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Dokumentenidentifikation DE19962906A1 12.04.2001
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material
Anmelder Schott Spezialglas GmbH, 55122 Mainz, DE
Erfinder Terstriep, Ludger, 55129 Mainz, DE;
Hauer, Dirk, Dipl.-Ing., 55218 Ingelheim, DE;
Biethmann, Stefan, Dipl.-Ing., 59199 Bönen, DE;
Geißler, Heinz-Georg, 65510 Hünstetten, DE
DE-Anmeldedatum 23.12.1999
DE-Aktenzeichen 19962906
Offenlegungstag 12.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2001
IPC-Hauptklasse B23K 26/40
IPC-Nebenklasse C03B 33/00   
Zusammenfassung Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schneiden von im wesentlichen flache Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen, ist vorgesehen, daß ein Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch kurzzeitiges Erwärmen oszillierend entlang des Abschnitts der Ritzspur ausgelöst wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist entsprechend Mittel zum kurzzeitigen Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur zum Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie auf.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, insbesondere aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen.

Konventionelle Schneidverfahren für Werkstücke aus sprödbrüchigem Material, wie beispielsweise Flachglas, basieren darauf, mittels eines Diamanten oder eines Schneidrädchens zunächst eine Ritzspur im Glas zu generieren, um das Glas anschließend durch eine äußere mechanische Kraft entlang der so erzeugten Schwachstelle zu brechen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß durch die Ritzspur Partikel (Splitter) aus der Oberfläche gelöst werden, die sich auf dem Glas ablagern können und dort beispielsweise zu Kratzern führen können. Ebenfalls können sogenannte Ausmuschelungen an der Schnittkante entstehen, die zu einem unebenen Glasrand führen. Weiterhin führen die beim Ritzen entstehenden Mikrorisse in der Schnittkante zu einer verringerten mechanischen Beanspruchbarkeit, d. h. zu einer erhöhten Bruchgefahr.

Ein Ansatz, sowohl Splitter als auch Ausmuschelungen und Mikrorisse zu vermeiden, besteht im Trennen von Glas auf der Basis thermisch generierter mechanischer Spannung. Hierbei wird eine Wärmequelle, die auf das Glas gerichtet ist, mit fester Geschwindigkeit relativ zu dem Glas bewegt und so eine derart hohe thermomechanische Spannung aufgebaut, daß das Glas Risse bildet. Der notwendigen Eigenschaften der Wärmequelle, die thermische Energie lokal, d. h. mit einer Genauigkeit kesser einen Millimeter, was den typischen Schnittgenauigkeiten entspricht, positionieren zu können, genügen Infrarotstrahler, spezielle Glasbrenner und insbesondere Laser. Laser haben sich wegen ihrer guten Fokussierbarkeit, guten Steuerbarkeit der Leistung sowie der Möglichkeit der Strahlformung und damit der Intensitätsverteilung auf Glas bewährt und durchgesetzt.

Dieses Laserstrahl-Schneidverfahren, das durch eine lokale Erwärmung durch den fokussierten Laserstrahl in Verbindung mit einer Kühlung von außen eine thermomechanische Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes induziert, ist durch mehrere Schriften bekannt geworden. Beispielsweise wird auf die DE 197 15 537 A1, die DE 197 34 833, die DE 43 05 107 C2, die DE 69 30 4194 T2 oder die EP 0 872 303 A2 hingewiesen.

Laserstrahl-Schneidverfahren erfordern typischerweise einen sogenannten Start- oder Initialriß am Anfang der gewünschten Schneidlinie, indem typischerweise durch ein Ritzwerkzeug mechanisch eine Schwachstelle auf der Glasoberfläche, ein Anritzen, erzeugt wird. Die vom Laserstrahl auf der Schneidlinie aufgebaute thermomechanische Spannung führt dann zu einem Bruch des Glases, der von der Schwachstelle ausgeht. Diese Initialrißerzeugung wird beispielsweise in der US 4,044,936 beschrieben.

Die Nachteile der bekannten Schneideverfahren sind:

Das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie geht sowohl beim rein mechanischen Schneiden als auch beim thermischen Schneiden mit einer direkten mechanischen Einwirkung auf die Oberfläche des Werkstücks einher. Dadurch kommt es oftmals zu einer Verunreinigung der Oberfläche und zu einer zusätzlichen Splitterbildung.

Der Start- oder Initialriß muß sehr präzise entlang der Schneidlinie gesetzt werden, was einen hohen apparativen Aufwand erfordert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebigen Kontur eine Ritzspur aufweisen, zu finden, bei dem während des Brechens des Werkstücks entlang der Schneidlinie eine Verunreinigung der Oberfläche des Werkstücks vermieden und die Splitterbildung möglichst minimiert wird. Gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen soll der apparative Aufwand des Brechens wesentlich verringert werden.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 durch ein Verfahren zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebige Kontur eine Ritzspur aufweisen, bei dem das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch kurzzeitiges Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnittes der Ritzspur ausgelöst wird.

Mit diesem Verfahren ist es mit Vorteil möglich, ein berührungsloses Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie einzuleiten.

Während des Brechens des Werkstücks wird dabei jegliche Verunreinigung der Oberfläche des Werkstücks vermieden. Da das Brechen vollkommen berührungslos eingeleitet wird, wird auch die Splitterbildung minimiert sowie Abdrücke auf dem Werkstück vermieden.

Gegenüber bekannten Verfahren ist der apparative Aufwand wesentlich verringert, da insbesondere der ansonsten präzise auf die Schneidlinie zu setzende Start- oder Initialriß zum Brechen des Werkstücks nicht mehr notwendig ist, bzw. da auf eine aufwendige Brechmechanik verzichtet werden kann.

Vorzugsweise wird dabei entlang eines Abschnitts, der sich am Anfang der Ritzspur befindet, erwärmt.

Zum effektiven Brechen des Werkstücks genügt es dabei, daß ein im Vergleich zur gesamten Ritzspur kleiner Abschnitt, beispielsweise ein ≤ 5 cm langer Abschnitt, der Ritzspur erwärmt wird.

Der Abschnitt der Ritzspur wird bevorzugt mittels wenigstens eines Laserstrahls, insbesondere eines CO2-Laserstrahls, erwärmt, wobei besonders bevorzugt ein Laserstrahl verwendet wird, dessen Brennfleck defokussiert ist.

Weiterhin kann der Abschnitt der Ritzspur auch vorteilhaft mittels wenigstens einer Wärmequelle, insbesondere mittels eines Brenners, z. B. eines Gasbrenners, mittels einer Heißluftquelle, z. B. einem Heißluftfön, oder mittels einer Wärmestrahlungsquelle, z. B. einem IR-Strahler, erwärmt werden. Auch hierbei hat es sich gezeigt, daß ein defokussiertes Erwärmen effektiver als ein allzu konzentriertes Erwärmen ist.

Die Bruchauslösezeit kann zusätzlich verringert werden, wenn das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch eine Biegezugbelastung wenigstens entlang eines Teils cler Ritzspur unterstützt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sehr gut zum Schneiden und letztendlich zum Brechen von Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die eine rein mechanisch angebrachte oder, aber eine thermisch angebrachte Ritzspur aufweisen.

Wird ein Werkstück aus Glas geschnitten, beispielsweise ein Flachglas, ein Dünnglas oder ein Displayglas, so ist unbedingt darauf zu achten, daß das Glas nicht über seine jeweilige Transformationstemperatur erwärmt wird.

Allgemein reicht es dabei aus, daß der Abschnitt der Ritzspur weniger als 8 Sekunden erwärmt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen, sind Mittel zum kurzzeitigen Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur zum Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie vorgesehen.

Anhand des folgenden Beispiels und anhand der Zeichnung soll die Erfindung genauer verdeutlicht werden.

Fig. 1 zeigt wesentliche Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie wesentliche Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung (a: Aufsicht; b: Seitenansicht).

Bei einem auf einem Schneidtisch 1 angeordneten flachen Werkstück aus sprödbrüchigem Material, z. B. ein Flachglas 2, das entlang einer geraden Schneidlinie eine Ritzspur 3 aufweist, wird ein Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch kurzzeitiges (< 8 sec) Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur ausgellöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei Mittel zum Erwärmen 4 entlang des Abschnitts der Ritzspur auf, die ein kurzzeitiges und oszillierendes Erwärmen ermöglichen.

Zum Erwärmen des Abschnitts der Ritzspur kann dabei, wie in Fig. 1 dargestellt die gesamte Wärmequelle 4, beispielsweise ein CO2-Laser, oszillierend entlang des Abschnitts geführt werden.

Wesentlich ist jedoch, daß eine oszillierende Relativbewegung zwischen Werkstück und Wärmequelle bzw. Wärmestrahl entlang des Abschnitts der Ritzspur erfolgt.

Der Laserstrahl wird dabei derart auf den abschnitt der Ritzspur geführt, daß dessen Brennfleck defokussiert auf die Flachglasoberfläche tritt. Dadurch soll verhindert werden, daß neben der eigentlichen Ritzspur eine weitere Ritzspur generiert wird bzw. das Werkstück allzu stark erwärmt und bei Glas, dessen Transformationstemperatur nicht überschritten wird. Vielmehr soll durch die Erwärmung des Abschnitts die bereits auf rein mechanischem oder aber auf thermischen Wege generierte Spannung derart erhöht werden, daß es zum Bruch entlang der Schneidlinie kommt.

Die Bruchauslösezeit kann zusätzlich durch eine leichte Biegezugbelastung entlang der Ritzspur verringert und so das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie unterstützt werden. Gemäß Fig. 1b wird die zusätzliche Biegezugbelastung dadurch erreicht, daß die Flachglasscheibe auf einer Seite etwas über den Schneidetisch hinausragt. Eine weitere Möglichkeit zusätzlich eine Biegezugbelastung entlang der Schneidlinie zu generieren besteht darin, die Flachglasscheibe auf einem Schneidtisch, der eine entlang der Schneidlinie verlaufende Wölbung der Oberfläche aufweist, zu schneiden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigern Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, das ein Brechern des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch kurzzeitiges Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur ausgelöst wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entlang eines Abschnitts, der sich am Anfang der Ritzspur befindet, erwärmt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Vergleich zur gesamten Ritzspur kleiner Abschnitt der Ritzspur erwärmt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt entlang eines ≤ 5 cm langen Abschnitts der Ritzspur erwärmt wird.
  5. 5. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Ritzspur mittels wenigstens eines Laserstrahls, insbesondere eines CO2-Laserstrahls, erwärmt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl verwendet wird, dessen Brennfleck defokussiert ist.
  7. 7. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Ritzspur mittels wenigstens einer Wärmequelle, insbesondere mittels eines Brenners, z. B. eines Gasbrenners, mittels einer Heißluftquelle, z. B. einem Heißluftfön, oder mittels einer Wärmestrahlungsquelle, z. B. einem IR-Strahler, erwärmt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmequelle verwendet wird, deren Brennfleck defokussiert ist.
  9. 9. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch eine Biegezugbelastung wenigstens entlang eines Teils der Ritzspur unterstützt wird.
  10. 10. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzspur durch mechanisches Ritzen angebracht wird.
  11. 11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzspur durch thermisches Ritzen angebracht wird.
  12. 12. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück aus Glas geschnitten wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flachglas, bevorzugt ein Dünnglas und besonders bevorzugt ein Displayglas, geschnitten wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas nicht über seine jeweilige Transformationstemperatur erwärmt wird.
  15. 15. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Ritzspur weniger als 8 Sekunden erwärmt wird.
  16. 16. Vorrichtung zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen, gekennzeichnet durch Mittel zum kurzzeitigen Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur zum Eirechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie.






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