Aerodynamische Fenster für industrielle Hochleistungslaser

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KlappentextIndustrietaugliche Hochleistungslaser mit mehreren 10 kW Strahlleistung und gleichzeitig hoher Strahlqualität befinden sich derzeit in der Entwicklung. Konventionelle, materielle Auskoppeloptiken würden bei solch hohen Strahlleistungen thermisch zu stark belastet, was eine Verringerung der Strahlqualität des ausgekoppelten Laserstrahls und die Gefahr einer Zerstörung des Auskoppelspiegels oder -fensters zur Folge hätte. Eine Lösung dieser Problematik bietet der Einsatz eines aerodynamischen Fensters, bei dem eine gekrümmte Überschallströmung die Abdichtung des Lasergaskreislaufes gegenüber Atmosphärendruck übernimmt. Zielsetzung der Untersuchungen war die Entwicklung eines industrietauglichen Prototyps, der neben seinen technischen Funktionen auch die Anforderungen eines wirtschaftlichen Betriebes erfüllt. Dazu wurden alle notwendigen Berechnungen, Konstruktionsarbeiten und experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um ein Gerät zu entwickeln, das an einem modifizierten Industrielaser erfolgreich getestet werden konnte. Eine weitergehende Optimierung mündete in einem neuartigen Fenstertyp, der sich bereits im Modellversuch bewährte und eine sehr kompakte Bauweise zuläßt. Darüberhinaus werden zum ersten Mal Ergebnisse einer numerischen Simulation des gesamten Strömungsfeldes eines aerodynamischen Fensters vorgestellt. Sie bieten nicht nur einen vertieften Einblick in die strömungsmechanischen Vorgänge wie z. B. Stöße im Diffusor, sondern auch ein erstes Instrumentarium zur ganzheitlichen Auslegung aerodynamischer Fenster. Aus dem Inhalt: Symbolverzeichnis / Einführung und Zielsetzung / Entwicklung eines industrietauglichen aerodynamischen Fensters / Funktions- und Qualitätsnachweis des aerodynamischen Fensters am Laser / Optimierungsmöglichkeiten des aerodynamischen Fensters / Niederdruck-Fenster / Numerische Simulation der Strömung / Zusammenfassung und Ausblick / Literatur