本发明涉及一种尤其是用于激光射束的高功率射束阱，所述高功率射束阱具有吸收体和反射面，所述吸收体具有楔形的肋片，所述楔形的肋片构造用于射束的吸收面，所述反射面与所述楔形的肋片间隔开地布置并且面向所述吸收面。
背景技术：
射束阱被用于激光加工。在此，它们用于接收激光射束，而激光没有对准工件。在此，射束阱的任务是尽可能完全地吸收激光器的射束。为此，射束阱的几何形状、材料、表面性质和冷却是至关重要的。用于实现这些特性的、不同的概念是已知的。这样，射束阱得到使用，所述射束阱具有两个彼此成角度地依次布置的、楔形的或者锥形的凹槽。也使用了螺旋状延伸的空腔。这些几何形状导致，射束在射束阱的内部中被多次反射并且在此被吸收。不同的材料被用于制造射束阱。这些材料具有高的吸收度和好的导热能力。为了进一步改善吸收，射束阱的表面的涂层或者处理能够被设置。例如，这能够通过引入有针对性的缺陷来实现，例如通过离子轰击或者涂覆黑色的氧化层。为了导出转换成热能的射束功率，设置空气冷却器或者流体冷却器是已知的。在此，空气冷却器能够通过冷却片来改善，所述冷却片被布置在射束阱外部。对于高效的流体冷却器而言，冷却管线能够缠绕或者被引导穿过射束阱。
de102010036161b4示出一种射束阱，所述射束阱尤其是用于激光射束。第一反射器被构造为锥体，所述第一反射器关于其外罩面环绕地由柱形的第二反射器包围。锥体的尖端朝向待吸收的激光束地取向。面向锥形的第一反射器，第二反射器具有槽状的表面。槽是如此的，使得槽宽度在径向方向上变窄。它们关于中心轴线并且因此关于第一反射器环绕地被构造。第一反射器和第二反射器均能够设有吸收的涂层，所述吸收的涂层与激光器的波长相协调。入射的激光束从锥形的第一反射器转向第二反射器。槽被如此成形，使得激光束通过在连接片之间的、多次反射被转回第一反射器，所述连接片限定槽。在此，所反射的射束通过槽的成型被如此转向，使得它进一步地延伸至射束阱的内部中。在此，射束在第一反射器和环绕的、开槽的第二反射器之间被反射。通过这种在两个吸收地涂层的反射器之间的多次反射，激光器的射束能量的大部分被吸收。因此，激光功率由楔形构造的、环绕取向的连接片接收，并且，被排出到外部。不利的是，只有小的功率能够以这种方式被导出到周围环境中，而不会使射束阱过强地加热，使得射束阱仅仅能够用于具有相对较小的射束功率的激光器。此外，制造环绕的槽是昂贵的，所述槽被布置在第二反射器的内直径处。
us4864098示出一种具有与de102010036161b4类似的结构的射束阱，其中，在这里，外部的、柱状的第二反射器不具有槽。因此，入射的激光束在中央的、锥状的反射器和环绕的、柱状的反射器之间被多次反射。通过两个反射器的、吸收的实施，入射的射束被吸收。金属缸关于柱状的反射器环绕地被布置，所述金属缸与柱状的反射器导热地接触，并且，所述金属缸承载在其外表面处被引导的冷却剂管线。这样，热能能够通过冷却剂被排出，所述冷却剂在冷却剂管线中循环，所述热能通过吸收射束而产生在两个反射器处。通过尤其是第二反射器的、未结构化的表面，反射的数目相对较小，激光束的入射经历所述反射。因此，入射的激光射束的、可观的份额再次从射束阱中获得。
在de202011110151u1中所描述的射束阱以冷却单元的形式被构造。待吸收的激光束能够通过进入窗口落入到冷却单元中，所述进入窗口例如由石英制成。射束在冷却单元之内、在两个对置布置的壁之间被多次反射，所述壁是所述冷却单元的壳体（einhausung）。通过冷却单元，吸收的冷却液被引导。因此，多次反射的激光束反复地穿过吸收的冷却液，并且，被所述冷却液吸收。所产生的热能由冷却液运走。由此，实现了热能的、良好的排出。然而，冷却液的吸收度是相对较小的，使得引入的射束的、可观的份额能够再次离开射束阱。此外，激光射束的、可观的份额能够在进入窗口处被反射。
因此，已知的射束阱具有一系列的缺陷，例如，需要所述表面的、昂贵的加工来改善吸收特性。根据射束阱的几何形状，射束功率的、大的份额再次从射束阱中被发射出。为了提高所吸收的射束份额，设置了射束阱的、复杂的几何形状，所述几何形状只有以高的制造花费才能够被制造。大的表面对于高的射束功率的吸收是必需的。这导致大体积的射束阱。就设置的空气冷却器而言，只有小的功率能够经由冷却器被导出，因为冷却表面与射束阱的体积相比是小的。就流体冷却器而言，射束阱由多个元件构造。这些元件的装配是昂贵的，并且，必须彼此密封。
因此，本发明的任务是，提供一种高功率射束阱，所述高功率射束阱能够尽可能完全地吸收高的射束功率。
技术实现要素：
本发明的任务通过下述方式被解决，冷却通道至少被布置在楔形的肋片的一部分之内，所述冷却通道分别在所述楔形的肋片的纵向延伸部中至少延伸跨越所述楔形的肋片的部分区域。激光射束的能量能够如此高效地由冷却剂导出，所述冷却剂通过冷却通道被引导，所述激光射束由楔形的肋片的吸收面接收。因此，楔形的肋片被同时用于功率接收和功率导出。通过肋片的、楔形的几何形状，激光束被多次地反射。在每次反射时，大部分射束能量被吸收并且被排出至冷却液。由此，高功率射束阱具有高的吸收度，并且，大的功率能够被吸收并且被导出，而不损坏高功率射束阱。吸收面的大小由楔形的肋片显著地增加。这导致，在吸收面上的照射密度被降低。由此，与不具有楔形的肋片的射束阱相比，具有更大的功率密度的激光束能够由相同尺寸的高功率射束阱吸收。在待吸收的激光功率高时，高功率射束阱的、外部的尺寸也能够被保持为小的。
用于落入的激光射束的、高的吸收度能够通过下述方式被实现：楔形的肋片沿着其纵向延伸部被彼此侧向地布置，和/或，所述楔形的肋片沿着其纵向延伸部在朝向所述高功率射束阱的射束进入开口的方向上取向。这样，进入的激光射束在楔形的肋片的纵向延伸部的方向上落在其侧面上。它在相邻的侧面之间被多次反射，由此，射入的激光射束的大份额被吸收。掷回的激光射束由对置的反射面再次被转向到吸收面上并且因此到楔形的肋片的侧面上，并且，在那里对应地进一步被吸收。
对应于本发明的、优选的改型方案能够设置的是，指向所述反射面的、所述楔形的肋片分别由逐渐变尖的棱封闭，并且，逐渐变尖的、楔形的槽在被构造所述楔形的肋片之间。通过尖锐棱地实施的肋片和槽，只有入射射束的非常小的份额直接落在肋片的棱上或者在槽的、各自最低的点上，未吸收的份额从那里能够被掷回而没有经过多次反射。射束的大多数份额落在楔形的肋片的侧面上，并且，对应地被多次反射。由此，实现了非常高的吸收度。
如果设置了，所述反射面倾斜于所述楔形的肋片地取向，所述反射面在所述射束进入开口的所述区域中具有到所述楔形的肋片的、最大的距离，并且，所述距离在朝向所述高功率射束阱的内部的、所述射束的传播方向上减小，则通过射束进入开口进入的射束以及射束份额由对置的反射面可靠地并且几乎完全地被反射回吸收面，并且，在那里通过所描述的、在楔形的肋片的侧面处的多次反射而被吸收，所述射束份额没有被吸收面吸收并且因此而被反射。激光射束被可靠地引导至吸收面，所述激光射束由于激光束进入高功率阱的进入角度落在反射面上。因此，倾斜布置的反射面确保了，入射的激光射束独立于其入射角度地、几乎完全地被转向到吸收面上并且对应地被吸收。
优选地，能够设置，与所述射束进入开口对置地，所述反射面逐渐倾斜地封闭所述楔形的肋片。这样，在吸收面和反射面之间引导的激光射束不能够在高功率射束阱的端部处离开高功率射束阱，并且，被可靠地吸收。
用于激光射束的高功率阱的、高的吸收能够通过下述方式被实现：所述反射面定向反射地被实施，和/或，所述反射面部分吸收地实施。通过反射面的、定向的反射，入射的激光射束被可靠地转向到吸收面上。如果反射面被部分吸收地实施，在激光束在反射面处的每次反射时，射束功率的一部分被吸收。因为反射面没有通过冷却剂被冷却，反射面的吸收系数优选被如此小地保持，使得不出现反射面的、过度的加热。通过反射面的材料的、对应的选择，积累在其中的热能能够经由传导被导出到冷却体。这种冷却体能够例如由附加的冷却面形成，所述冷却面被布置在吸收体的外侧面处。
对应于本发明的、特别优选的实施变型能够设置，所述吸收体被实施为烧结体，尤其被实施为烧结陶瓷、烧结玻璃陶瓷或者烧结金属，和/或，所述吸收体借助激光烧结来制造。烧结体具有高的导热能力。由此，高的热功率能够被导出到冷却剂，所述热功率通过吸收激光射束而产生。高功率射束阱能够对应紧凑地被构造。此外，烧结体具有足够高的、机械的和热的稳定性。通过借助激光烧结制造吸收体，吸收体的、复杂的结构能够简单并且成本有利地被制成。
高功率射束阱的、高效的冷却能够通过下述方式来实现：所述吸收体具有冷却剂进口和冷却剂出口，所述冷却剂进口和所述冷却剂出口经由所述冷却通道导流地连接。因此，液态的冷却剂能够经由冷却剂进口被供应到冷却通道，并且，经由冷却剂出口再次被导出。
射束功率的、最大的份额在高功率射束阱的、前部的区域中在射束进入开口之后被吸收。为了在这个区域中实现高效的冷却，能够设置，所述冷却剂进口面向所述射束进入开口并且所述冷却剂出口背离所述射束进入开口地被如此布置、尤其是成型在所述吸收体处，使得冷却剂在射束传播的方向上穿流所述冷却通道。因此，在高功率射束阱的前部的区域中，冷却剂具有特别低的温度，这实现了高的热功率的传递。
优选地，能够设置，所述冷却通道彼此并联或者串联地连接。就冷却通道的并联回路而言，能够实现非常高的冷却功率，而就串联回路而言，冷却剂消耗以及因此高功率射束阱的运行成本被保持为低的。
对应本发明的实施变型能够设置，所述吸收体至少包括所述楔形的肋片、所述冷却通道、所述冷却剂进口和所述冷却剂出口，并且，所述吸收体被一件式地实施。吸收体的、一件式的实施实现了高功率射束阱的、简单并且快速的装配。在此，冷却剂回路已经被集成在吸收体中，由此，从吸收面至冷却剂回路的、好的热传递被确保。冷却剂回路被一体地实施，使得在高功率射束阱之内没有形成在不同的、引导冷却剂的组件之间的通道，并且，能够省去密封元件。由此，泄漏能够被可靠地避免。如果通过激光烧结来制造吸收体，则至少楔形的肋片、冷却管道、冷却剂进口和冷却剂出口能够在制造过程中被制成。
足够大的冷却剂流量能够通过下述方式被实现：所述冷却通道分别在其横截面中从所述楔形的肋片延伸到所述吸收体的基体中，所述楔形的肋片被成型在所述基体处。为了吸收激光射束，楔形的肋片能够优化地被实施并且被确定尺寸。冷却通道的、所需的横截面能够被实现，通过冷却通道的横截面的一部分被布置在吸收体的基体中的方式，所述所需的横截面用于引导足够大的量的冷却液。
特别优选地，能够设置，所述冷却通道分别在其面向所述吸收体的侧上被楔形地构造。这样，冷却通道能够被引向至楔形的肋片的侧面处并且因此引向至吸收面处。通过吸收射束而产生的热能能够由此在大的面上被排出并且经由短的路径被排出至冷却剂，所述冷却剂在冷却管道中被引导。由此，实现了高功率射束阱的、高效的冷却。
高功率射束阱的吸收能够通过下述方式来改善：所述吸收面具有吸收的涂层。通过使用吸收的涂层，材料能够独立于其吸收特性地被选择，吸收体由所述材料制成。因此，通过选择用于吸收体的材料，例如所述吸收体的导热能力能够能够被优化。如此，射束的、高的吸收和高功率射束阱的、高效的冷却都能够被实现。高功率射束阱能够对应紧凑地被构造，因为射束在吸收面上的、已经少量的反射能够导致几乎完全吸收激光射束，并且，在小的空间上积累的热能然而能够被导出。
附图说明
在下文中，本发明参照实施例被更详细地阐述，所述实施例被示出在附图中。附图示出：
图1在侧向的剖视图中示出高功率射束阱，以及
图2在剖视图中示出在图1中示出的高功率射束阱的吸收体。
具体实施方式
图1在侧向的剖视图中示出根据本发明的高功率射束阱10。它具有吸收体20，所述吸收体由壳体30覆盖。
吸收体20具有基体21，楔形的肋片24成型在所述基体处，如从图2中能够更详细地获悉的。楔形的肋片24的表面构造吸收面26。与楔形的肋片24对置地，入口连接管22和出口连接管23被成型在基体21处。入口连接管22构造冷却剂进口42，并且，出口连接管23构造冷却回路40的冷却剂出口43。
壳体30在楔形的肋片24的侧面上覆盖吸收体20。壳体30的壳体盖33倾斜于吸收面26地取向。面向楔形的肋片24地，它构造反射面33.1。前侧31、壳体封闭部34和两个对置布置的侧壁35从壳体盖33延伸至吸收体20。在此，前侧21、壳体封闭部34以及侧壁35在吸收体的外侧处包围吸收体20。前侧21贴靠在前面的贴靠面21.4处，壳体封闭部34贴靠在后面的贴靠面21.3处，并且，侧壁35贴靠在吸收体20的侧面21.2处，所述侧面在图2中被示出。射束进入开口32被置于壳体30的前侧31中。这样，壳体30和吸收体20构造空腔，所述空腔仅仅由射束进入开口32打开。在前侧31的区域中，在反射面33.1和吸收面26之间的距离是最大的。通过壳体盖33的、倾斜的布置，这个距离稳定地减小直到高功率射束阱10的、后面的封闭部。在高功率射束阱10的后面的区域中，楔形的肋片24和吸收体20的基体21具有斜切角。这样，它们构造贴靠斜坡，壳体盖33的、后面的部分贴靠在所述贴靠斜坡处。因此，楔形的槽27（见图2）同样在端部侧上由倾斜布置的壳体盖33封闭，所述槽构造在楔形的肋片24之间。
激光射束11穿过射束进入开口32进入高功率射束阱10中。
图2在剖视图中示出在图1中示出的高功率射束阱10的吸收体20。在此，剖面沿着在图1中以iv标注的标记延伸。
在侧向上，凸缘21.1被成型在吸收体20的基体21处。这些凸缘用于支撑在图1中示出的壳体30的侧壁35。因此，壳体30相对于吸收体20精准地取向。
楔形的肋片24沿着其纵向延伸部在入射的激光射束11的射束传播方向上取向。能够设想的时，肋片24的对称线朝向聚焦点或者聚焦线地取向，如它就横向于肋片24的纵向延伸部的剖面而言从基面延伸到相应的肋片24尖端。因此，肋片24不垂直于吸收体20，而是在聚焦点或者聚焦线的方向上取向。面向在图1中所示出的反射面33.1，楔形的肋片24分别由锋利的边缘封闭。楔形的肋片24的、倾斜布置的侧面24.1限定楔形的槽27，所述槽在楔形的肋片24之间延伸。楔形的槽27以锐角相交，所述槽与楔形的侧面24.12相邻地被布置。在楔形的肋片24的侧面上，边缘楔子25被成型在基体21处。相对于楔形的肋片24，边缘楔子25具有更高的高度。面向楔形的肋片24，它们构造倾斜延伸的边缘侧面25.1。
沿着楔形的肋片24，冷却通道41被成型到楔形的肋片24中。在此，冷却通道41的横截面通过楔形的槽27的下封闭部延伸至吸收体20的基体21中。冷却通道41的横截面适配于楔形的肋片24的几何形状。因此，它们朝向楔形的肋片24的上封闭部逐渐变尖地被构造。冷却通道41与在图1中示出的冷却剂进口42以及冷却剂出口42导流连接。
下面，参照图1和2来说明高功率射束阱10的功能。待吸收的激光射束11穿过射束进入开口33进入高功率射束阱10中。在此，它落在楔形的肋片24的侧面24.1上。楔形的肋片24的侧面24.1构造吸收面26。它们具有对应高的吸收度。在激光射束11的第一次落入时，激光射束11的大的部分已经被吸收了。激光射束11的、未被吸收的份额被转向至楔形的肋片24的对置的侧面24.1。在这个侧面处，激光射束11的、剩下的份额同样被吸收。以这种方式，激光射束11在两个相邻布置的、楔形的肋片24之间进行多次发射，由此，射束功率的大部分被吸收。激光射束11的、未被吸收的份额被引导至间隔开布置的、反射面33.1。这个反射面优选反射地被构造，并且，因此，将落入的激光射束11反射回吸收体20。在此，它又落入到楔形的肋片24的侧面24.1上，并且，通过所描述的多次反射被进一步吸收。更高地构造的边缘楔子25阻止的是，激光射束11的、较大的份额落在壳体30的侧壁35上。通过反射面33.1的、倾斜的布置，激光射束11始终被进一步地引导至高功率射束阱10的内部中。在其内部的端部处，楔形的肋片24和布置在其中的、楔形的槽27通过倾斜布置的反射面33.1被封闭。剩余的激光射束11被转向直至高功率射束阱10的端部，并且，在那里，在逐渐变尖的区域中被多次反射并且在此被吸收，所述区域在反射面33.1和吸收面26之间。因此，通过高功率射束阱10的、所描述的结构，入射的激光射束11几乎完全地由这个高功率射束阱吸收。在此，楔形的肋片24导致高功率射束阱10的、非常高的吸收能力，所述肋片尤其是在射束传播的方向上取向。
冷却液、尤其是冷却水能够经由冷却剂进口42被供应到冷却管道41。加热后的冷却液能够经由冷却剂出口43再次流出。用于冷却液的、对应的供应件和导出件能够被简单地装配在入口连接管22和出口连接管23处。通过冷却管道41的成型，这些冷却管道被直接邻近地（unmittelbar）引向到楔形的肋片24的侧面24.1。因此，冷却管道41仅仅与吸收体20的吸收面26小间隔地被布置。吸收体20的、在吸收面26和冷却管道41之间的剩余的材料的厚度是小的。由此，热能能够有效地被传输至冷却级，所述热能通过吸收激光射束11而产生，所述冷却剂在冷却管道41中被引导。
冷却剂经由冷却剂进口42被引导至冷却管道41，并且，从那里被引导至冷却剂出口43。当前，冷却管道41彼此并联。这实现了用于冷却剂的、高的体积流量，从而实现了高的冷却功率。有利地，冷却剂的流动方向从冷却管道41的、面向射束进入开口32的侧朝向其后面的封闭部地取向，所述封闭部在冷却剂出口43的区域中。因此，冷却剂在高功率射束阱10的、前面的区域中具有其最低温度。由此，最大的冷却功率被提供在高功率射束阱10的前面的区域中，激光射束11的、最大的份额在所述区域中被吸收。然而，反转冷却剂的流动方向也是能够设想的。这能够是有意义的，当由于激光射束11的入射角度，射束功率的、最大的份额在高功率射束阱10的、后面的区域中被吸收时。为了实现这一点，冷却剂能够被供应到冷却剂出口43，并且，能够在冷却剂入口42处再次被取出。此外，使冷却管道41相互串联也是能够设想的。这尤其是有意义的，当相对较小的射束功率必须被吸收时。通过串联的冷却管道41，冷却剂消耗能够保持为低的。
冷却管道41具有一横截面，所述横截面延伸到吸收体20的基体21的区域中。由此，实现了足够大的流动横截面，以便引导足够量的冷却剂通过冷却管道41。
吸收体21由一材料制成，所述材料具有高的导热能力。由此，热能绝大部分地被导出到冷却剂处，而没有过度加热吸收体20的吸收面26，所述热能通过吸收激光射束11而产生。吸收体20被一体地构造。这实现了高功率射束阱的、简单的装配。冷却管道41被集成在吸收体20中，并且，与成型的冷却剂进口42以及冷却剂出口43连接。由此，避免了多件式的结构，就所述结构而言，冷却回路40必须与吸收体20良好导热地连接。当前，吸收体20被实施为烧结体。在此，烧结体借助激光烧结被制造。激光烧结在制造过程中实现了吸收体20的、所示出的、复杂的几何形状的制造。当前，吸收体20由烧结金属制成。然而，由烧结陶瓷或者烧结玻璃陶瓷来制成吸收体20也是能够设想的。
当前，吸收体20的材料具有足够高的吸收度，以便吸收在吸收面26处的激光射束11。然而，也能够设想的是，以表面涂层涂覆在吸收面26的区域中的吸收体20。由此，高功率射束阱10的吸收特性能够被再次改善。
对应于本发明的、可能的实施变型，楔形的肋片24具有从5mm至10mm的高度。在两个相邻的、楔形的肋片24之间的距离优选在3至8mm的范围中。斜面24.1相对于楔形的肋片24的中心线的倾斜角度优选在5°至15°的范围中。尺寸能够根据预期的激光功率对应地被适配。通过这种尺寸的确定，在高功率射束阱10的、小的结构尺寸的同时实现了高的吸收度。
优选地，高功率射束阱10被用于高功率激光加工中，所述高功率激光加工相对于激光功率的波动是敏感的。在此，高功率射束阱10能够被用作在加工中的吸收器，使得在各个加工步骤之间不必关断激光器。就这种制造工艺而言，激光器的关闭能够导致功率波动，并且，因而导致加工的失败。
有利地，壳体盖33能够简单地被拆除，所述壳体盖具有反射面33.1。由此，能够容易地创建到吸收体20的肋片24和槽27的通道。这样，高功率射束阱10能够容易地被清洁。在此，线性延伸的肋片24和槽27实现了简单的能够清洁性。