufig zudem eine Ummantelung der Drehdurchführung mit einer Sperrgaseinheit erforderlich, um eine Leckage sicher auszuschließen. Auch das Erfordernis einer solchen Sperrgaseinheit entfällt. Des Weiteren muss das Druckwasser bei herkömmlichen Systemen wieder zurückgeführt werden. Eine Rückführung des Drucksteuerfluids ist bei dem Kühlsystem 22 nicht erforderlich und demnach auch nicht vorgesehen.
Im Falle einer Alternative kann auf dem Dreh-/Schwenkarm 6 auch ein nicht gezeigter Druckerzeuger (Kompressor) und/oder ein Drucksteuerfluid-Reservoir 46 vorgesehen sein, welches von Zeit zu Zeit aufgefüllt werden muss. Zum Be- bzw. Nachfüllen kann das Reservoir 46 mit einer in Figur 2 angedeuteten
Versorgungsleitung 47 für Prozessgas verbunden sein, welche zu dem
Laserbearbeitungskopf 1 1 führt. Darüber hinaus können auch nicht gezeigte
Anschlussmittel vorgesehen sein, um von Zeit zu Zeit Element-Kühlwasser
nachzufüllen.
Eine Druckeinspeisekammer 31 dient zur Einspeisung des mittels eines Gasdruckreglers 45 eingestellten Luftdruckes auf das Element-Kühlwasser. Auf diese Weise wird die statische Druckkomponente des Element-Kühlwassers geändert. Im geodätisch unteren Teil der Druckeinspeisekammer 31 sammelt sich das schwerere Element-Kühlwasser, während im geodätisch oberen Teil der Druckeinspeisekammer 31 sich die leichtere Druckluft ansammelt. An der Phasengrenze 32 stehen die beiden Fluide zur Drucksteuerung in unmittelbarer Wirkverbindung. Um die
Phasenbildung zu unterstützen, ist die Druckeinspeisekammer 31 vorzugsweise am geodätisch obersten Punkt des Element-Kühlkreislaufes 27 angeordnet.
Besonders bei einer hohen Umwälzrate des Element-Kühlwassers kann die Gefahr bestehen, dass sich die beiden Fluide in der Druckeinspeisekammer 31 zu stark vermischen bzw. zu viel Druckluft von dem Element-Kühlwasser mitgerissen wird. Dies kann dadurch verhindert werden, dass die Fluide durch ein
Druckeinspeiseelement 33, wie z. B. eine Sperrflüssigkeit, eine verformbare
Membran oder einen Kolben, getrennt sind, aber zur Druckeinspeisung bzw. ~ Übertragung weiterhin in Wirkverbindung stehen.
Beispielsweise weist die Druckluft im zentralen Druckluftsystem der Laserbearbeitungsanlage 1 einen Betriebsdruck von ca. 6 bar auf. Die
Drucksteuereinrichtung 30 kann den Luftdruck in einem Bereich von 0 bis 3,5 bar hochpräzise einstellen.
An dem geodätisch obersten Punkt des Element-Kühlkreislaufes 27, also ggfs. bei der Druckeinspeisekammer 31 , können auch Mittel zur gelegentlichen Entgasung des Element-Kühlwassers vorgesehen sein. Gemäß Fig. 2 weist der Element-Kühlkreislauf 27 des Weiteren eine Umwälzpumpe 34 auf, mittels derer das Element-Kühlwasser im Element-Kühlkreislauf 27
umgewälzt wird. Alternativ oder ergänzend kann der Element-Kühlkreislauf 27 derart ausgebildet sein, dass die Umwälzung des Element-Kühlwassers nach Art eines Thermosyphons erfolgt.
Schließlich weist das Kühlsystem 22 einen Wärmeüberträger 35 für das Element- Kühlwasser auf. An dem Wärmeüberträger 35 steht das Element-Kühlfluid zur Wärmeabfuhr mit dem separat im Kühlsystem 22 zirkulierenden Anlagen-Kühlwasser in Wirkverbindung, ohne dass Druckschwankungen im Anlagen-Kühlkreislauf auf den Element-Kühlkreislauf durchschlagen können. Weitere Details des
Wärmeüberträgers 35 werden später anhand Fig. 3 erläutert.
Es sei erwähnt, dass alternativ oder ergänzend zu einem Wasser/Wasser- Wärmeüberträger 35 auch ein Wasser/Luft-Wärmeüberträger, ein elektrisches
Kühlelement, wie z. B. ein Peltier-Element, und/oder eine Wärmeabfuhr durch einen thermischen Kontakt mit einem die Wärme aufnehmenden Bauteil der
Laserbearbeitungsanlage 1 , z. B. einem Stahlträger, vorgesehen sein kann. Im Unterschied zu einem Wasser/Wasser- oder Wasser/Luft-Wärmeüberträger 35, wird die vom dem Bauteil aufgenommene Wärme nicht gezielt an ein anderes
Kühlmedium übertragen, sondern im Bauteil gespeichert, abgeleitet bzw. allmählich an die Umgebung abgegeben.
Fig. 3 ist eine stark schematische Schnittdarstellung des Dreh-/Schwenkarms 6 mit einem Kühlsystem 22 gemäß Figur 2 zu entnehmen. Der Dreh-/Schwenkarm 6 ist mittels eines Drehlagers 36 an dem Trägerschlitten 5 gelagert. Er kann frei um die Drehachse 10 gedreht werden, insbesondere beliebig oft in beiden Drehrichtungen um 360° gedreht werden. An dem Dretv/Schwenkarm 6 sind der adaptive Spiegel 26 und der Umlenkspiegel 28 angeordnet, welche den vom Schlitten 5 in den Dreh-/Schwenkarm 6 geleiteten Laserstrahl 16 zu der Laserbearbeitungsdüse 3 des Laserbearbeitungskopfes 1 1 führen. Der Teil des Dreh-/Schwenkarms 6, auf welchem der Umlenkspiegel 28 befestigt ist, ist gegenüber dem Teil, auf welchem der adaptive Spiegel 26 befestigt ist, um die horizontale Schwenkachse 12 drehangetrieben.
Die Wasserleitungen 37 des Element-Kühlkreislaufes 27 sind allesamt auf dem Dreh- /Schwenkarm 6 befestigt. Der Element-Kühlkreislauf 27 ist folglich geschlossen auf dem DrelWSchwenkarm 6 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Leitungen 37 in Fig. 3 lediglich abschnittsweise angedeutet. Die Leitungslänge des Element-Kühlkreislaufes 27 ist relativ kurz ausgeführt, so dass ein Entstehen von Druckschwankungen aufgrund dynamischer Achsbewegungen der
Laserbearbeitungsanlage 1 oder aufgrund von strömungstechnischen Effekten deutlich herabgesetzt ist.
Ebenfalls sind die Umwälzpumpe 34, die Drucksteuereinrichtung 30 und die
Druckeinspeisekammer 31 auf dem Dreh-/Schwenkarm 6 befestigt und in Fig. 3 zur Vereinfachung zusammengefasst als eine Einheit 38 dargestellt. Die einzelnen Elemente können aber auch getrennt oder in anderer Weise auf dem Dreh- /Schwenkarm 6 angeordnet sein. Wie bereits erläutert, ist aber zumindest die
Druckeinspeisekammer 31 vorzugsweise am geodätisch obersten Punkt des
Element-Kühlkreislaufes 27 angeordnet.
Zur Ansteuerung sowie zur Strom- und Gasversorgung usw. der Bauteile auf dem Dreh-/Schwenkarm 6 sind eine bzw. mehrere Drehdurchführungen 39 für
Versorgungsleitungen 21 von der Versorgungseinheit 18 vorgesehen. Der Wärmeüberträger 35 für das Element-Kühlfluid ist teilweise an dem Dreh-
/Schwenkarm 6 und teilweise an dem Trägerschlitten 5 befestigt. Ein ringförmiges Wärmeabgabeelement 41 steht mit dem Element-Kühlfluid in thermischem Kontakt, indem es z. B. einen spiralförmigen Kanal aufweist, durch welchen das Element- Kühlwasser strömt. Das ringförmige Wärmeabgabeelement 41 ist konzentrisch zur Drehachse 10 an dem DrelWSchwenkarm 6 befestigt.
Ein ringförmiges Wärmeaufnahmeelement 42 ist ebenfalls konzentrisch zur
Drehachse 10 an dem Schlitten 5 befestigt. Es steht mit dem Anlagen-Kühlwasser in thermischem Kontakt. Das Wärmeaufnahmeelement 42 kann zu diesem Zweck beispielsweise auch einen spiralförmigen Kanal aufweisen, der von dem Anlagen- Kühlwasser durchströmt wird.
Das Wärmeaufnahmeelement 42 umgreift das Wärmeabgabeelement 41. Das Wärmeabgabe- und Wärmeaufnahmeelement 41 , 42 sind aber nicht fest miteinander verbunden, sondern relativ zueinander frei drehbar. Zwischen den beiden Elementen 41 , 42 befindet sich ein Ringspalt 43, der aber mit z. B. ca. 0,02 mm relativ schmal ausgebildet ist, um eine ausreichende Wärmeübertragung von dem
Wärmeabgabeelement 41 auf das Wärmeaufnahmeelement 42 zu gewährleisten.
Wärmeabgabe- und Wärmeaufnahmeelement 41 , 42 sind beispielsweise als
Kreiszylinder aus Kupfer oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Der jeweilige spiralförmige Kanal verläuft um die Längsachse des Kreiszylinders. Die Kreiszylinder können jeweils aus mehreren aufeinander gestapelten Metallringen aufgebaut sein, die Ausnehmungen aufweisen, die im gestapelten Zustand den jeweiligen
spiralförmigen Kanal bilden. Am Eingang und Ausgang der Kanäle ist jeweils eine Gewindedruckbuchse eingepresst, mittels derer die Anlagen-Kühlwasserleitungen bzw. die Element-Kühlwasserleitungen angeschlossen werden können. Bei einer Drehbewegung des Dreh-/Schwenkarms 6 relativ zu dem Schlitten 5 führen auch die beiden Elemente 41 , 42 zwangsläufig eine entsprechende Relativdrehbewegung aus. Dabei sind die beiden Elemente 41 , 42 derart ausgebildet, dass in jeder Relativdrehstellung eine ausreichende Wärmeübertragung sichergestellt ist. Es ergibt sich ein drehachsenübergreifender Wärmeüberträger 35, der nachteilige Wasserdrehdurchführungen überflüssig macht. Im Wärmeüberträger 35 mit feststehender und rotierender Seite ist die Wärmetauscherfunktion zusammen mit der Abtrennung der beiden fluiden Medien einbezogen.
Alternativ können die Elemente 41 , 42 auch im Wesentlichen den gleichen
Durchmesser aufweisen und axial versetzt zueinander angeordnet sein. Die
Wärmeübertragung erfolgt bei dieser Variante über die einander zugewandten Stirnflächen der Elemente 41 , 42. Ein vergleichbarer achsübergreifender Wärmeüberträger kann auch für den Fall vorgesehen sein, dass ein zu kühlendes und eventuell druckgesteuertes optisches Element auf einer Anlageneinheit angeordnet ist, die entlang einer linearen
Antriebsachse gegenüber einer Trägereinheit für die Anlageneinheit bewegbar ist. Bei dieser Variante müssen das Wärmeabgabe- und Wärmeaufnahmeelement entlang der linearen Antriebsachse zueinander bewegbar sein.
In Figur 4 ist der schematische Aufbau einer zweiten Variante eines Kühlsystems 122 gezeigt. Gleiche oder ähnliche Bauteile sind im Vergleich zu dem Kühlsystem nach Figur 2 mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen.
Das Kühlsystem 122 umfasst wiederum einen adaptiven Umlenkspiegel 126 mit einer Metallmembranscheibe 129, an welcher der Laserstrahl 116 reflektiert wird. Des Weiteren weist der Umlenkspiegel 126 ein Gehäuse 140 auf, welches eine Druckkammer 144 für das Element-Kühlfluid, insbesondere das Element- Kühlwasser, umschließt. In der Druckkammer 144 sind ringförmige Kanäle für das Kühlfluid angeordnet, wie in der Figur 4 skizziert ist. Die sich im Betrieb ergebende Zirkulation des Element-Kühlwassers in den Kanälen der Druckkammer 144 nach Art eines Thermosyphons ist in Figur 4 durch die Pfeile 150 angedeutet.
An der dem Laserstrahl 116 abgewandten Seite der Metallmembranscheibe 129 wird das Element-Kühlfluid durch die von dem Laserstrahl 116 eingetragene thermische Energie erwärmt. Dadurch erniedrigt sich die Dichte des Element-Kühlwassers. Es steigt in der Druckkammer 144 nach oben und oben von der Metallmembranscheibe 129 weg. In dem von der Metallmembranscheibe 129 entfernten Teil der
Druckkammer 144 wird das Element-Kühlwasser abgekühlt, indem die Wärme über das Gehäuse des Umlenkspiegels 126 an ein angrenzendes Bauteil 151 abgegeben wird. Der Wärmefluss wird durch die Pfeile 152 angedeutet. Die Wärme wird dort gespeichert, abgeleitet bzw. allmählich an die Umgebung abgegeben. Eventuell kann das angrenzende Bauteil 151 unterstützend auch von einem nicht gezeigten
Kühlfluidkanal für ein Anlagen-Kühlfluid eines Anlagen-Kühlfluidsystems,
durchdrungen werden. Das abgekühlte Element-Kühlwasser sinkt aufgrund der nun erhöhten Dichte nach unten und strömt schließlich wieder unten zu der Metallmembranscheibe 129.
Im Unterschied zu dem Umlenkspiegel 26 gemäß Figur 2, verlässt das Element- Kühlwasser den Umlenkspiegel 126 nicht, sondern zirkuliert ausschließlich innerhalb des Gehäuses 140 des Umlenkspiegels 126.
Um den (statischen) Druck des Element-Kühlwassers einzustellen, ist an dem
Gehäuse 140 eine Druckeinspeisekammer 131 angeordnet. Prinzipiell kann die Druckeinspeisekammer 131 bzw. können die übrigen Bauteile der
Drucksteuereinrichtung 130 entsprechend der Variante gemäß Figur 2 aufgebaut sein und es wird auf die dortigen Ausführungen verwiesen. Insofern kann das, insbesondere gasförmige, Drucksteuerfluid auch bei der Variante gemäß Figur 4 unmittelbar über eine Phasengrenze 132 oder über ein Druckeinspeiseelement 133, z. B. in Form einer Membran oder eines Druckkolbens, mit dem Element-Kühlwasser in Wirkverbindung stehen.
In Figur 5 ist der schematische Aufbau einer dritten Variante eines Kühlsystems 222 gezeigt. Gleiche oder ähnliche Bauteile sind im Vergleich zu dem Kühlsystem nach der Figur 2 mit um 200 erhöhten Bezugszeichen versehen.
Die Variante gemäß Figur 5 entspricht überwiegend der Variante nach Figur 4. Auf die dortigen Ausführungen wird daher verwiesen. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Varianten besteht in der Gestaltung der Druckkammer 244 des Umlenkspiegels 226. Die Druckkammer 244 weist keine Kühlfluid-Kanäle auf wie bei der Variante nach Figur 4, sondern eine Kühlfluid-Kammer 244, in der sich die mit den Pfeilen 250 gekennzeichnete Strömung des Element-Kühlwassers ausbildet. Bei Verwendung eines gelartigen oder thixotropen Kühlmediums (Kühlfluids) verläuft die Wärmeabfuhr weitgehend durch Wärmeleitung (in Fig. 5 in horizontaler Richtung von rechts nach links) ohne nennenswerte Fluidbewegung. Die Variante gemäß Figur 5 ist einfacher aufgebaut und dadurch kostengünstiger herstellbar. Außerdem kann die der Metallmembranscheibe 229 abgewandte Gehäusewand bei gleicher
Gesamtbaugröße des Umlenkspiegels 226 wesentlich dicker ausgebildet sein. Sie zeichnet sich dank dieser Maßnahme durch eine höhere Stabilität und
Wärmespeicherkapazität aus.
In Figur 6 ist der schematische Aufbau einer vierten Variante eines Kühlsystems 322 dargestellt. Gleiche oder ähnliche Bauteile sind im Vergleich zu dem Kühlsystem 22 nach der Figur 2 mit um 300 erhöhten Bezugszeichen versehen.
Das Kühlsystem 322 gemäß Figur 6 gleicht dem Kühlsystem 222 gemäß Figur 5, so dass auf die Ausführungen zu Figur 5 verwiesen wird. Der wesentliche Unterschied zu der Variante gemäß Figur 5 besteht in der Ausbildung der Drucksteuereinrichtung 330. So weist die Drucksteuereinrichtung 330 einen mechanischen Aktuator in Form eines Elektromotors 354 auf, welcher an dem Gehäuse 340 des Umlenkspiegels 326 angebracht ist. Der Elektromotor 354 ist zur Ansteuerung und Stromversorgung mit Kabeln 355 verbunden.
Der Elektromotor 354 treibt einen Einstellstößel 356 mit einer Bewegung hin zur und weg von der Druckeinspeisekammer 331 an. An einem Ende ist der Einstellstößel
356 an einem Druckkolben 357 oder auch einer Membran befestigt. Über den Kolben
357 bzw. die Membran wird der Druck eines, insbesondere gasförmigen,
Drucksteuerfluids in einem Aufnahmevolumen 358 eingestellt. Das Drucksteuerfluid steht wiederum unmittelbar über eine Phasengrenze 332 oder ein
Druckeinspeiseelement 333 in Form eines Druckkolbens oder einer Membran mit dem Element-Kühlwasser in dem Umlenkspiegel 326 in Wirkverbindung, um den im Umlenkspiegel 326 anliegenden Druck des Element-Kühlwassers einzustellen.
Der Druckkolben 357 bzw. die Membran sowie das Aufnahmevolumen 358 mit dem Drucksteuerfluid bilden ein Aggregat 359, mittels dessen die Steuerdruckkennlinie des Elektromotors 354 abgeflacht wird, um ein präziseres Einstellen des Drucks im Umlenkspiegel 326 zu gewährleisten.
In Figur 7 ist des Weiteren der schematische Aufbau einer fünften Variante eines Kühlsystems 422 dargestellt. Gleiche oder ähnliche Bauteile sind im Vergleich zu dem Kühlsystem 22 nach der Figur 2 mit um 400 erhöhten Bezugszeichen versehen. Das Kühlsystem 422 nach Figur 7 entspricht weitgehend dem Kühlsystem 322 nach Figur 6. Auf die dortigen Erläuterungen wird verwiesen. Im Unterschied zu dem Kühlsystem 322 gemäß Figur 6 weist das Kühlsystem 422 kein Zusatzaggregat zwischen dem Elektromotor 454 und dem Druckeinspeiseelement 433 in Form einer Druckkolbens oder einer Membran auf. Der Einstellstößel 456 ist unmittelbar mit dem Druckeinspeiseelement 433 verbunden. Die Variante eignet sich vor allem, wenn die Anforderungen an ein präzises Einstellen des Druckes des Element-Kühlfluids nicht besonders hoch sind oder in Verbindung mit hochpräzisen mechanischen
Aktuatoren.
Die Varianten der Figuren 4 bis 7 können allesamt in analoger Weise wie das
Kühlsystem 22 an dem Dreh-/Schwenkarm 6 der Laserbearbeitungsanlage 1 gemäß Figur 3 angebracht sein, wobei in diesen Fällen das Element-Kühlwasser nur zur Kühlung des jeweiligen adaptiven Umlenkspiegels 126, 226, 326, 426 dient. Die übrigen optischen Elemente müssen mittels eines oder mehrerer weiterer Element- Kühlsysteme gekühlt werden. Der achsübergreifende Wärmeüberträger 35 kann bei diesen Varianten entfallen oder dient zumindest nicht zur Wärmeabfuhr von dem Element-Kühlwasser des entsprechenden adaptiven Umlenkspiegels 126, 226, 326, 426.
Sämtliche Drucksteuereinrichtungen 30, 130, 230, 330, 430 sind zur Steuerung durch eine numerische Anlagensteuerung geeignet. Außerdem können die
Drucksteuereinrichtungen 30, 130, 230, 330, 430 zudem nicht gezeigte
Drucksensoren aufweisen, um den Druck des Drucksteuerfluids oder auch den Druck des Element-Kühlfluids zu messen und den gemessenen Istwert an einen
vorgegebenen Sollwert anzunähern (Regelung). Alternativ können die Sensoren auch im Bereich der Druckkammern 144, 244, 344, 444 angeordnet sein und den Druck des Element-Kühlfluids in den Druckkammern direkt erfassen.

Claims

Ansprüche
1. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) für zumindest ein druckgesteuertes
optisches Element (26, 126, 226, 326, 426) einer Laseranlage (1 ), insbesondere für zumindest einen adaptiven Laserspiegel, mit einem Element-Kühlfluidsystem (27, 27, 227, 327, 427), insbesondere einem Element-Kühlkreislauf, für ein Element-Kühlfluid zum Kühlen des optischen Elements (26, 126, 226, 326, 426), wobei die optischen Eigenschaften des optischen Elements (26, 126, 226, 326, 426) durch den am optischen Element anliegenden Druck des Element-Kühlfluids einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (22, 122, 222, 322) eine Drucksteuereinrichtung (30, 130, 230, 330) aufweist, mittels derer der am optischen Element anliegende Druck durch Ändern der statischen
Fluiddruckkomponente des Element-Kühlfluids einstellbar ist.
2. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach Anspruch 1 , bei dem die statische
Fluiddruckkomponente des Element-Kühlfluids durch ein von dem Element- Kühlfluid verschiedenes Drucksteuerfluid einstellbar ist, mit dem das Element- Kühlfluid in Wirkverbindung steht.
3. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) einen
Wärmeüberträger (35) aufweist, mittels dessen Wärme von dem Element- Kühlfluid abführbar ist, indem das Element-Kühlfluid mit einem separat im
Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) zirkulierenden Anlagen-Kühlfluid in
Wirkverbindung steht.
4. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach dem vorigen Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass das Element-Kühlfluid und das Anlagen-Kühlfluid über ein Gehäuse (140, 240, 340, 440) des optischen Elementes als Wärmeüberträger (35) in Wirkverbindung stehen.
5. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Element-Kühlfluid und/oder das Anlagen- Kühlfluid flüssig, insbesondere Wasser, ist bzw. sind.
6. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerfluid gasförmig, insbesondere Luft, ist.
7. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Druckeinspeisekammer (31 , 131 , 231 , 331 ) der Drucksteuereinrichtung (30, 130, 230, 330) das Element-Kühlfluid und das Drucksteuerfluid zur Drucksteuerung unmittelbar oder über ein
Druckeinspeiseelement (33, 33, 233, 333), wie eine Membran oder einen Druckkolben, miteinander in Wirkverbindung stehen.
8. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckeinspeisekammer (131 , 231 , 331 , 431 ) der Drucksteuereinrichtung (130, 230, 330, 430) an dem optischen Element angeordnet ist, insbesondere in einem Gehäuse (140, 240, 340, 440) des optischen Elements angeordnet ist.
9. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (30, 130, 230, 330) ein Drucksteuerfluid-Reservoir (46) für ein von dem Element-Kühlfluid
verschiedenes Drucksteuerfluid aufweist.
10. Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) einen Thermosyphon und/oder eine Umwälzpumpe (34) aufweist, mittels dessen bzw. derer das Element-Kühlfluid in dem Element-Kühlfluidsystem (27, 127, 227, 327, 427) zirkulierbar ist.
11. Laseranlage (1 ) zur maschinellen Werkstückbearbeitung mit einer angetrieben bewegbaren, insbesondere drehangetriebenen Anlageneinheit (6) und mit einem an der Anlageneinheit (6) angeordneten, druckgesteuerten optischen Element, im Speziellen mit einem adaptiven Laserspiegel (26, 126, 226, 326, 426), sowie mit einem Kühlsystem (22, 122, 222, 322, 422) nach einem der vorigen Ansprüche für das optische Element, dadurch gekennzeichnet, dass das Element- Kühlfluidsystem (27, 127, 227, 327, 427) des Kühlsystems (22, 122, 222, 322, 422) als geschlossenes Element-Kühlsystem (27, 127, 227, 327, 427) an der angetrieben bewegbaren Anlageneinheit (6) der Laseranlage (1) angeordnet ist.
12. Anlage nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise ein Wärmeüberträger (35) zur Wärmeabfuhr von dem Element-Kühlfluid an derselben Anlageneinheit (6) wie das geschlossene Element-Kühlfluidsystem (27, 127, 227, 327, 427) angeordnet ist.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anlagen-Kühlfluidsystem (23), insbesondere ein Anlagen-Kühlkreislauf, für ein mit dem Element-Kühlfluid in Wirkverbindung stehendes Anlagen-Kühlfluid zumindest teilweise an einer Trägereinheit (5) angeordnet ist, gegenüber welcher die Anlageneinheit (6) angetrieben bewegbar ist, insbesondere an welcher sie drehangetrieben gelagert ist.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Element- Kühlfluid in thermischem Kontakt stehendes Wärmeabgabeelement (41 ) an der Anlageneinheit (6) angeordnet ist, und ein mit dem Anlagen-Kühlfluid in
thermischem Kontakt stehendes Wärmeaufnahmeelement (42) an der
Trägereinheit (5) angeordnet ist, wobei das Wärmeabgabe- und das Wärmeaufnahmeelement (41 , 42) relativ zueinander bewegbar sind, insbesondere relativ zueinander drehbar sind.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabgabe- und das Wärmeaufnahmeelement (41 , 42) ringförmig oder zumindest
ringsegmentartig ausgebildet und wenigstens nahezu konzentrisch zu einer Drehachse (10) angeordnet sind, um welche die Anlageneinheit (6) relativ zu der Trägereinheit (5) drehangetrieben ist.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drucksteuereinrichtung (30, 130, 230, 330, 430), mittels derer der Fluiddruck des Element-Kühlfluids, welcher im optischen Element anliegt, einstellbar ist, an derselben Anlageneinheit (6) wie das Element-Kühlfluidsystem (27) angeordnet ist, wobei die Drucksteuereinrichtung (30, 130, 230, 330, 430) gemäß der Drucksteuereinrichtung (30, 130, 230, 330, 430) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
17. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (30, 130, 230, 330) ein Drucksteuerfluid-Reservoir (46) aufweist und das Drucksteuerfluid-Reservoir (46) zum Be- bzw. Nachfüllen an eine Prozessgas-Leitung für einen Laserbearbeitungskopf (11) der Laseranlage (1 ) angeschlossen ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI735116B (zh) * 2019-12-25 2021-08-01 財團法人國家同步輻射研究中心 低振動冰液機系統
US11471979B2 (en) * 2019-08-16 2022-10-18 Bystronic Laser Ag Machining apparatus for laser machining a workpiece, set of parts for a machining apparatus for laser machining a workpiece and method for laser machining a workpiece using such machining apparatus

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022111298A1 (de) 2022-05-06 2023-11-09 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Anlage zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts auf einer Bauplattform und zugehöriges Fertigungsverfahren, mit gekühlter Blendeneinrichtung
DE102022002164A1 (de) 2022-06-15 2023-12-21 Fritz Stepper GmbH & Co. KG. Laser-Schweißkopf
DE102022002959A1 (de) 2022-08-15 2024-02-15 Fritz Stepper GmbH & Co. KG. Schweißvorrichtung und Verfahren zum Verschweißen zweier Werkstücke
EP4431222A1 (de) * 2023-03-14 2024-09-18 Raylase GmbH Prädiktive kühlung für eine laserbearbeitungsvorrichtung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4415008A1 (de) * 1994-04-29 1995-11-16 Fraunhofer Ges Forschung Spiegel, insbesondere Spiegel für die Abbildungsoptiken und resonatorinternen Optiken eines Hochleistungslasers
US20010008469A1 (en) * 2000-01-19 2001-07-19 Klaus Bar Deformable mirror, in particular for a laser beam material machining apparatus
US20060191883A1 (en) * 2005-02-25 2006-08-31 Michael Wessner Laser processing

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3900467C2 (de) * 1989-01-10 1995-09-07 Trumpf Lasertechnik Gmbh Vorrichtung mit einem Spiegelkopf
JPH04253589A (ja) * 1991-01-30 1992-09-09 Fanuc Ltd レーザロボットの手首の配管装置
DE4304059A1 (de) * 1993-02-11 1994-08-18 Diehl Gmbh & Co Spiegeleinrichtung mit einem deformierbaren Spiegelelement
EP1087476A1 (de) * 1999-07-28 2001-03-28 TRUMPF LASERTECHNIK GmbH Frequenzangeregter Gaslaser für die Materialbearbeitung
DE102012205870B3 (de) * 2012-04-11 2013-02-21 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Kühlanordnung für einen Gaslaser, Gaslaser damit, sowie Verfahren zum Kühlen von Lasergas

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4415008A1 (de) * 1994-04-29 1995-11-16 Fraunhofer Ges Forschung Spiegel, insbesondere Spiegel für die Abbildungsoptiken und resonatorinternen Optiken eines Hochleistungslasers
US20010008469A1 (en) * 2000-01-19 2001-07-19 Klaus Bar Deformable mirror, in particular for a laser beam material machining apparatus
US20060191883A1 (en) * 2005-02-25 2006-08-31 Michael Wessner Laser processing

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11471979B2 (en) * 2019-08-16 2022-10-18 Bystronic Laser Ag Machining apparatus for laser machining a workpiece, set of parts for a machining apparatus for laser machining a workpiece and method for laser machining a workpiece using such machining apparatus
TWI735116B (zh) * 2019-12-25 2021-08-01 財團法人國家同步輻射研究中心 低振動冰液機系統

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