DE102004014276A1

DE102004014276A1 - Verfahren zum Laserschneiden von Flachglas

Info

Publication number: DE102004014276A1
Application number: DE200410014276
Authority: DE
Original assignee: Grenzebach Maschinenbau GmbH
Current assignee: Grenzebach Maschinenbau GmbH
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-10-13

Abstract

Verfahren zum Längsschneiden von aus der Glasfertigung kommenden Floatglasbändern mit wärmespannungsinduzierten Anritzen, wobei ein linienförmiges Erwärmen längs einer gewünschten Trennlinie durch repetierendes vielfaches Überstreichen einer bestimmten Erwärmungsstrecke auf dem bewegten Glasband mittels eines Laserstrahls und anschließend das lokale Kühlen mittels einer Kühldüse erfolgt, was, nach anfänglichem Setzen eines mechanischen Anritzers, eine spannungsinduzierte Anrissbildung hervorruft. Vorzugsweise werden mit einem gescannten Laserstrahl wechselweise Erwärmungsstrecken auf mehreren Trennlinien bestrichen, wobei jeder Trennlinie eine Kühldüse zugeordnet ist. Für dickere Gläser kann ein kombiniertes herkömmliches mechanisches Anritzen mit dem thermischen Anritzen erfolgen, um tiefere Anrisse zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lasertechnischen Schneiden von aus der Glasfertigung kommendem Flachglas.
Bei der Glasherstellung wird das aus der Glasfertigung kommende, mehrere Meter breite Glasband durch Längsschneiden und Querschneiden des Glasbands zu Glasplatten der gewünschten Größe konfektioniert.
Bisher erfolgt das Längs- und Querschneiden des Flachglases durch Anritzen mit einem Ritzrädchen und anschließenden Biegebruch.
Aus dem US-Patent 5 609 284 ist das Trennen von Flachglas durch laserthermisches Anritzen bekannt. Dazu wird ein Laser mit einer Wellenlänge eingesetzt, deren Strahlung an der Oberfläche des Glases absorbiert wird, um Wärme in das Glas einzuleiten. Durch den Laserstrahl wird ein elliptischer Wärmefleck auf der Glasoberfläche erzeugt und mit einer gewählten Vorschubgeschwindigkeit symmetrisch längs der gewünschten Trennlinie bewegt, und dem Wärmefleck des Laserstrahls folgt mit konstantem Abstand eine Kühleinrichtung, die den zuvor vom Laserstrahl erwärmten Linienbereich lokal kühlt. Durch die zuerst durch die Laserstrahlerwärmung und anschließende Kühlung im Glas erzeugten Spannungen entsteht ein Anriß. Das US-Patent 5 609 284 behandelt auch eine Korrelation zwischen der Vorschubgeschwindigkeit, also der Schnittgeschwindigkeit, und der erreichten Anritztiefe im Glas, wonach die erreichbare Anritztiefe umgekehrt proportional zur Schnittgeschwindigkeit ist. Dies bedeutet, dass, je höher die Schnittgeschwindigkeit gewählt wird, um so kleiner die erreichte Anritztiefe ist. Eine kleine Anritztiefe macht aber den nachfolgenden Biegebruchprozeß um so schwieriger. Wie in der US 5 609 284 be schrieben ist, führen bei dickeren Glasplatten sogar kleinere Schnittgeschwindigkeiten von weit weniger als 1 m/min zu flachen Anrissen mit der Folge, dass das nachfolgende Brechen ziemlich schwierig ist. Darum sind wohl dort auch keine Beispiele für Glasplatten mit Dicken von mehr als 6 mm angegeben.
Allerdings ist es auch nicht möglich, die Schnittgeschwindigkeit oder die erreichte Anritztiefe dadurch zu steigern, dass die Intensität der Laserstrahlenergie erheblich gesteigert wird. Denn der Größe der mit dem Laserstrahl auf das Glas aufbringbaren Wärmeenergie sind dadurch Grenzen gesetzt, dass ein zu großer lokaler Wärmeeintrag zu Glasfehlern wie Schrennrissen und Aufschmelzungen führt. Schrennrisse sind quer zur gewollten Trennlinie entstehende Spannungsrisse. Solche Fehler müssen aber unbedingt vermieden werden.
Das aus dem US-Patent 5 609 284 bekannte Trennverfahren mit laserthermischem Anritzen hat daher für einen Einsatz beim Konfektionieren von aus der Glasfertigung kommendem Flachglas keine technische Brauchbarkeit. Denn Floatgläser werden in einer Dicke von ca. 1 mm bis ca. 20 mm hergestellt, wobei die Vorschubgeschwindigkeiten des erzeugten Glasbands je nach Glasdicke und Kapazität des Schmelzofens zwischen etwa 30 m/min und 2 m/min liegen. Demgegenüber erlaubt das Verfahren nach dem genannten US-Patent nur Schnittgeschwindigkeiten, und das nur bei mäßigen Glasdicken bis etwa 6 mm, die nur einen kleinen Bruchteil der Vorschubgeschwindigkeit des Glasbands aus der Glasfertigung beträgt. Ein synchrones Längsschneiden des Glasbands mit diesem Verfahren ist daher nicht denkbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flachglas synchron mit dem Vorschub des Glasbands aus der Glasfertigung unter Einsatz eines laserthermischen Anritzens, insbesondere in Gestalt eine vorschubsynchronen Längsschneidens des Glasbands, zu trennen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Weiterbindungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet, wie das eingangs genannte US-Patent mit einem laserthermischen Erwärmen des Glases durch Führen eines Laserstrahls, der in Gestalt eines Strahlflecks auf die Glasoberfläche auftrifft und diese mit Wärme beaufschlagt, längs der gewollten Trennlinie über das Glas. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren aus dem US-Patent 5 609 284, wo ein Laserstrahl relativ langsam und in konstantem Abstand von der Kühldüse gefolgt über das Glas bewegt wird, arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit einem repetierenden vielfachen Abscannen jeweils einer bestimmten Scanstrecke längs der gewollten Trennlinie, so dass der Laserstrahl vielfach nacheinander über die gleiche Strecke auf dem Glas bewegt wird und so jeweils eine bestimmte kleine Wärmemenge aufgebracht wird, wobei in den sich ergebenden Pausen zwischen der repetierenden lokalen Einwirkung des Laserstrahl die von Glas an der Oberfläche aufgenommene Wärme in das Glasinnere abgeleitet und dort verteilt werden kann.
Wenn das Glasband sich mit der Vorschubgeschwindigkeit bewegt und der Laserstrahl repetierend eine quasi-stationäre Strecke überstreicht, verschiebt sich die überstrichene Strecke auf dem bewegten Glasband in jedem Durchgang um eine Vorschubdistanz gegenüber der im vorhergehenden Durchgang überstrichenen Strecke, so dass sich ein kontinuierliches laserthermisches Anritzen entlang der gewünschten Trennlinie auf dem bewegten Glasband ergibt. Die Kühldüse befindet sich in einer feststehenden Position in bestimmter Distanz in Vorschubrichtung des Glasbands hinterhalb der vom Laserstrahl überstrichenen quasi-stationären Strecke, so dass das Trennen, also das Längsschneiden des Glasbands mit der Vorschubgeschwindigkeit des bewegten Glasbands entsprechend erfolgt.
Erfindungsgemäß werden beim Längsschneiden von Float-Glasbändern mehrere parallele Längsschnitte am Floatglasband mit nur einer Laserstrahlquelle über einen Laserscanner gleichzeitig erzeugt, indem in einer Art Multiplexbetrieb der Laserstrahl über den Laserscanner abwechselnd auf beispielsweise zwei oder drei parallele Schnittlinien umgeschaltet wird, so dass der Laserstrahl in jedem Scanvorgang das Flachglas nacheinander auf jeweils einer anderen Schnittlinie bestreicht und somit, bei zwei oder drei parallelen Schnittlinien, jede Schnittlinie nur bei jedem zweiten oder dritten Scandurchgang des Laserstrahls bestrichen wird. Wegen der dabei kurzzeitig einwirkenden Wärme über den Strahlfleck auf dem Glas kann die Laserenergie gesteigert werden, und durch das Bestreichen des Glases mit dem Laserstrahl nur bei jedem zweiten oder dritten Durchgang entsteht so eine Pause, die das Absorbieren der Wärme von der Glasoberfläche in den tieferen Glasquerschnitt ermöglicht, so dass keine Überhitzung an der Oberfläche stattfindet und damit keine Glasfehler wie Schrennrisse und Aufschmelzungen verursacht werden.
Ein Anritzpunkt ist nur bei Arbeitsbeginn an jeder Schnittlinie erforderlich, braucht aber im laufenden Betrieb nicht mehr gesetzt zu werden, da das Glasband synchron mit der Glasfertigung entsprechend dem Glasbandvorschub kontinuierlich geschnitten wird. Der Anritzpunkt kann durch eine beliebig eingebrachte mechanische Verletzung der Glasoberfläche durch ein Ritzrädchen oder ein anderes Werkzeug eingebracht werden, die anfängliche Oberflächenverletzung kann aber auch durch eine augenblickliche Wärmeüberdosierung durch den Laserstrahl erfolgen.
Zum Schneiden von dickeren Gläsern ist es nach der Erfindung auch möglich, eine Kombination von konventionellem Glasschneiden mittels Schneidrädchen mit gleichzeitigem Einbringen lasertechnisch wärmeinduzierter Spannungen zu benutzen. Das ist beispielsweise zum Längsschneiden von Floatglas mit Dicken oberhalb von 10 mm möglich. Durch diese Kombination eines mechanischen Anritzens an der Oberfläche und Einbringen von thermisch induzierten Spannungen kann eine große Anrisstiefe und damit ein leichtes Brechen auch dickerer Gläser herbeigeführt werden. Das Schneidrädchen kann vor oder hinter der Erwärmungsstrecke zum Einsatz kommen. Wichtig ist, daß das Schneidrädchen vor der Kühldüse angeordnet ist. Der zuerst erzeugte mechanische Anriss erweitert sich dann durch den wärmespannungsinduzierten Anriss in die Tiefe der Glasdicke.
Dabei kann als Basis der Laserschneidvorrichtung eine konventionelle Standardschneidvorrichtung verwendet werden, die mit Schneidrädchen ausgestattet ist. Die Schneidrädchen werden dann zum Anbringen einer anfänglichen Oberflächenverletzung zur Risseinleitung am Schneidbeginn verwendet. Am Schneidradträger kann die Kühlvorrichtung angebaut und mit diesem positioniert werden. Damit ist dann zum Laserschneiden keine zusätzliche mechanische Verstellvorrichtung mehr erforderlich.
Die beiliegende schematische Zeichnung zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Laserstrahlquelle erzeugt einen Laserstrahl, der über eine Fokussierlinse fokussiert wird und zu einem Scanner gelangt, der den Laserstrahl repetierend und abwechselnd über beispielsweise zwei parallele Längsschnittlinien des sich mit Vorschubgeschwindigkeit in Pfeilrichtung bewegenden Glasbands über jeweils eine feste Erwärmungsstrecke bewegt. In einer gewissen Distanz hinter dieser quasi-ortsfesten Erwärmungsstrecke befindet sich über dem sich mit Vorschubgeschwindigkeit bewegenden Glasband über jeder Schnittlinie eine Kühldüse, welche den linienförmigen Erwärmungsbereich des Glases lokal kühlt und dadurch zur Anrissbildung führende Wärmespannungen im Glas erzeugt. In Bewegungsrichtung des Glasbands vorderhalb der Kühldüse kann jeweils ein Schneidrat angeordnet sein, das zum anfänglichen Setzen einer mechanischen Verletzung der Glasoberfläche oder zum kontinuierlichen mechanischen Anritzen bei kombinierter Anwendung von mechanischen Anritzen und laserinduzierter Wärmespannungserzeugung benutzt werden kann.

Claims

Verfahren zum Längsschneiden von aus der Floatglasfertigung kommenden, mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegten Flachglasbändern durch Anritzen der Glasoberfläche längs der gewünschten Trennlinien und anschließenden Biegebruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Anritzen des Glases durch linienförmiges Erwärmen des Glases mittels eines Laserstrahls und anschließendes lokales Kühlen des erwärmten Linienbereichs durch eine Kühldüse zum Erzeugen eines wärmespannungsinduzierten Anrisses erfolgt, wobei die Glasoberfläche des bewegten Flachglasbands durch schnell repetierendes vielfaches Bestreichen des mit einem Strahlfleck gewählter Größe auftreffenden Laserstrahls über eine bestimmte, relativ zum bewegten Glasband ortsfeste Erwärmungsstrecke auf der gewünschten Trennlinie und die Kühlung des so linienförmig erwärmten Bereichs in Vorschubrichtung des Glasbands hinterhalb dieser Erwärmungsstrecke erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Längsschneiden des Flachglasbands entlang mehrerer paralleler Trennlinien multiplexartig durch thermisches Anritzen des Glases mittels eines gemeinsamen Laserstrahls erfolgt, der mittels eines Scanners in schneller Folge abwechselnd die Glasoberfläche entlang der mehreren Trennlinien jeweils über die Erwärmungsstrecke überstreicht, und wobei die Kühlung auf jeder Trennlinie durch eine gesonderte Kühldüse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Längsschneiden dickerer Flachgläser, wobei das thermische Anritzen des Glases in Kombination mit einem mechanischen Anritzen der Glasoberfläche mittels Ritzrads erfolgt, und wobei, in Vorschubrichtung des Glasbands gesehen, das Ritzrad vor oder hinterhalb der Laserstrahl-Erwärmungsstrecke und vor einer die Kühlung erzeugenden Kühldüse zum Einsatz gebracht wird.