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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Glasscheibe
mit definierten Ausbuchtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und eine Werkzeugform zur Verwendung in einem solchen Verfahren.
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Ein
gattungsgemäßes Verfahren
ist aus der Druckschrift
DE
101 47 648 A1 bekannt. Diese sieht vor, eine Glasscheibe
zunächst
auf eine Negativform mit mindestens einer Formvertiefung zu legen
und anschließend
durch Erwärmen
der Glasscheibe auf eine Temperatur über der Transformationstemperatur der
Glasscheibe und durch einen auf die Glasscheibe einwirkenden Druck
den über
der Formvertiefung der Negativform liegenden Teil der Glasscheibe
in die Formvertiefung zu drücken
oder zu ziehen, so dass dort eine Ausformung entsteht. Weiter ist
vorgesehen, mindestens einen Teil der Ausformung abzutragen, um
dabei mindestens einen definierten Durchbruch zu erzeugen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aus der
DE 101 47 648 A1 bekannte Verfahren
weiter zu bilden und zu verbessern, wobei die Möglichkeit geschaffen werden
soll, Glasscheiben mit definierten Ausbuchtungen bereitzustellen, die
sich durch eine im Wesentlichen partikelfreie Oberfläche, eine
hervorragende Konturschärfe
und bevorzugt senkrechte Strukturflächen auszeichnen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Werkzeugform
mit den Merkmalen des Anspruchs 24 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
eine Werkzeugform eingesetzt wird, die eine im Wesentlichen ebene
Grundplatte mit mindestens einer Aussparung und mindestens einen
Stempel aufweist. Es ist jeweils ein Stempel in eine Aussparung der
Grundplatte eingesetzt, wobei der eingesetzte Stempel eine Erhebung
oder Vertiefung in Bezug auf die Grundplatte bereitstellt. Erfindungsgemäß weisen die
Grundplatte und der mindestens eine Stempel des weiteren einen unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf und ist der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Stempels größer als
der Wärmeausdehnungskoeffizient
der Glasscheibe, die mit dem beschriebenen Verfahren bearbeitet
wird.
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Durch
Verwendung eines Stempels, der einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist als die zu bearbeitende Glasscheibe, wird erreicht, dass
sich der Stempel beim Abkühlen
der Werkzeugform und der auf der Werkzeugform angeordneten Glasscheibe
stärker
in seinem Volumen und seiner Länge
reduziert als die auf der Grundplatte aufliegende Glasscheibe. Hierdurch
entsteht im abgekühlten
Zustand ein Spalt zwischen der Glasscheibe und dem Stempel. Beim
Umformprozess bei erhöhter
Temperatur liegt die Glasscheibe direkt an dem Stempel an und nimmt
an ihrer dem Stempel zugewandten Oberfläche exakt die Form und Kontur des
Stempels exakt an. Nach dem Abkühlen
sind Form und Kontur des Stempels weiterhin in der Glasscheibe enthalten.
Durch die stärkere
Volumen- und Längenkompression
des Stempels aufgrund seines höheren
Wärmeausdehnungskoeffizienten
liegt die Glasscheibe aber nicht mehr am Stempel an, so dass die
Glasscheibe sich wesentlich leichter und ohne die Gefahr eines Bruches
entfernen lässt.
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Gleichzeitig
ist die Kontur des Stempels mit hoher Präzision und hervorragender Konturschärfe in die
Glasscheibe übertragen.
Dies ermöglicht
es, Ausbuchtungen mit einer sehr guten Kantenqualität zu realisieren.
Die Wandungen der Ausbuchtungen können dabei mit hoher Exaktheit
senkrecht verlaufen (entsprechend einer senkrechten Anordnung der Stempel
gegen über
der Oberfläche
der Grundplatte).
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Aufgrund
der erhöhten
Volumenreduzierung des Stempels beim Abkühlen können aber auch leichte Hinterschnitte
in der Glasscheibe realisiert werden, ohne dass dies zu Problemen
bei der Ablösung
der Glasscheibe von der Oberfläche
der Werkzeugform führt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung basiert
somit auf einer hybriden Technik unter Verwendung zweier unterschiedlicher
Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die
Werkzeugform. Eine vorgegebene, durch die beiden Materialen bereitgestellte
Topographie der Werkzeugform wird beim Umformprozess mit hoher Positioniergenauigkeit
und hoher Konturschärfe
in die Glasscheibe übertragen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der
Grundplatte gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Glasscheibe oder unterscheiden sich diese Werte nur geringfügig, insbesondere
um weniger als 10% voneinander. Hierdurch wird sichergestellt, dass
zwischen der Glasscheibe und der Grundplatte beim Abkühlen keine
oder nur minimale Spannungen auftreten.
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Weiter
erfolgt die Materialauswahl für
den mindestens einen Stempel und die Grundplatte bevorzugt derart,
das der Unterschied zwischen dem Wärmeausdehungskoeffizienten
des Stempels und dem Wärmeausdehungskoeffizienten
der Grundplatte möglichst
groß ist.
Die verwendeten Materialen werden insofern optimiert. Je größer die
Differenz der Wärmeausdehungskoeffizienten
ist, desto größer ist der
Spalt, der beim Abkühlen
zwischen dem Stempel und der Glasscheibe entsteht. Je größer dieser
Spalt ist, desto einfacher aber lässt sich die Glasscheibe nach
dem Umformen von der Werkzeugform entfernen.
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Die
Stempel und die Grundplatte bestehen in einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung beide aus Graphit, wobei bevor zugt die Grundplatte
aus einem Graphit besteht, der bei 20°C einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten
zwischen 3 und 4,5 × 10–6/K
besitzt, und wobei der oder die Stempel aus einem Graphit bestehen,
der bei einer Temperatur von 20°C
einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten
zwischen 7 und 8 × 10–6/K
besitzt.
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Alternativ
bestehen die Grundplatte aus Bornitrid und der oder die Stempel
aus Graphit oder aus Stahl. In einer weiteren Alternative besteht
die Grundplatte aus Graphit und bestehen der oder die Stempel aus
Stahl.
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Der
mindestens eine Stempel und die zugehörige Aussparung in der Grundplatte
weisen in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung jeweils
einen Durchmesser derart auf, dass zwischen dem Stempel und der
die Aussparung begrenzenden Innenfläche der Grundplatte bei Raumtemperatur
ein Spalt vorliegt. Die Breite des Spaltes, der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Stempels und der Wärmeausdehnungskoeffizientz
der Grundplatte sind dabei derart gewählt, dass der Spalt bei einer
maximalen Temperatur, bei der das Umformen der Glasscheibe erfolgt,
sich im Wesentlichen auf Null reduziert. Dies führt zu einer automatischen
Zentrierung der Stempel in den jeweiligen Aussparungen und eine
entsprechend exakte Formgebung der Glasscheibe beim Umformprozess.
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Bei
dem Verfahrensschritt des Umformens der Glasscheibe wird zwischen
der Oberfläche
der Werkzeugform und der Glasscheibe bevorzugt ein Unterdruck angelegt.
Hierzu wird die Grundplatte bevorzugt auf eine Auflage aufgesetzt, über die
ein Unterdruck an den Spalt zwischen dem Stempel und der Grundplatte
angelegt wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass statt eines
Unterdruckes auch in anderer Weise ein Druck auf die Glasscheibe
beim Umformen ausgeübt
werden kann, beispielsweise durch Drücken von oben mit einem geeignet
geformten Stempel oder durch Bereitstellung eines Überdrucks auf
der der Werkzeugform abgewandten Seite der Glasscheibe.
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Die
Erwärmung,
Umformung und Abkühlung der
Glasscheibe erfolgt bevorzugt ganz oder teilweise unter einem nicht
oxidierenden Schutzgas.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
schließt
sich an den Schritt des Entfernens der Glasscheibe von der Werkzeugforms
der weitere Schritt an, dass zumindest ein Teil der mindestens einen
Ausbuchtung zur Bildung mindestens eines Durchbruchs in der Glasscheibe
abgetragen wird. Nach dem Abtragen der entstandenen Ausbuchtungen
liegen Durchbrüche mit
einer sehr guten Kantenqualität
vor. Die Wandungen der Duchbrüche
können
dabei mit hoher Exaktheit senkrecht verlaufen.
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Bei
der Glasscheibe handelt es sich bevorzugt um einen Glaswafer. Ein
erfindungsgemäßer Glaswafer
mit definierten Ausbuchtungen oder Durchbrüchen bzw. Öffnungen findet beispielsweise bei
der Kapselung von MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische Systeme) Verwendung.
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Die
erfindungsgemäße Werkzeugform
weist eine im wesentlichen ebene Grundplatte mit mindestens einer
Aussparung und mindestens einen Stempel auf, wobei jeweils ein Stempel
in eine Aussparung der Grundplatte eingesetzt ist und eine Erhebung
oder Vertiefung in Bezug auf die Grundplatte bereitstellt, und wobei
der Wärmeausdehnungkoeffizient
des mindestens einen Stempels größer ist
als der Wärmeausdehungskoeffizienten
der Grundplatte.
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Der
modulare Aufbau der Werkzeugform ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Reparatur.
Wenn beispielsweise ein Stempel beschädigt ist, kann dieser in einfacher
Weise und schnell ausgewechselt werden.
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Die
verwendeten Stempel können
grundsätzlich
eine beliebige Form ausweisen, insbesondere rund, oval oder als
n-Eck, insbesondere quadratisch oder rechteckig ausgebildet sind.
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Es
sind bevorzugt mehrere Aussparungen und Stempel vorgesehen sind,
die in Form einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand
eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer Werkzeugform zur Herstellung einer Glasscheibe
mit definierten Durchbrüchen
bestehend aus einer Grundplatte, in die Grundplatte eingesetzten
Stempeln, einer Auflage und einer Glasscheibe;
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2 eine
Draufsicht auf die zusammengesetzte Werkzeugform der 1;
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3 einen
Schnitt durch die Werkzeugform der 2 entlang
der Linie A-A in einem ersten Verfahrensschritt;
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4 einen
Schnitt durch die Werkzeugform der 2 entlang
der Linie A-A in einem zweiten Verfahrensschritt;
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5 einen
Schnitt durch die Werkzeugform der 2 entlang
der Linie A-A in einem dritten Verfahrensschritt und
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6 eine
Glasscheibe nach Umformung in dem Werkzeug der 1 bis 5 sowie
die fertig hergestellte Glasscheibe mit definiertem Durchbrüchen.
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Die 1 zeigt
eine Explosionsdarstellung einer Werkzeugform, die aus einer Grundplatte 1 mit Aussparungen 12,
einer Mehrzahl Stempel 2 und einer Auflage 3 besteht.
Ebenfalls dargestellt ist eine Glasscheibe 4, die ursprünglich eben
war und in der 1 in einem Zwischenschritt ihrer
Bearbeitung dargestellt ist.
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Die
Grundplatte 1 weist einen Außenbereich 10 und
daran anschließend
zur Mitte der Grundplatte hin eine Schräge 13 und eine vertieft
angeordnete, ebene Grundfläche 11 auf.
In der Grundfläche 11 sind in
symmetrischer Anordnung insgesamt 9 Aussparungen 12 ausgebildet,
die sich durch die Grundplatte 1 hindurch erstrecken. Die
Grundplatte 1 weist angrenzend an die Aussparungen 12 jeweils
eine Innenfläche 121 auf,
die senkrecht zur Grundfläche 11 verläuft.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die dargestellte Grundplatte nur beispielhaft
zu verstehen ist. Beispielsweise können Anzahl, Anordnung und
Form der Aussparungen 12 unterschiedlich sein. Auch ist nicht
notwendigerweise die Oberfläche
der Grundplatte in einen Außenbereich,
eine Schräge
und eine tiefer liegende Grundfläche
unterteilt; sie kann auch eine vollständig ebene Oberfläche aufweisen.
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Die
Aussparungen 12 der Grundplatte 1 dienen jeweils
der Aufnahme eines Stempels 2. Jeder Stempel 2 weist
einen oberen Bereich 21 geringeren Durchmessers auf, der
teilweise durch die Aussparungen 12 ragt und gegenüber der
Grundfläche 11 der
Grundplatte 1 teilweise hervorsteht. Des Weiteren weist
jeder Stempel 2 einen unteren Bereich 22 größeren Durchmessers
auf. Der im Übergangsbereich
zwischen den beiden Bereichen 21, 22 sich dabei
bildende Anschlag 23 dient der formschlüssigen Anordnung des Stempels 2 in
der Grundplatte 1, wobei der Anschlag 23 den Stempel 2 in
vertikaler Richtung fixiert und verhindert, dass dieser aus den Öffnungen 12 herausgezogen
werden kann.
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Der
obere Bereich 21 jedes Stempels 2 bildet eine
nach oben gerichtete Stirnfläche 211 und
eine seitliche Umfangswandung 212 aus, an deren Übergang
eine umlaufende Kante 213 verläuft.
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Die
genaue Form und Ausgestaltung der Stempel 2 ist in der 1 lediglich
beispielhaft dargestellt. Die Stempel 2 können beispielsweise
alternativ viereckig, rechteckig oder oval ausgebildet sein.
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Die
Auflage 3 dient der Bereitstellung eines Unterdruckes im
Bereich der Öffnungen 12 der Grundplatte 1.
Hierzu ist ein zentraler Anschluss 33 vorgesehen, der beispielsweise
mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbindbar ist. Der im
Anschluss 33 anliegende Unterdruck wird über einen geradlinig
verlaufenden Kanal 32 in eine Mehrzahl Ringspalte 31 geleitet,
die sich mit unterschiedlichem Radius um den mittig angeordneten
Anschluss 33 kreisförmig
erstrecken. Die Oberfläche
der Auflage 3 ist eben.
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Statt über Ringspalte
kann der Unterdruck alternativ auch über anders verlaufende Kanäle den Aussparungen 12 der
Grundplatte 1 zugeführt
werden.
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Die
Glasplatte 4 ist in der 1, wie bereits erwähnt, in
einem Zwischenschritt der Bearbeitung dargestellt, und zwar nach
einer Umformung, bei der die ursprünglich ebene Glasscheibe 4 eine
Kontur entsprechend der Kontur der Grundplatte 1 und der darin
angeordneten Stempel 2 angenommen hat. Dies wird anhand
der 3 bis 5 noch im Einzelnen erläutert werden.
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Im
dargestellten Bearbeitungszustand weist die Glasplatte 4 eine
plane Ebene 41 auf, aus der durch Materialumformung entstanden
Ausformungen 43, im Nachfolgenden auch als Ausbuchtungen
bezeichnet, hervorstehen. Die Ausbuchtungen 43 weisen zur
Grundplatte 1 und zu den Stempeln 2 hin eine Kontur
auf, die das Positiv der Oberfläche
der Werkzeugform darstellt. Die Grundplatte 1 und der Stempel 2 bilden
dabei eine Matrize, welche das Negativ der Glaskontur in dem dargestellten
Bearbeitungszustand darstellt. Die Ausbuchtungen 43 weisen
jeweils eine obere umlaufende Kante 431 und eine untere
umlaufende Kante 432 auf. Des Weiteren ist ein Randbereich 42 der
Glasscheibe 4 zu erkennen, dessen Form durch die Schräge 13 der
Grundplatte 1 erzeugt ist.
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Die
Grundplatte 1 und die Stempel 2 bestehen bevorzugt
beide aus Graphit, wobei für
die Grundplatte 1 und für
die Stempel 2 jedoch Graphite mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizient
verwendet werden. Der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Graphit, der für
die Grundplatte 1 verwendet wird, ist durch geeignete Materialauswahl identisch
mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der
Glasplatte 4 bzw. soweit wie möglich an diesen angenähert. Dies
weist den Vorteil auf, dass die Glasscheibe 4 und die Grundfläche 11,
auf der die Glasplatte 4 nach dem noch zu erläuternden
Umformprozess aufliegt, sich in gleichem Maße bei einer Abkühlung in
ihrem Volumen verändern,
wodurch die Entstehung von Spannungen zwischen der Grundplatte 1 und
der Glasscheibe 4 verhindert wird.
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Es
werden bevorzugt Glasscheiben mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen
3,2 und 8,7 × 10–6/K
verwendet. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Borosilikatglas,
wie es beispielsweise unter den Bezeichnungen Borofloat 33TM, AF 45TM, AF 37TM von der Firma Schott und unter den Bezeichnungen
7740TM, 1737TM und
Eagle 2000TM von der Firma Corning hergestellt
wird. Ebenfalls kann ein Kalk-Natron-Floatgas eingesetzt werden.
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Sofern
die Stempel ebenfalls aus Graphit bestehen, was bevorzugt der Fall
ist, liegen der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Graphits, das für
die Grundplatte 1 verwendet wird, sowie der Wärmeausdehnungskoeffizient
der Glasplatte 4 im Bereich zwischen 3,2 und 4,5 × 10–6/K.
Der Stempel 2 ist für
dieser. Fall aus einem Graphit mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizient
zwischen 7 und 8,7 × 10–6/K hergestellt.
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Sofern
die Stempel 2 aus einem anderem Material als aus Graphit
bestehen, beispielsweise aus Stahl mit einem typischen thermischen
Längenausdehnungskoeffizienten
von 16 × 10–6/K,
können die
Glasscheibe 4 und das Graphit der Grundplatte 1 auch
einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten
bis 8,7 × 10–6/K
besitzen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Grundplatte auch aus einem anderen
Material als Graphit hergestellt sein kann. Beispielsweise kann
als Material für
die Grundplatte 1 Bornitrid verwendet werden, das einen
typischen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten
von 4,5 × 10–6/K
besitzt. Die Verwendung von Graphit ist jedoch bevorzugt, da Graphit
durch Glas auch bei Temperaturen oberhalb der Transformationstemperatur
nicht benetzt wird und daher eine Trennung von Graphit und Glas
ohne die Nutzung von Trennmitteln möglich ist. Sofern andere Materialien
als Graphit für
die Grundplatte 1 und/oder die Stempel 2 verwendet
werden, werden diese vor der Auflegen der Glasscheibe mit einem
Trennmittel benetzt.
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Die 2 zeigt
eine Draufsicht auf die zusammengesetzte Anordnung der 1.
In der Draufsicht sind die Glasscheibe 4 mit den Ausbuchtungen 43 und
dem Randbereich 42 sowie der Außenbereich 10 der
Grundplatte 1 zu erkennen. Die Mittelpunkte M der Aussparungen
in der Grundplatte 1 und damit die Mittelpunkte der Stempel 2 und
der Ausbuchtungen 43 der Glasplatte 4 sind entlang
den Punkten einer zweidimensionalen Matrix angeordnet, wobei im
vorliegenden Beispiel eine 3 × 3
Matrix dargestellt ist. Allgemein sind die Aussparungen und Stempel
bevorzugt entlang einer n × m
Matrix angeordnet, wobei n und m natürliche Zahlen ≥ 1 sind.
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Das
Verfahren zur Herstellung einer Glasscheibe mit einer Mehrzahl definierter
Durchbrüche wird
nun anhand der 3 bis 5 erläutert.
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Die 3 zeigt
einen ersten Bearbeitungszustand, bei dem die Glasscheibe auf die
aus der Grundplatte 1 und den Stempeln 2 bestehenden Werkzeugform
aufgelegt wird. Die Glasscheibe 4 ist am Anfang des Verfahrens
eine vollständig
ebene Glasscheibe. Ihre Dicke liegt bevorzugt zwischen 0,5 und 2
mm und besonders bevorzugt bei 1,1 mm. In die Aussparungen 12 der
Grundplatte 1 sind die Stempel 2 eingesetzt. Der
Anschlag 23 des Stempels 2, der sich zwischen
dem oberen Bereich 21 und dem unteren Bereich 22 erstreckt,
liegt dabei formschlüssig
an einem Anschlag 23 an, der in der Grundplatte 1 ausgebildet
ist. Hierdurch erfolgt eine formschlüssige Fixierung der Stempel 2 in
vertikaler Richtung.
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Die
Stempel 2 ragen jeweils aus der Grundfläche 11 der Grundplatte 1 hervor,
und zwar mit einer Höhe,
die größer ist
als die Dicke der Glasscheibe 4. Zwischen der Umfangswandung 212 eines
Stempels 2 und der Innenfläche 121 der Grundplatte 1,
die die entsprechende Aussparung 12 begrenzt, befindet sich
ein Spalt 5, der in einem begrenzten Maß im nicht erwärmten Zustand
eine Relativbewegung zwischen dem Stempel 2 und der Grundplatte 1 in
horizontaler Richtung erlaubt. Der Spalt 5 vergrößert sich in
Richtung der Auflage 3 zu einem Spalt 6 größerer Breite.
Unterhalb dieses Spaltes 6 befindet sich einer der Ringspalte 31 der
Auflage 3, so dass über
den Ringspalt 31 und die beiden Spalte 6, 5 ein
Unterdruck in dem Bereich zwischen der Oberfläche der Werkzeugform und der
Glasscheibe 4 bereitgestellt werden kann.
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Die
Anordnung wird nun – beispielsweise durch
Einbringen in einen Ofen – auf
eine Temperatur erhöht,
die über
der Transformationstemperatur der Glasscheibe liegt. Die Transformationstemperatur
ist die Temperatur, unter der die Viskosität einer Glasschmelze eine Viskosität von 1013 Pa·s
erreicht und somit als Festkörper
gilt. Besonders bevorzugt wird die Anordnung auf eine Temperatur
erhöht,
bei der das Glas nur noch eine Viskosität von weniger als 108 dPa·s
besitzt. Bei der Verwendung vom Borosilikatglas für die Glasscheibe
erfolgt hierzu ein Erwärmen bis
zu einer Temperatur von etwa 850°C
bis 950°C, insbesondere
von etwa 880°C.
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Es
erfolgt nun ein Umformen der Glasscheibe unter Entstehung einer
Kontur zur Werkzeugform hin, die das Positiv der Oberfläche der
Werkzeugform darstellt. Dabei entstehen die in der 1 dargestellten
Ausbuchtungen 43 der Glasscheibe 4, die der Kontur
der Stempel 2 entsprechen.
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Zur
Beschleunigung und hochpräzisen
Realisierung der Umformung der Glasscheibe 4 wird bei Erreichen
der höchsten
bei der Erwärmung
realisierten Temperatur – nachfolgend
auch als Arbeitspunkt bezeichnet – für einen definierten Zeitraum
ein Unterdruck in der bereits beschriebenen Art und Weise angelegt.
Die sich bereits aufgrund der Gravitationskraft verformende Glasscheibe 4 wird
durch den Unterdruck zusätzlich
in Richtung der Oberfläche
von Stempel 2 und Grundfläche 11 gezogen. Es
entsteht die in 4 dargestellte Kontur. Die Innenseite 433 der
Ausbuchtung 43 stellt dabei eine senkrecht verlaufende
Strukturflanke dar, die einen exakt senkrechten Verlauf aufweist
und hochwertige Kanten 431, 432, insbesondere
an ihrer dem Stempel 2 zugewandten Innenseite ausbildet.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass der Spalt 5 zwischen der
Umfangswandung 212 des Stempels 2 und der Innenfläche 121 der
Grundplatte 1 aufgrund der unterschiedlichen Volumenänderung
des Stempels 2 und der Grundplatte 1 bei der Erwärmung im Arbeitspunkt
idealerweise auf Null reduziert ist. Dies weist den Vorteil einer
automatischen Zentrierung der Stempel 2 in Bezug auf die
Aussparungen 12 der Grundplatte auf. Die Stempel 2 und
damit die Ausbuchtungen 43 der Glasscheibe 4 sind
somit hochgenau und zentrisch in Bezug auf die Aussparungen 12 positioniert.
Die Reduzierung des Spaltes 5 auf Null oder annähernd Null
verhindert des weiteren den Eintritt von Glas in den Spalt 5 beim
Umformen der Glasscheibe 4 und ermöglicht damit eine gradfreie
Abformung.
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Dabei
wird darauf hingewiesen, dass das Schließen des Spaltes 5 bei
der Erwärmung
keineswegs verhindert, dass ein Unterdruck zwischen der Oberfläche der
Werkzeugform und der Glasscheibe 4 angelegt werden kann.
Aufgrund einer hohen Porosität
von Graphit kann eine Evakuierung über die Oberfläche auch
bei im Wesentlichen geschlossenem Spalt 5 erfolgen. Alternativ,
insbesondere bei Verwendung anderer Stoffe als Graphit für den Stempel, wird
ein Restspalt beibehalten, der jedoch derart klein ist, dass er
die exakte Positionierung der Stempel 2 nicht wesentlich
beeinflusst.
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Die
Glasscheibe wird nach dem Umformen auf eine Temperatur unter der
Transformationstemperatur abgekühlt.
Die Glasscheibe 4 ist nun wieder ein Festkörper, wobei
in diesen Festkörper
die Kontur der Oberfläche
der Werkzeugform übertragen
ist.
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Die 5 zeigt
den Zustand nach Abkühlen der
Anordnung von Glasscheibe 4 und der aus Grundplatte 1 und
Stempeln 2 bestehenden Werkzeugform. Es ist erkennbar,
dass sich erneut ein Spalt 5 zwischen der Umfangswandung 212 des Stempels 2 und
der Innenfläche 121 der
Grundplatte 1 ausgebildet hat. Der erneute Spalt 5 wird
durch den Umstand bewirkt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des
Materials, aus dem der Stempel 2 besteht, größer ist
als der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Materials, aus dem die Grundplatte 1 besteht. Er ist
auch größer als
der Wärmeausdehnungskoeffizient
der Glasscheibe, der wie erläutert
so gewählt wird,
dass er sich nicht oder nur geringfügig vom Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Grundplatte 1 unterscheidet. Natürlich besteht somit nunmehr
auch ein Spalt zwischen dem Stempel 2 und der Glasscheibe
bzw. der Ausbuchtung 43, und zwar sowohl im vertikaler
Richtung als auch in horizontaler Richtung.
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Aufgrund
der Existenz dieses Spaltes ist es nun einfach, die Glasscheibe 4 von
der Werkzeugform zu entfernen. Es kann sogar vorgesehen werden,
leichte Hinterschnitte und somit schräg verlaufende Innenflanken 433 der
Ausbuchtungen 43 zu realisieren. Das Maß, in dem Hinterschnitte realisiert werden
können,
hängt von
der Differenz der jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten
ab.
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Natürlich können statt
Hinterschnitten auch Ausbuchtungen 43 mit konisch zusammenlaufenden Seitenwänden 433 realisiert
werden.
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Für ein einfaches
Entfernen der Glasscheibe 4 von der Werkzeugform ist es
des Weiteren von Bedeutung, dass eine vertikale Bewegung der Stempel 2 durch
deren formschlüssige
Anordnung in der Grundplatte 1 verhindert ist.
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Nach
Abnehmen der Glasscheibe von der Werkzeugform weist die Glasscheibe
die in der
1 und in der
6 links
dargestellte Gestalt auf. Es können
nun in Abhängigkeit
von der vorgesehenen Nutzung der umgeformten Glasscheibe weitere,
an sich aus der
DE
101 47 648 A1 bekannte Bearbeitungsschritte folgen, wobei
insofern ausdrücklich
auf die
DE 101 47
648 A1 verwiesen wird. Insbesondere wird bevorzugt zunächst der
Randbereich
42 der Glasscheibe beispielsweise durch Sägen oder Schleifen
entfernt. Anschließend
wird die Scheibe bevorzugt geschliffen, wobei die Ausbuchtungen
43 entfernt
werden und Aussparungen
44 in der Glasscheibe
41 übrig bleiben.
Das Schleifen kann ein- oder beidseitig erfolgen. Weiter erfolgt
bevorzugt ein Polieren und ein Ultraschallreinigen der hergestellten Glasscheibe.
Es entsteht eine Glasscheibe mit definierten Aussparungen
44.
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Die
in der fertig hergestellten Glasscheibe 41 realisierten Öffnungen 44 sind
exakt in der Glasscheibe positioniert. Sie weisen Strukturflanken 433 und
Kanten auf, die eine hervorra gende Konturschärfe besitzen und bevorzugt
exakt senkrecht verlaufen.
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Weiter
wird darauf hingewiesen, dass die Strukturflanken 433 eine
im Wesentlichen partikelfreie Oberfläche aufweisen. Da die Herstellung
der Aussparungen 44 ohne spanende Verfahren auskommt und
lediglich ein Umformen des Glases erfolgte, sind störende Partikel
an der Oberfläche
der Strukturflanken 433 nicht oder in nur sehr geringem Maße vorhanden.