CN1798706A - 包含一些断裂线的窗玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有有意设置的断裂区域的窗玻璃，该窗玻璃通过下述方法获得：借助于穿入该玻璃中的能量束局部加热玻璃结构，其中通过沿按照该窗玻璃(1)断裂的优选轨迹的预定的轨迹(线3)顺序引导所述能量束以及沿该轨迹顺序聚焦并且还在相对该窗玻璃(1)的表面的不同深度聚焦所述3能量束从而生产有意设置的断裂区域，所述不同穿透深度的顺序聚焦遵循相对所述玻璃的法线倾斜和/或者弯曲的线，使得在窗玻璃中建立一个弱化结构，以便根据导致断裂的作用力的方向获得所述窗玻璃(1)的不同的断裂性能。

Description

包含一些断裂线的窗玻璃
本发明涉及一种生产在窗玻璃中有意设置的断裂区域的方法，该方法具有权利要求1的前序部分的特征。
在德国专利申请10225555，5-21中，描述了一些具有一些有意设置的断裂区域的多层窗玻璃，用于汽车中(如风挡或者车顶窗玻璃)。在与汽车碰撞中涉及到碰撞行人，骑自行车者...时，所述多层窗玻璃在撞击下比常规的多层窗玻璃更容易断裂，从而撞击程度被明显减弱并且最小化了受伤的危险。
在上述的专利申请中，讨论了许多已知的可能性，以便生产这样的有意设置的断裂区域；在这里用作参考。
根据以前的申请，最好通过建立局部限定的应力梯度来建立窗玻璃的弱化部分，也就是说，在该玻璃中建立各向异性的应力状态，从而以定向方式和局部限定的方式减少该玻璃的抗断裂强度。该应力梯度位于该窗玻璃的厚度上同样也位于该玻璃的表面上。在一种载荷下，例如由于该窗玻璃的弯曲和超出预定的范围，所述强度超出应力梯度范围从而该窗玻璃断裂。
可以通过局部加热该窗玻璃超出其转变温度然后快速冷却而建立局部限定的应力梯度。该热预应力的方法被广泛使用，但是在已知方法中，所述整个窗玻璃被均匀加热和钢化。所述局部加热例如通过激光器或者气体火焰而进行。
在因特网链接 http：//www.vitro.de，描述了一种方法，通过该方法一些可见的空间结构例如人的肖像通过一种受电脑和机器手控制的激光器装置在一些玻璃主体中实现，该结构的一种改进通过激光束在预定穿透深度聚焦产生过热而实现。
DE19957317教导一些相对该窗玻璃垂直的断裂线，所述窗玻璃不能提供根据撞击受力表面的不同而不同的性能。
根据本发明的问题是提出一种另外的方法，通过该方法可以在一个窗玻璃中建立一些对所述结构的局部改进，在过载时该改进有利于所述结构的断裂，所述改进具有根据窗玻璃受力表面而不同的性能。
根据本发明，该问题通过权利要求1的特征部分被解决。所述从属权利要求的特征给出了一些本发明的优选方式。
上述的方法适合于装饰和再现，为了借助在程序的指导下在不同穿透深度聚焦的能量射线特别是激光射线对玻璃主体的局部破坏可以根据本发明进行，生产在窗玻璃中有意设置的断裂区域。特别有利地，该断裂的扩展在这种情况下可以非常精确地预定，即在玻璃体中以稍微类似于穿孔的方式形成一些微裂纹。然而，该破坏不必影响该窗玻璃的表面，例如已知的划痕那样。相反，根据本发明的方法允许以距所述两个表面合适的或小或大的距离产生所述窗玻璃的内部弱化。
用于生产一些微裂纹的常用方法是在该透明材料中聚焦激光脉冲。另外还能够假想一种通过连续辐照(连续波激光器的功能)的特别的过热，从而产生一些应力裂纹。在焦点区域中，或者产生了由于玻璃残余吸收应用的激光波长导致过热，或者该玻璃中所述连接通过一次吸收多个光子(吸收多个光子)进行的光化学作用而断裂，所述玻璃母体的部分被离子化并且随后破裂。
通过聚焦具有例如1064nm或者532nm(一般在红外线范围(Nd：YAG激光器)和在可见光范围)的波长的激光器，该玻璃在几微米至少100微米的区域中突然局部破坏，使得在该玻璃中存在一些微裂纹，沿所述微裂纹该玻璃在随后的撞击时破裂。
如果在该玻璃上以一个速度实施聚焦的激光束，使得所述单个脉冲的焦点分隔地位于该玻璃中，则如下面那样描述单个微损伤点的特征：
如果这样的断裂点的放大结构总体上类似于焦点强度的分布的像(在该激光的强度仍然足够大的地方该材料已经被移动，破坏或者变形)，则可以具有类似于围绕纵轴旋转的双曲线的形状的微损伤点(类似于沙漏)。该特征来自下述事实：聚焦的均匀激光束一般拥有最小的厚度的狭缩(在最窄的点处聚焦的激光束的直径总是有限的)，类似于在所述沙漏的两个泡部分之间引导的狭窄部分。
弱化区域或者在玻璃主体中的最小强度的区域的空间设置以及尺寸和/或者大小因此可以非常精确地限定。另外还可以定向调节在该窗玻璃厚度上的弱化区域的轨迹。当然，所述弱化区域或者最小强度的区域可以穿入垂直于表面的深度中。然而这并不是绝对必须的。相反，该已知技术和装置的应用允许实施穿过该窗玻璃的厚度的复杂的弱化轨迹。特别地，可以建立一种大致圆锥形的弱化结构(或者楔子形)，通过这样的弱化结构该断裂性能沿导致断裂的作用力的方向是不同的。术语圆锥不是必须采取精确的几何形状(尽管这种情况并不排除)。该术语表明所述穿过该窗玻璃的的侧面的弱化线在通过该窗玻璃的外周时是发散的。特别是，如同所述窗玻璃大致包括4个主侧面，可以说所述弱化线大致两两发散，也就是说存在两个分别含有两个弱化线的组，每个组的每个弱化线相对同一组的另一个弱化线位于该窗玻璃的另一个侧面并且相对在该窗玻璃中的另一个侧面发散。所述弱化线相对垂直于该窗玻璃的法线倾斜的事实根据所述撞击发生在该窗玻璃的一个表面或者另一个表面上赋予该窗玻璃不同的撞击性能(一般是凹形表面或者凸形表面)。事实上甚至从一个弱化线相对该窗玻璃的侧面至少部分倾斜起开始这个效应。因此该弱化线的全部不必在该窗玻璃的整个外周上倾斜。
因此，本发明首先涉及一种用于生产在窗玻璃中有意设置的断裂区域，其中借助于穿入到该玻璃中的能量束进行对该窗玻璃结构的局部过热，其中通过沿按照该玻璃1的断裂的优选轨迹的预定轨迹线3顺序引导该能量束以及沿该轨迹线3或者相对该窗玻璃1的表面的不同深度顺序聚焦该能量束从而产生有意设置的断裂区域，穿入的不同深度的顺序聚焦遵循相对该玻璃表面的法线倾斜和/或者弯曲的线以便在窗玻璃中建立一个弱化结构，使得根据导致断裂的作用力的方向获得该窗玻璃1的不同的断裂性能。本发明的刚刚给出的定义覆盖了如下事实：该弱化线可以至少部分弯曲或者倾斜。
所述弱化区域还可以不仅是连续的实施，还可以以穿孔形式在具有中断的中断线或者虚线形式下实施，或者以3种尺寸分布所述点。同样，可以假想一些仅仅在该窗玻璃的预定深度处的微裂纹。这些措施有利于实现所述条件，根据该条件该种“弱化”窗玻璃在任何情况下仅仅在施加可感觉到的过载时才断裂。
为了影响所述断裂的随后的扩展，还可以调整相对该窗玻璃的形状的入射的激光束的倾斜度(即相对在加工点处窗玻璃的法线确定的倾斜度)，从而最好出现在通过激光器的聚焦获得的微损伤点处的一个断裂方向在该断裂的期望的随后的轨迹上叠置以便这些断裂在窗玻璃随后的断裂时以期望的方式扩展。
该方法还可以在多层窗玻璃情况下无困难地使用，即在组装一些窗玻璃为一个完工产品之前或者之后。在一种这样的复合产品的刚性窗玻璃之间的该粘合剂层在这种情况下可以与弱化部分分开。因此，保证了尽管该窗玻璃被弱化仍有足够的抗穿入强度防止破坏的企图。
例如可以确保所述同样的窗玻璃，例如汽车风挡在随后的来自外面的人体撞击而断裂的情况下，相对柔韧并且根据先前的发明接收该人体，但是同时汽车的乘客从该车量的内侧面撞击也被可靠地保护以防止被弹出车外的危险。
在该玻璃中有意设置的断裂区域或者轨迹可以根据能量束的功率或者能量是可见的或者不可见的。在可见的断裂区域的情况下，如果需要，还可以通过一些不透明的彩色框架在被处理的窗玻璃的边缘附近区域中掩盖它不被看见，所述不透明彩色框架主要用在汽车窗玻璃中。
在玻璃中由激光导致的损伤可以分布有可见损伤和不可见损伤。
在射线能量或者射线功率非常大(“大于阀值的射线”)以至于通过该射线例如一些(肉眼)可见的微裂纹的损伤出现在被处理过的地方时产生在该玻璃中的可见损伤。在这种情况下，该能量和/或者功率的预定阀值已经被超过并且产生了断裂结构，该预定阀值是由该射线处理的媒介的特征决定的(并且还可以取决于该处理过的地方的先前的历史)。
在射线能量或者射线功率不够高(“小于阀值的射线)从而不产生可见的损伤(肉眼看不到但用光学显微镜可以看到)时在玻璃中有不可见损伤，但是此时因为热作用力或者机械作用力的作用，用“低于阀值的射线”在同一个地方反复照射导致了可见损伤。为了产生不可见的断裂区域，可以使用在“statistical study of single andmultiple pulse laser-induced damage in glasses”，OpticsExpress，12月16日，第10卷，25号第1465页中描述的技术。在这里引入的所述机构并不是被精确地包括，而是大致考虑在该玻璃中的损伤突然出现在首先暴露于“有断裂征兆”(在玻璃中随后破坏的位置的开始)的位置的玻璃的区域。这些“断裂征兆”可以是一些缺陷，一些杂质或者一些彩色中心。然而还应注意到在任何情况下这个制品的发明者都不会建立受到射线作用的支架的任何弱化。
很明显，本发明主题的预先的损伤至少在显微镜下是可见的，因为涉及到了用于所述窗玻璃的安全性的重要特征，该特征必须遵守许可的国家程序并且因此必须被第三者证实为具有可接受的成本。
本发明目标的其它细节和优点将从一些实施例的附图和下面进行的描述而得出。
简示出的附图包括：
图1是窗玻璃视图，沿该窗玻璃的边缘形成一个周边弱化区域；
图2示出穿过设有弱化区域的横截面；
图3示出了在窗玻璃的厚度中弱化区域的可能的不同轨迹集合；和
图4示出了窗玻璃的视图，沿该窗玻璃的边缘形成一个非整个周边的弱化区域。
根据图1，作为汽车风挡的窗玻璃1设有一个沿其外边缘2延伸的弱化区域3，该弱化区域3由断裂线示出。在实际的窗玻璃1中，该弱化区域被一个不透明的彩色油漆带4覆盖，在这里只能看到该油漆带的那边缘。
很清楚该方法当然可以用于加工建筑物中使用的窗玻璃。
在图2中，可以看到在用一个小片段表示的整块窗玻璃1’的玻璃体中设置的组分别在左侧和右侧的两组微裂纹5，每组中有两个用短划线表示的细线。总体上，这些微裂纹可以构成图1示出的类型的周边弱化区域3。
然而当在一个实际的窗玻璃中仅仅形成至少2个彼此相对设置的弱化区域或者弱化线也可以实现本发明的目标，所述弱化区域沿该窗玻璃的整个周边延伸，这与图1示出的不同。所述弱化区域可以靠近边缘，例如仅仅沿该窗玻璃1的两个短侧边或者仅仅沿两个长侧边设置，而所述弱化区域最好延伸到该窗玻璃1的外边缘。该弱化区域将该窗玻璃1的表面的一个区域封闭在该弱化区域之间，从而大致获得了图2中的可见图形。
可以看到所述微裂纹5并不影响该窗玻璃1的表面，而是只位于该玻璃体内部。
另外，所述微裂纹并不连续实施，而是用穿孔的方式实施为具有中断的中断线。甚至在该弱化区域3的纵向轨迹中，所述微裂纹不必必须是连续的。
最后，图2还示出了所述微裂纹5在该窗玻璃厚度内部遵循一个相对在该窗玻璃的表面上的垂线或者法线弯曲或者倾斜的轨迹。所述彼此相对的在左侧和右侧设置的微裂纹组在这种情况下沿相反方向取向。总体上，在所述微裂纹组之间形成了一个具有大致圆锥或者楔子形状的断裂轮廓的断裂件(碎片)，即具有发散的表面。这些发散表面两两设置在所述断裂件的两侧(右侧的弱化线5和左侧的弱化线5是发散的)。在该窗玻璃1’的凹形侧面的导致断裂的力的作用下，可以获得一种不同于对应于在窗玻璃1’的凸形侧面作用的力的断裂性能的断裂性能。在后面的情况中，该窗玻璃将更加柔韧，而在第一种情况中可以获得一定的保持作用，所述保持作用来自在力的方向中并列的断裂侧边的覆盖层。对于具体的应用情况来说，所述微裂纹轨迹和一些弱化区域当然必须通过试验进行优化；这里没有按具体比例示出的设置仅仅用于示范。
在将所述微裂纹引导到该窗玻璃的一个表面上的表面中，当所述做法在达到另一个表面中的表面之前的或远或近的位置结束时，可以获得根据作用力的方向而不同的断裂反应。示意地，这等效于在所述表面中的一个裂纹(至少部分)并且有利于该裂纹沿所述预先受损伤的表面扩展。
图3还示出了一系列构造变形，其中所述微裂纹5可以在所述窗玻璃中形成；在左侧，示出了一个垂直于该窗玻璃的表面的直线轨迹，在它右侧示出了一个相对所述表面(这里裂纹的端部延伸到表面)倾斜约45度的直线轨迹，然后是两个不同的弯曲轨迹。最后在右侧，示出了一个独特的“微损伤点”。这样的隔开的点系列特别是几乎不可见，用于沿该图1的线3的轨迹形成，该隔开的点系列在某些情况中可以足够用来实现期望的效果。所有这些情况和多个其它的变形可以通过所述方法用激光束再现地实现，费用相对较低，用时短并且可以在机器上进行自动化。
图4示出了构成汽车风挡的设有两个弱化线3和3’的窗玻璃1，所述弱化线沿窗玻璃1的外边缘2延伸并且用虚线表示。所述两组线3和3’并没有连接以便在撞击时在风挡上流出更多的强度。所述弱化线被不透明的彩色油漆带覆盖。该窗玻璃具有两个分别含有两个弱化线的组(一方面是两个线3的组，另一方面是两个线3’的组)。在所述两组内部，每个弱化线穿过该侧面倾斜，也就是说相对与所述弱化线在同一位置的窗玻璃的法线倾斜。

Claims (17)

1.用于生产在窗玻璃中有意设置的断裂区域的方法，其中通过穿入所述玻璃中的能量束导致该玻璃的结构局部过热，其中通过沿按照该玻璃(1)的断裂的优选轨迹的预定轨迹(线3)顺序引导该能量束以及沿该轨迹(线3)和相对该窗玻璃1的表面的不同深度顺序聚焦该能量束从而产生有意设置的断裂区域，其特征在于，穿入的不同深度的顺序聚焦遵循相对该玻璃表面的法线倾斜和/或者弯曲的线以便在窗玻璃中建立一个弱化结构，使得根据导致断裂的作用力的方向获得该窗玻璃(1)的不同的断裂性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该弱化结构为圆锥或者楔子形。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿至少两条彼此相对的线生产有意设置的断裂区域(5)并且在所述线之间封闭了该窗玻璃(1)的表面的一个区域。
4.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，通过有意设置的断裂区域(5)整体形成一个周边弱化区域(3)。
5.根据权利要求1或者2或者3所述的方法，其特征在于，沿所述轨迹(线3)连续或者断续安排所述有意设置的断裂区域(5)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为一个或者多个已经集成或者将要集成到一个多层窗玻璃中的窗玻璃装备有意设置的断裂区域。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在玻璃体中建立构成有意设置的断裂区域的微裂纹，同时不会破坏该玻璃的一个或者所述两个表面。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在该窗玻璃的至少一个表面上生产露出的微裂纹。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在视觉上掩盖有意设置的断裂区域或者窗玻璃的弱化区域。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有1064nm或者532nm波长的激光。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述能量射线具有下述性能：不足够产生可见(肉眼可见)损伤而是在窗玻璃中或者上产生初始损伤的能量或者功率，该初始损伤在重新暴露于能量射线或者热力作用，化学作用或者机械作用下可以发展为裂纹或者在该窗玻璃中的可见损伤。
12.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，能量或者离子射线在一种对于上述类型的射线至少部分透明的材料中或者上，以便建立有意设置的断裂区域、弱化区域或者一些缺陷，所述有意设置的断裂区域、弱化区域或者一些缺陷通过用聚焦的射线，受激发射或者超射线对待处理的位置的局部环境进行化学或者物理定向构造以及因此局部射线密度在待处理的区域中增加而获得。
13.具有至少一个弱化区域(3)的窗玻璃(1)，该弱化区域有利于在窗玻璃过载时沿预定的断裂轨迹断裂，该断裂是通过借助于能量射线特别是上述权利要求中任一项所述的方法建立微裂纹而形成，其中所述弱化区域(3)在考虑穿过该窗玻璃(1)的厚度的横截面时具有一个相对该玻璃的表面的法线倾斜的轨迹和/或者弯曲轨迹。
14.根据权利要求13的窗玻璃，所述弱化区域(3)由至少两个将该窗玻璃的表面的一个区域封闭在其中的线形成，并且所述两个线特别延伸到该窗玻璃的边缘处。
15.根据权利要求13或者14所述的窗玻璃，该弱化区域(3)描绘了一个距离外部边缘一个距离的周边线，使得导致了具有圆锥形或者楔子形的断裂轮廓的断裂碎片。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的窗玻璃，其中，该弱化区域(3)包括一些在至少一个表面上露出的微裂纹(5)以便产生优选的断裂反应。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的窗玻璃的应用，用作汽车中的弯曲风挡，其中，彼此对置的所述弱化区域(5)沿相反方向并且沿从该窗玻璃(1)的凸形表面向凹形表面发散的方向取向，使得该窗玻璃(1)在随后的撞击来自外部侧面的主体而断裂时相对较柔韧。
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