DE102014110920A1

DE102014110920A1 - Verfahren zur formfreien Herstellung eines geformten Glasartikels mit vorbestimmter Geometrie, Verwendung eines verfahrensgemäß hergestellten Glasartikels und geformter Glasartikel

Info

Publication number: DE102014110920A1
Application number: DE102014110920.1A
Authority: DE
Inventors: Bernd Hoppe; Georg Haselhorst; Volker Seibert
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: DE102014110920C5; CN105314826B; JP2016040221A; DE102014110920B4; US10023489B2; FR3024446B1; JP6324353B2; CN105314826A; US20160031737A1; FR3024446A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur formfreien Herstellung eines geformten Glasartikels mit vorbestimmter Geometrie. Dazu ist ein Verfahren zur formfreien Herstellung eines geformten Glasartikels vorgesehen, wobei das Verfahren wenigstens folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Ausgangsglases, – Halten des Ausgangsglases, – Erwärmen eines Teilbereichs des Ausgangsglases so, dass in diesem Teilbereich eine Viskosität des Ausgangsglases von 109 bis 104 dPas, insbesondere von 108 bis 104 dPas, erhalten wird und so, dass eine vorbestimmte räumliche Viskositätsverteilung des Ausgangsglases an den Stellen, an denen das Ausgangsglas gehalten wird, von 1013 dPas nicht unterschritten wird, wobei das Erwärmen mittels wenigstens eines Laserstrahls erfolgt, und Verformen des erwärmten Ausgangsglases durch äußere Krafteinwirkung, bis die vorbestimmte Geometrie des Glasartikels erreicht ist, so dass der Teilbereich gegenüber benachbarten Bereichen angehoben oder abgesenkt wird und damit eine lokale Erhebung (10) oder Vertiefung (11) erhalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur formfreien Herstellung eines geformten Glasartikels mit vorbestimmter Geometrie, die Verwendung eines verfahrensgemäß hergestellten Glasartikels und ein geformter Glasartikel.
Nach dem Stand der Technik werden zur Formung von Glasartikeln aus Flachgläsern Verfahren eingesetzt, die Formen nutzen – also nicht formfrei sind – an die der Glasartikel gegen Ende der Formung Kontakt hat.
Aus der US 2010/0107525 A1 und der US2013/0321903 A1 sind Vakuumisolierverglasungen bekannt, bei welchen Buckel in der Oberfläche einer der Glasscheiben der Vakuumisolierverglasung geformt werden. Diese Buckel dienen als Abstandhalter zwischen den Glasscheiben. Die Buckel werden durch Dichte- und Volumenänderungen im Glas durch eine lokale Erwärmung hervorgerufen. Nachteilig ist hierbei, dass mit der Volumenänderung auch mechanische Spannungen im Glas hervorgerufen werden können.
Verfahren zur Strukturierung von Glasoberflächen sind auch aus der US 5,567,484 A , der US 5,978,189 A , der US 6,391,213 A (chemisch) und der US 6,664,503 A bekannt. Alle diese Verfahren betreffen die Strukturierung von Glasscheiben für magnetische oder optische Datenträger. Nach der US 5,567,484 A werden dazu ähnlich wie bei den oben genannten Druckschriften zu Isolierverglasungen durch Laserbestrahlung Buckel erzeugt. Dem Problem der mechanischen Spannungen wird dabei durch ein enges Prozessfenster in Bezug auf Laserpulsleistung begegnet. Die Strukturierung gemäß der US 5,978,189 A basiert demgegenüber auf einer Verdampfung des Glasmaterials. Nach der US 6,391,213 A werden zunächst mittels eines Lasers Buckel oder Rippen erzeugt. Diese werden bei einem nachfolgenden Ätzen bevorzugt angegriffen, so dass an den Stellen der Buckel Vertiefungen erhalten werden. Gemäß der US 6,664,503 A werden solche in gleicher Weise erzeugten linienförmigen Vertiefungen als Bruchstellen verwendet, um Glasscheiben auf die gewünschten Formate für Datenträger zuzuschneiden.
Ein Verfahren zur Erzeugung von Buckeln durch Erwärmung des Glases wird gemäß der EP 0 690 028 A1 und der US 2003/209040 A1 zur Erzeugung von Mikrolinsen verwendet.
Die Schrift US 2010/0000259 A1 beschreibt im wesentlich das Biegen von Gläsern unter vorzugsweiser Verwendung mittelwelliger IR-Strahlung die bevorzugt im Glas absorbiert wird.
Die Schrift DE 10 2010 020 439 A1 beschreibt mehrere Verfahren zur Verformung einzelner Glasartikel u.a. unter Einsatz einer Form und durch Wahl unterschiedlicher Temperaturen an unterschiedlichen Stellen des Glasformkörpers.
Die Schrift US 2012/0114901 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Abdeck-Gläsern durch Biegen von einzelnen Scheiben durch die geeignete Wahl der Temperaturverteilung und geeignete Wahl der Radien der Form.
Der Formungsprozess wird dabei beendet, sobald das Produkt über die gesamte Fläche Formkontakt hat.
In WO 2011/000012 A1 wird ein Laserbeheiztes Biegepressen von Werkstoffen beschrieben.
Alle diese Verfahren benötigen entweder Formen mit sehr guter Oberflächengüte, deren Herstellung sehr aufwändig und teuer ist oder eine Nachbearbeitung durch Schleifen und Polieren. Dies führt zu hohem Aufwand und Kosten.
In DE 10 2011 050 628 A1 wird ein formenfreies Biegeverfahren beschrieben, allerdings sind hier die Strahlungsquellen als Strahlungsbrenner ausgeführt und diese müssen je nach zu erreichender Biegegeometrie neu mechanisch positioniert werden,
In DE 10 2007 012 146 B4 wird ein Laserstrahl und einem Scannerspiegel beschrieben, um die zu verformende Glasscheibe lokal auf höhere Temperaturen zu bringen und durch Einwirkung der Schwerkraft zu verformen. Dabei ist eine Temperaturmessung unerlässlich, da die Verformung durch die Viskosität gesteuert wird, die mit der Temperatur in einem direkten Zusammenhang steht.
Folgt man den Angaben der DE 10 2007 012 146 B4 für dünne Flachgläser und kleine, zu verformende Flächen, so stellt man fest, dass die Schwerkraft alleine zur Verformung nicht mehr ausreicht, da die Oberflächenspannung das Glas in Form hält.
Aus der Schrift WO 2005/042420 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Glasformteiles mit mehreckiger plattenförmiger und optional zumindest teilweise ausgebauchter, Grundfläche und mindestens einem entlang einer Kante der Grundfläche abgewinkelten Schenkel, mit den folgenden Schritten bekannt:

– Bereitstellen einer mehreckigen ebenen, optional zumindest teilweise ausgebauchten, Glasscheibe,
– Erhitzen der Kante auf mindestens einer Seite der Glasscheibe mit einem Linienbrenner bis zum Erweichungspunkt des Glases,
– Abbiegen des über die niedrig viskose Kante hinausstehenden Glasrandes entlang der Biegekante als Schenkel des Glasformteiles bis zu einem vorgegebenen Winkel,
– Kühlen des Glasformteiles.

Schrift DE 38 37 552 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Glasprodukts mit einer glatten Oberfläche, wobei eine Glasplatte auf eine Formpatrize mit den Innenabmessungen des Glasproduktes entsprechenden Abmessungen so aufgelegt wird, dass die Formpatrize den inneren peripheren Kantenbereich der Glasplatte berührt. Der zu verformende äußere Umfangsbereich der Glasplatte wird auf eine Temperatur erwärmt wird, die größer ist als diejenige des zentralen Bereichs der Glasplatte, so dass letztere auf der Formpatrize durch ihr Eigengewicht verformt wird. Die auf diese Weise verformte Glasplatte wird von einer Formmatrize gepresst, deren Abmessungen den Außenabmessungen des Glasproduktes entsprechen.
Aus der Schrift WO 2013/055587 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zum Verformen eines Flachglases bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur formfreien Herstellung eines geformten Glasartikels mit vorbestimmter Geometrie zu finden, das die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwindet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, geformte Glasartikel mit hoher Oberflächengüte kostengünstig und einfach herzustellen und insbesondere Nachbearbeitungsschritte zu vermeiden.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß Anspruch 1 durch ein Verfahren zur formfreien Herstellung eines geformten Glasartikels mit vorbestimmter Geometrie,
wobei das Verfahren wenigstens folgende Schritte aufweist:

– Bereitstellen eines Ausgangsglases,
– Halten des Ausgangsglases,
– Erwärmen eines Teilbereichs des Ausgangsglases so, dass in diesem Teilbereich eine Viskosität des Ausgangsglases von 10⁹ bis 10⁴ dPas, insbesondere von 10⁸ bis 10⁴ dPas, erhalten wird und so, dass eine vorbestimmte räumliche Viskositätsverteilung des Ausgangsglases an den Stellen, an denen das Ausgangsglas gehalten wird, von 10¹³ dPas nicht unterschritten wird, wobei das Erwärmen mittels wenigstens eines Laserstrahls erfolgt, und
– Verformen des erwärmten Ausgangsglases durch äußere Krafteinwirkung, bis die vorbestimmte Geometrie des Glasartikels erreicht ist, so dass der Teilbereich gegenüber benachbarten Bereichen angehoben oder abgesenkt wird und damit eine lokale Erhebung oder Vertiefung erhalten wird.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Verformungen weisen typischerweise eine schalenförmige Gestalt auf, dergestalt, dass zu einer Erhebung auf einer Seite eine Vertiefung auf der anderen Seite gegenüberliegt.
Mit dem Begriff formfrei im Sinne der Erfindung ist insbesondere gemeint, dass der erwärmte Teilbereich nicht in Kontakt mit einer Form kommt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Vorzugsweise wird als Ausgangsglas ein Flachglas verwendet, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Erhalt eines geformten Glasartikels verformt wird.
Bevorzugt wird als Ausgangsglas ein Kalk-Natron-Glas, ein Borosilikatglas oder ein Aluminosilikatglas verwendet. Weiterhin können auch Gläser verwendet werden, die durch Keramisierung in eine Glaskeramik umgewandelt werden können. Neben erfindungsgemäß hergestellten Glasartikeln betrifft die Erfindung daher auch entsprechend den Glasartikeln ausgebildete Glaskeramikartikel. Geeignete Gläser hierfür sind unter anderem Lithium-Aluminosilikatgläser.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Ausgangsglas vorgeheizt. Das Vorheizen erfolgt vorzugsweise in einem separaten Ofen.
Bevorzugt werden Erwärmungsparameter, insbesondere die zu erhaltende Viskosität des Ausgangsglases im Teilbereich, und Verformungsparameter, insbesondere die Verformungszeit und Verformungskraft, derart gewählt, dass die Verformung dann zum Stillstand kommt, wenn das Ausgangsglas die vorbestimmte Geometrie eingenommen hat.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Erwärmen des Teilbereiches mittels wenigstens eines Brenners oder mittels IR-Strahlung.
Das Erwärmen des Teilbereichs kann auch mittels wenigstens eines Laserstrahls erfolgen, wobei der Teilbereich besonders bevorzugt mit einer Frequenz des Laserstrahls von mindestens 2 Hz abgetastet wird.
Der gesamte Teilbereich kann gleichzeitig oder in einer zeitlichen Abfolge erwärmt werden.
Vorzugsweise erfolgt das Erwärmen entlang einer geschlossenen Linie.
Das Erwärmen kann derart erfolgen, dass zwischen dem Teilbereich und den restlichen Bereichen des Ausgangsglases ein vorbestimmter Wärmegradient eingestellt wird.
Bevorzugt wird der Wärmegradient mittels geeigneter Messverfahren, insbesondere mittels eines Wärmebildsensors, gemessen und/oder wird die Verformung mittels geeigneter Messverfahren, insbesondere mittels optischer Sensoren und/oder akustischer Sensoren, gemessen.
Die weitere Kraft kann insbesondere durch anlegen von Überdruck und/oder Unterdruck, auf das erwärmte Ausgangsglas einwirken.
Die weitere Kraft kann durch ein Druckgefälle über dem Ausgangsglas ausgeübt werden.
Vorteilhaft sind Kräfte, die nicht in Bereichen des Glases mit Viskositäten < 10¹³ dPas angreifen.
Der erhaltene Glasartikel weist vorzugsweise keine Störstellen (Pits) mit einer Abmessung von größer als 1 µm, insbesondere von größer als 0,1µm auf.
Durch eine Umkehr der Kraftwirkung bei Anliegen eines neuen Temperatur/Viskositätsverlaufes lassen sich auch andere Geometrien darstellen. Insbesondere solche, die innerhalb bereits abgesenkter Abschnitte Abschnitte besitzen, die über die Ebene der ursprünglichen Glasscheibe hinwegragen.
Erfindungsgemäß kann der nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Glasartikel für elektronische Geräte, insbesondere als Teil eines Gehäuses oder eines Bildschirms verwendet werden.
Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Flussdiagramm mit bevorzugten Verfahrensschritten.
2 zeigt die Herstellung einer Vertiefung in einem Flachglas, das während der Verformung außen gehalten wird, sowie einen damit erhaltenen Glasartikel. Oben in Draufsicht und unten entlang der Schnittlinie A-A.
3 zeigt das Absenken eines Bereichs in einem Flachglas, das während der Verformung außen gehalten wird sowie einen damit erhaltenen Glasartikel. Oben in Draufsicht und unten entlang der Schnittlinie A-A.
4 zeigt das Absenken des Randbereichs eines Flachglases, das während der Verformung innen gehalten wird sowie einen erfindungsgemäßen Glasartikel. Oben in Draufsicht und unten entlang einer Schnittlinie.
5 zeigt das Formen einer flachen Kalotte in einem Flachglas sowie einen erfindungsgemäßen Glasartikel. Oben in Draufsicht und unten entlang der Schnittlinie A-A.
6 zeigt schematisch an einer Verformung, wie die Größen d = Dicke des Ausgangsglases, B = Breite der beim Ausgangsglas erwärmten Heizzone, und die Tiefe T einer Absenkung gemessen werden.
7 zeigt einen Glasartikel mit ausgeformter Braille-Schrift.
8 zeigt einen Konturscan über eine lokale Erhebung.
9 und 12 zeigen Beispiele für Bahnen eines Laserstrahls auf der Oberfläche eines Ausgangsglases.
10 zeigt einen Glasartikel mit linienförmigen Erhebungen.
11 zeigt einen Glasartikel mit einer linienförmigen Vertiefung.
13 und 14 zeigen Konturscans über mehrere nebeneinanderliegende Verformungen.
15 zeigt eine fotografische Aufnahme eines Glasartikels mit mehreren linienförmigen Erhebungen.
16 zeigt einen Glasartikel mit einer kugelkalottenförmigen Vertiefung.
17 zeigt Querschnitte durch Verformungsbereiche eines Glasartikels mit wannenartiger Vertiefung.
18 zeigt ein mobiles elektronisches Gerät mit einem Glasartikel mit wannenförmiger Vertiefung.
1 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm mit bevorzugten Verfahrensschritten zur formfreien Herstellung eines geformten Glasartikels mit vorbestimmter Geometrie. So wurde zunächst die Geometrie des zu formenden Glasartikels vorbestimmt (vorgegeben). Dann wurde ein geeigneter Temperatur-(Viskositäts-)-Zeit-Kraft-Verlauf berechnet. D.h. es wurde ermittelt welcher Teilbereich des Ausgangsglases wie lange, auf welche Temperatur bei welcher Krafteinwirkung erwärmt werden muss, bis sich die gewünschte Verformung einstellt. Das Erwärmen sollte mittels eines Laserstrahls erfolgen. D.h. ein geeigneter Laserscanner wurde so programmiert, dass der gewünschte Temperatur-(Viskositäts-)-Zeit-Verlauf erreicht werden kann. Die Krafteinwirkung wird über die Größe des Druckgefälles über die Glasscheibe eingestellt. Das Ausgangsglas (Flachglas) wurde bereitgestellt, an den geeigneten Stellen gehalten und das Temperatur-(Viskositäts-)-Zeit-Kraft-Programm unter Verformung des Ausgangsglases zum geformten Glasartikel vorbestimmter Geometrie abgefahren. In einem letzten Schritt wurde der geformte Glasartikel entnommen.
Die 2 zeigt die Herstellung einer Vertiefung in einem Aluminosilikat-Flachglas (verformtes Flachglas 1), das während der Verformung außen gehalten wurde. Das Erwärmen eines Ausgangsglases (Flachglas) erfolgte im Teilbereich 2 auf eine Temperatur, so dass in diesem Teilbereich eine Viskosität von 10⁷ bis 10¹³ dPas erhalten wurde, und im Teilbereich 3 auf eine Temperatur, so dass in diesem Teilbereich eine Viskosität von, 10⁴ bis 10⁸ dPas erhalten wurde. Das Erwärmen erfolgte derart, dass eine Viskosität des Ausgangsglases an den Stellen, an denen das Ausgangsglas gehalten wurde, von 10¹³ dPas nicht unterschritten wurde. Das so erwärmte Ausgangsglas wurde durch Krafteinwirkung durch einen Druckunterschied über die Glasplatte so lange verformt, bis die vorbestimmte Geometrie des Glasartikels erreicht war.
Die 3 zeigt die Herstellung einer asymmetrischen Vertiefung in einem Flachglas (verformtes Flachglas 1), das während der Verformung außen gehalten wurde. Das Erwärmen eines Ausgangsglases (Flachglas) erfolgte in den Teilbereichen 2, 3, 4, 5 und 6 auf unterschiedliche Temperaturen, so dass in diesen Teilbereichen unterschiedliche Viskositäten erhalten wurden. Das Erwärmen erfolgte derart, dass eine Viskosität des Ausgangsglases an den Stellen, an denen das Ausgangsglas gehalten wurde, von 10¹³ dPas nicht unterschritten wurde. Das so erwärmte Ausgangsglas wurde durch Gewichtskrafteinwirkung so lange verformt, bis die vorbestimmte Geometrie des Glasartikels erreicht war.
Die 4 zeigt die Verformung des Randbereichs eines Flachglases das während der Verformung innen gehalten wurde.
Die Verformung wurde rein durch die Zeit-Viskositäts-Kraft-Beaufschlagung gesteuert, d.h. es kam kein flächiger Formkontakt zustande, so dass teuren Formen entfallen können.
Erfindungsgemäß wurde ein Flachglas (Ausgangsglas) zumindest teilweise auf eine Temperatur gebracht, die einer Viskosität von 10¹³ dPas entsprach. Das Flachglas wurde in einem Bereich gehalten, der nicht verformt werden sollte. In diesem Bereich blieb das Glas bei einer Viskosität > 10¹³ dPas, so dass keine Schädigung der Glasoberfläche durch die Unterstützung entstehen konnte. In einzelnen Bereichen wurde die Viskosität nun so stark abgesenkt, dass es zu einem „Durchhängen“ bzw. Absenken von Teilbereichen des Flachglases kam. Die minimalen Viskositätswerte können dabei im Bereich von 10⁸ dPas oder auch 10⁵ dPas liegen, je nach Stärke des Glases und gewünschtem Verformungsgrad und der Gewichtskraft, die auf die zu verformende Stelle wirkt. Die Zeit-Viskositäts-Kraft-Kurve wurde so gewählt, dass die Verformung zu einem Zeitpunkt zum Stillstand kam, in dem die gewünschte Form oder eine gewünschte Zwischenform erreicht war.
Je nach vorbestimmter Geometrie des herzustellenden Glasartikels sind sehr hohe Viskositäts- und damit Temperatur-Gradienten nötig. Diese wurden vorzugsweise durch Erwärmen mittels Laserstrahlung (Laserscanner) erreicht. Mit der Wahl geeigneter Laserquellen können verschiedene Wellenlängen zum Einsatz kommen, die aufgrund der unterschiedlichen Absorption im Ausgangsglas unterschiedlich tief eindringen und so in unterschiedlichen Tiefen des Ausgangsglases wirken. Es wurden aber auch andere Wärmequellen verwendet, insbesondere wenn eine geringe Verformung gewünscht war, die einen niedrigen Viskositätsgradienten erforderte.
Zur Überwachung der Temperaturverteilung kam vorzugsweise ein flächiger Wärmebildsensor zum Einsatz.
Zur Kontrolle der Verformung können auch Sensoren zum Einsatz kommen, die die Lage des verformten Glases erfassen. In einer Ausführungsform wurden diese Sensoren zur Feststellung der Endgeometrie eingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform wurden diese Sensoren zur Regelung des Prozesses eingesetzt. Insbesondere wurden Ultraschallsensoren und/oder optische Sensoren verwendet.
Das zu verformende Flachglas wurde von einem Rahmen aufgenommen, so dass sich Teilbereiche im Inneren des Flachglases verformen konnten. Das Flachglas kann aber auch zentral unterstützt werden, so dass die Ränder verformt werden können. In jedem Fall wurde die Auflagefläche so dimensioniert, dass das Flachglas nicht in unmittelbarer Nähe der Auflagefläche verformt wurde.
Je nach zu erreichender Form kann es vorteilhaft sein, bestimmte Punkte auf dem Flachglas in einer zeitlichen Abfolge zu erwärmen, um das Glas hoher Viskosität als Halter für das zu formende Glas zu verwenden. Die entsprechende Biegestelle kann, je nach Hebellänge dann auf eine mittlere Viskosität, z.B. im Bereich 10⁹ dPas bis 10⁸ dPas eingestellt werden. Im Übergangsbereich zwischen Biegestellen und abgesenkten Bereichen, z.B. zwischen Punkten B und C in 3., muss die Viskosität stetig übergehen.
Mit dem beschriebenen Verfahren ließen sich beliebige, durch Senken herstellbare Geometrien erzeugen. 5. zeigt beispielsweise die Erzeugung einer flachen Kalotte in einem Flachglas 1, die z.B. der Führung des Fingers für einen berührungsempfindlichen Bildschirm (Touch-Screen) dienen kann. Die Erwärmung erfolgte hier im Teilbereich 3.
Die so geformten Gläser wurden vorzugsweise in mobilen oder nichtmobilen elektronischen Geräten als Abdeckgläser (Cover-Gläser) eingesetzt.

Die folgende Tabelle zeigt Oberflächeneigenschaften von erfindungsgemäßen Glasartikeln, die aus Flachgläsern mit einer Dimension 1150 × 850 mm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geformt wurden:

Dicke	0,7 mm	1,1 mm
Dickentoleranz innerhalb eines Glasartikels	< 40 µm	< 50 µm
Dickenvariation zwischen verschiedenen Glasartikeln	< 50 µm	< 50 µm
Welligkeit des gesamten Glasartikels (Warp)	< 0,05%	< 0,05%
Welligkeit (Waviness) Oberseite*	< 150 nm	< 150 nm
Welligkeit (Waviness) Unterseite*	< 150 nm	< 150 nm

* Die Werte wurden unter Verwendung eines 0,8mm/8mm Sperrfilter mittels eines Zeiss Surfcom 1400 Messsystems bestimmt; Probengröße 280 × 280 mm.

Erfindungsgemäße Glasartikel bzw. erfindungsgemäß hergestellte Glasartikel weisen bevorzugt eine Dickentoleranz < 50 µm, eine Dickenvariation < 50µm, einen Warp < 0,05 % und eine Waviness < 150 nm auf (die letzten beiden Werte beziehen sich auf den nicht verformten Bereich des Glasartikels).
Bei den bisher beschriebenen Umformungen von Glasartikeln wurde ein Bereich des Glases verformt, der selbst nicht erwärmt und damit erweicht wurde. Dazu werden ringförmige Bereiche erwärmt und der vom ringförmigen Bereich umschlossene innere Bereich abgesenkt oder angehoben. Erfindungsgemäß ist aber insbesondere vorgesehen, nur erwärmte Bereiche zu verformen und benachbarte Bereiche des Ausgangsglases in ihrer ursprünglichen Lage zu belassen. Hier bietet sich der Vorteil, die Form der Erhebung oder Vertiefung durch die mit dem Laser erzeugte und nahezu beliebig einstellbare Viskositätsverteilung zu steuern.
Damit lässt sich ein geformter Glasartikel herstellen, welcher eine scheibenförmige Grundform aufweist, sowie eine lokale Verformung, in Form einer Ausformung, welche auf einer Seite eine Erhebung 10 und gegenüberliegend eine Vertiefung 11 bildet, wobei die Oberfläche der Ausformung einen Bereich mit konvexer Krümmung aufweist, welcher in einen Bereich mit konkaver Krümmung übergeht. Die Höhe der Erhebung 10 oder die Tiefe der Vertiefung 11 betragen vorzugsweise mindestens 0,1 Millimeter, um gut fühlbare haptische Eigenschaften zu erreichen. Andererseits sind Höhen, beziehungsweise Tiefe höchstens so groß wie die Breite der Verformung. Dabei beträgt die minimale Wandstärke der Verformung weiterhin mindestens das 0,5-fache der Dicke des scheibenförmigen Glasartikels. Diese Merkmale führen zu Verformungen, die eine hinreichende mechanische Stabilität des Glasartikels gewährleisten. Im Falle einer linienförmigen Erhebung oder Vertiefung ist die Breite die Breite der Linie. Im Falle einer kreisförmigen, beispielsweise kugelkalottenförmigen Erhebung oder Vertiefung entspricht die Breite dem Durchmesser der Verformung. Bei punkt- oder kreisförmigen Erhebungen und Vertiefungen wird weiterhin bevorzugt, dass die Höhe der Erhebung, beziehungsweise die Tiefe der Vertiefung den halben Durchmesser der Verformung nicht überschreitet. Werden, wie oben dargelegt, nur die erwärmten Bereiche des Ausgangsglases verformt und die umgebenden Bereiche in ihrer Lage belassen, also nicht angehoben oder abgesenkt, ergibt sich im Allgemeinen eine durchgehend gekrümmte oder gewölbte Oberfläche der Verformung. Insbesondere wird typischerweise auch in der Mitte der Verformung, also der Mitte der Erhebung oder Vertiefung eine gekrümmte, beziehungsweise gewölbte Oberfläche vorliegen.
Vorzugsweise beträgt die Höhe der Erhebung, beziehungsweise der Tiefe der korrespondierenden Vertiefung zwischen 0,1 und 2,5 mm.
Allgemein kann auch durch die Steuerung der Viskositätsverteilung der minimale Krümmungsradius der Krümmung am Rand der Verformung kleiner als der minimale Krümmungsradius in der Mitte der Verformung sein. Die Mitte der Verformung an der Erhebung ist konvex und an der Vertiefung konkav gewölbt. Mit dem Verfahren ist demgemäß auch ein geformter Glasartikel herstellbar, welcher eine scheibenförmige Grundform aufweist, sowie eine lokale Verformung, in Form einer Ausformung, welche auf einer Seite eine Erhebung 10 und gegenüberliegend eine Vertiefung 11 bildet, wobei die Höhe der Erhebung 10 oder die Tiefe der Vertiefung 11 vorzugsweise zwischen 0,1 und 2,5 mm beträgt. Die Oberfläche der Ausformung weist einen Bereich mit konvexer Krümmung auf, welcher in einen Bereich mit konkaver Krümmung übergeht, wobei der minimale Krümmungsradius der Krümmung am Rand der Verformung wie gesagt kleiner als der minimale Krümmungsradius in der Mitte der Verformung ist.
Mit diesen Eigenschaften kann beispielsweise eine Erhebung mit einer Form erzeugt werden, die nahe an einer Kugelkalotte liegt, die aber dennoch aufgrund der randseitigen Krümmung keine scharfen Kanten aufweist.
Der minimale Krümmungsradius am Rand liegt allgemein, ohne Beschränkung auf die erläuterten Ausführungsbeispiele vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm.
Nachfolgend wird als Anwendungsbeispiel die Erzeugung von haptisch erfassbaren Schriftsymbolen, insbesondere von Braille-, beziehungsweise Blindenschrift auf Glasoberflächen beschrieben. Die Braille-Schrift ist in der DIN 32976 definiert.
Die Bearbeitungsform der lokal begrenzten Erwärmung von Glaskörpern mit Hilfe von Laserstrahlung zur Darstellung einer punktuellen berührungslosen Formung lässt sich beispielhaft an der Generierung von Braille-Symbolen darstellen. In dieser Applikationsausprägung geht es um die Darstellung einer ortsfesten Bestrahlungszone mit Lasern im Bereich von 300–11000 nm, dabei bevorzugt mit Strahlung im Ferninfrarot 9800–10400 nm, wobei ein im Durchmesser auf die Zielgeometrie eingestellter Laserstrahl in späterhin dargestellten Modi sequentiell auf die relevanten Bereiche des Glassubstrates zur nachfolgenden Formung gerichtet wird. Wird im Bestrahlungsbereich, auf der Eintrittsseite des Laserstrahls gegenüberliegenden Seite, nun ein Unterdruck angelegt, kommt es bei einer Erwärmung bis in den Erweichungsbereiches des Glases dann zur Ausbildung von lokalen Erhabenheiten mit Höhen von etwa 100µm bis 600µm.
Die Positionierung des Laserstrahls auf den Einzelpositionen kann beispielweise mit Hilfe von Galvanometerscannern, defraktiven / refraktiven Festoptiken, durch Verfahren eines X/Y-Tisches bei statisch über Linsen fokussiertem Laserstrahl oder über eine Kombination dieser Ausführungsvarianten erfolgen.
Bei jeder Art sequentieller Bearbeitung wird dabei bevorzugt die Laserstrahlung während der Sprungzeiten zu einem weiteren Bestrahlungsbereich signifikant reduziert oder sogar ausgeschaltet, um Bestrahlung und damit Erwärmung des Glases in Zwischenbereichen zu vermeiden, die zu ungewünschten Konturerweiterungen führen können. Bei singulärer Bestrahlung einzelner Inkremente können dabei aufgrund der unvermeidlichen Ausbildung thermischer Einflusszonen spezifische Bearbeitungsstrategien angezeigt sein, durch die eine Beeinflussung nachfolgender Bestrahlungspositionen aufgrund Wärmeleitung im Glasvolumen mit der Folge geometrischer Abweichungen vom Zielwert verhindert wird. Dabei werden Einzelelemente durch Verspringen der Bearbeitungsposition z.B. in solchen Abständen bestrahlt, dass bis zur Bearbeitung eines direkt benachbarten Elementes die Wärmeleitung in das umliegende Glasvolumen zu einem Temperaturabfall und damit Viskositätsanstieg geführt hat, so dass bei Beibehaltung der Laserparameter möglichst keine störende Einflussnahme auf die geometrischen Ausmaße der Formung mehr erfolgt. Alternativ kann ortsaufgelöste Laserleistungsmodulation vorgenommen werden, wodurch sich eine thermische Interferenz von Bearbeitungspunkten unmittelbar signifikant reduzieren lässt. Es kann weiterhin auch durch randomisierende oder sequentielle Kurzzeitbestrahlung aller oder mehrerer Einzelelemente in schneller sich wiederholender Abfolge eine quasisimultane Erwärmung mit einem fortlaufend kontinuierlichen Temperaturhub in den Erweichungsbereich des jeweiligen Glases erfolgen.
Allgemein, ohne Beschränkung auf das Beispiel einer Braille-Schrift ist daher gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Erwärmung eines oder mehrerer Teilbereiche des Ausgangsglases mittels eines Lasers und mit einer örtlich und/oder zeitlich variierenden Laserleistung erfolgt. Insbesondere kann bei Herstellung zumindest zwei lateral voneinander beabstandeter Verformungen in Gestalt von Vertiefungen oder, wie im Falle von Punkten von Braille-Schriftzeichen, beabstandeter Erhebungen die Laserleistung reduziert oder vorzugsweise sogar ausgeschaltet werden, während der Laserstrahl den Zwischenraum zwischen den Teilbereichen überstreicht, die zur Erzeugung der einzelnen Verformungen vom Laserstrahl erwärmt werden. Durch eine örtlich oder zeitlich variierende Laserleistung kann auch eine in Richtung entlang der Oberfläche vorbestimmte Viskositätsverteilung im Glas vor oder während der Umformung erzielt werden.
Ebenfalls kann mittels einer Optik der Laserstrahl lateral auf der Oberfläche des Ausgangsglases so verteilt werde, dass die vorbestimmte Viskositätsverteilung erreicht wird. Für die Optik können zu diesem Zweck entsprechende refraktive und/oder diffraktive Elemente eingesetzt werden.
Im konkreten Beispiel von Braille-Schriftzeichen vorzugsweise bei anwendungstypischen Glasdicken von ca. 0,3mm bis 1mm erfolgt die Bestrahlung mit Laserstrahlung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wellenlängenbereich von 9,6–10,6 µm bei intermittierender Formung der Einzelelemente bevorzugt mit einem Fokusdurchmesser von 0,3–1,5mm, bei typischen Leistungsbeaufschlagung von ca. 0,015 bis 0,15W/cm². In der Durchwärmungsphase des Glases kann der Wert temporär auch darüber liegen, wird jedoch vorzugsweise durch die Zerstörschwelle des jeweiligen Glases limitiert. Der anliegende Unterdruck zur Aufprägung der erforderlichen Formkraft wird bevorzugt im Bereich bei –0,1 bar bis –0,7 bar, beziehungsweise im Bereich von 0,1 bar bis 0,7 bar unterhalb des Umgebungsdrucks gewählt.
Um auch Gläser mit hohem thermischem Ausdehnungskoeffizienten auf diese Weise ohne Auftreten von Rissen bearbeiten zu können, ist ggf. eine thermische Vorkonditionierung in den Transformationsbereich des Glases oder in gewissem Temperaturbereich darunter sinnvoll. Dies kann ebenfalls durch Laserstrahlung (z.B. mit großem Fokusdurchmesser in scannender Fahrweise) oder unter Einsatz konventioneller Heiztechnologien, wie z.B. konvektiv thermische Aggregate, erreicht werden. Allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel mit der Erzeugung von Braille-Schriftzeichen ist daher gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Ausgangsglas vorgeheizt wird, wobei die Vorheizung zumindest in einem Bereich erfolgt, welcher die zu erzeugende Verformung, beziehungsweise den zur Erzeugung der Verformung zu erwärmenden Bereich des Ausgangsglases einschließt. Das Erwärmen erfolgt vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 300 °C, wobei die Temperatur die Transformationstemperatur T_g des Glases überschreiten kann, aber unterhalb der Temperatur des Erweichungspunkts, bei welchem das Glas eine Viskosität von 10^7,6 dPa·s erreicht, bleibt.
7 zeigt als Beispiel ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbares Erzeugnis. Auf dem Glasartikel 1 in Gestalt eines Flachglases sind mit dem Verfahren lateral beabstandete Erhebungen 10 aufgebracht, die so angeordnet sind, dass diese Braille-Zeichen 12 repräsentieren. Diese Braille-Zeichen können insbesondere auch Bedienfelder 14 kennzeichnen. Die Bedienfelder 14 können beispielsweise Schaltflächen sein, mit denen ein mit dem Glasartikel ausgestattetes Gerät ein- und ausgeschaltet werden kann. In diesem Fall kann wie bei dem in 7 gezeigten Beispiel ein Bedienfeld mit „An“, das andere mit „Aus“ gekennzeichnet sein. Es können dann Touch-Schalter auf oder unter den Bedienflächen vorgesehen sein, mit denen sich das Gerät ein- und ausschalten lässt.
Ein Glasartikel, wie er beispielhaft in 7 dargestellt ist, ist gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung charakterisiert durch folgende Merkmale:
Die Glasoberfläche weist Erhebungen 10 in Gestalt einer Braille-Schrift auf, wobei die Erhebungen 10 Punkte der Braille-Schrift repräsentieren und eine Höhe im Bereich von mindestens 50 µm und vorzugsweise bis 800 µm aufweisen. Die Erhebungen 10 sind monolithisch mit dem umgebenden Glasmaterial ausgebildet und bestehen auch aus dem gleichen Glas. Weiterhin ist die Oberfläche der Erhebungen feuerpoliert.
Im Falle der Braille-Schrift sind die gewünschten Erhebungen 10 punktförmig oder in Gestalt von Erhebungen mit kreisförmigem Rand.
Vorteilhaft weist dabei, wie ausgeführt, die Oberfläche der Ausformung einen Bereich mit konvexer Krümmung auf, welcher in einen Bereich mit konkaver Krümmung übergeht, wobei der minimale Krümmungsradius der Krümmung am Rand der Verformung kleiner ist als der minimale Krümmungsradius in der Mitte der Verformung. Im Falle einer Erhebung 10, wie sie für die Ausformung von Braille-Schriftzeichen sinnvoll ist, geht eine mittige konvexe Krümmung in eine konkave Krümmung am Rand über. 8 zeigt hierzu einen Konturscan einer Erhebung 10, wie sie für Braille-Schriftzeichen verwendet werden kann. Der Konturscan erstreckt sich über eine Strecke x von 45 mm über die Erhebung 10 hinweg. Die Erhebung 10 weist eine maximale Höhe h von etwa 0,55 mm auf. Eingezeichnet sind weiterhin Krümmungskreise an den Orten maximaler Krümmung in der Mitte und am Rand der Verformung. Die Krümmungskreise sind mit den jeweiligen Krümmungsradien R_M und R_R bezeichnet. Wie anhand der Figur ersichtlich, ist der Krümmungskreis in der Mitte und damit auch der Krümmungsradius R_M größer, als der Krümmungskreis mit Radius R_R am Rand der Erhebung 10. Weiterhin fällt auf, dass sich unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine randseitige umgekehrte Verformung ausbilden kann. Bei einer Erhebung 10 kann daher wie im Beispiel der 8 eine Randvertiefung 20 vorhanden sein, welche die Erhebung 10 umgibt. Umgekehrt kann sich bei einer Vertiefung 11 eine Randerhöhung ausbilden. Diese randseitigen Verformungen können ebenso wie die randseitigen kleineren Krümmungsradien sehr vorteilhaft sein, um die haptische Erkennbarkeit der Verformung zu verbessern. Die Randvertiefung erhöht nämlich die wahrnehmbare Höhe der Erhebung 10, ohne dass diese tatsächlich weiter aus der Oberfläche herausragt.
Auch für linienförmige Erhebungen oder Vertiefungen ergeben sich vorteilhafte Anwendungen. Nachfolgend wird als Ausführungsbeispiel einer solchen linienförmigen Struktur beschrieben.
Als beispielhafte Ausführungsvariante lokaler linienhafter Formungsgeometrien wird nachfolgend die Formung von Fühlhilfen (Taststegen) beschrieben, die durch ihre Erhabenheit die manuelle Positionsorientierung auf Bedienoberlächen z.B. von Steuerungseinheiten in der Fahrgastzelle von Automobilen oder im Bereich der Consumerelektronik unterstützen. Die entsprechenden Glasbauteile verfügen dabei typischerweise über Dicken von 0,3 bis 1mm.
Die Bearbeitung erfolgt wiederum bevorzugt mit Laserstrahlung im Ferninfrarot. Geeignet sind Wellenlängen von 9800–10400 nm und ein kontinuierlicher, also nicht gepulster Betrieb des Lasers. Relevante Laserfokusdurchmesser ergeben sich aus der Ausgangsglasdicke, der Leistungsverteilung im Fokus sowie dem geometrischen Zielmaß der haptischen Struktur. Typischerweise werden bei scannender Bestrahlung Fokusdurchmesser im Bereich von 200µm bis 1000µm eingesetzt. Die applizierte Laserleistung liegt dabei im Bereich von etwa 50 bis 200W. Eine zur schnellen Durchwärmung optimal geeignete Verfahrgeschwindigkeit des Laserfokus hängt wiederum von weiteren Faktoren ab, z.B. Glasdicke, Glastyp, Laserleistung sowie Ausgangstemperatur des Glases und liegt typischerweise im Bereich von 300mm/s bis 5000mm/s. Je nach Kontur der haptischen Struktur kann dabei eine ortsaufgelöste Geschwindigkeits- und / oder Laserleistungsmodulation verwendet werden.
Abhängig von der Aufgabenstellung können beispielsweise gaussförmige oder etwa rechteckförmige Leistungsverteilungen auf der bestrahlten Fläche eingesetzt werden. Die zur berührungsfreien Ausformung der haptischen Strukturen erforderliche Formungskraft wird auch hier durch Anlegen eines Vakuums mit Drücken bei ca. –0,1 bis –0,6 bar aufgebracht. Allgemein wird bevorzugt, die Formungskraft während des Verformens, im vorgenannten Beispiel also die Druckdifferenz des auf die Seiten des scheibenförmigen Glasartikels lastenden Gasdrucks konstant zu halten. Es hat sich gezeigt, dass eine Steuerung der Form und Tiefe der Verformung genauer über eine Einstellung einer Viskositätsverteilung mittels der erfindungsgemäßen Einstellung der lateralen Verteilung der mittleren Laserleistung erzielen lässt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, um beispielsweise Erhebungen mit einem Profil ähnlich zu dem in 8 gezeigten Beispiel eine vorbestimmte Viskositätsverteilung eingestellt, indem die Laserleistung vom Rand zur Mitte des Teilbereiches hin abnimmt. 9 zeigt hierzu eine Möglichkeit. Dargestellt sind die Bahnen 30 des Laserstrahls als Linien auf der Oberfläche des Ausgangsglases. Der Laserstrahl bestrahlt die Oberfläche des Glases mit zeitlich und örtlich variierender Laserleistung. Dabei repräsentiert die Dicke der Linien die Laserleistung. Der Laserstrahl wird dazu mit einer geeigneten Optik, beispielsweise einem Galvanometerscanner in konzentrischen kreisförmigen Bahnen über die Oberfläche des Ausgangsglases geführt. Die Dicke der Linien, mithin also die mittlere Laserleistung nimmt vom Rand zur Mitte hin ab. Damit wird erzielt, dass die Viskosität vom Rand zur Mitte hin ansteigt. Dies hat zur Folge, dass auch die Verformung in der Mitte geringer ist, als am Rand. Im Ergebnis wird auf diese Weise unter konstanter Krafteinwirkung eine annähernd kugelkalottenförmige Erhebung 10, oder komplementär eine annähernd kugelkalottenförmige Vertiefung 11 erzielt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch eine vorbestimmte Viskositätsverteilung eingestellt werden, indem die Laserleistung vom Rand zur Mitte des Teilbereiches hin zunimmt. Eine solche Verteilung bietet sich unter anderem bei kleineren und linienförmigen Verformungen an. Vorzugsweise wird eine solche Verteilung der Laserleistung für Verformungen mit einer Breite von höchstens 5 Millimetern verwendet.
Neben einer sequentiellen Bestrahlung der einzelnen Formungszonen mit über Galvanometerscanner bewegten oszillierenden Foki ist auch der Einsatz von Festoptiken denkbar, die über die Zerlegung des Laserrohstrahles in viele, sich z.T. überlagernde Einzelstrahlen eine entsprechend erforderliche Leistungsverteilung über die Länge und Breite der jeweiligen haptischen Einzelstrukturen erzeugen und damit eine schnelle simultane Bestrahlung des Glaskörpers zur Erwärmung in den Erweichungsbereich des jeweiligen Glases gewährleisten. Eine andere Möglichkeit, die vorbestimmte Viskositätsverteilung zu erreichen, wäre eine spiralförmige Führung des Laserstrahls.
Um auch Gläser mit hohem thermischem Ausdehnungskoeffizienten auf diese Weise ohne Auftreten von Rissen bearbeiten zu können, ist auch in diesem Anwendungsfall ggf. eine thermische Vorkonditionierung in den Transformationsbereich des Glases oder in gewissem Temperaturrange darunter sinnvoll. Dies kann ebenfalls durch Laserstrahlung (z.B. mit großem Fokusdurchmesser in scannender Fahrweise) oder unter Einsatz konventioneller Heiztechnologien, wie z.B. konvektiv thermische Aggregate, erreicht werden.
10 zeigt als Beispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungform eine Fühlhilfe in Form von Taststegen, um beispielsweise auf Bedienoberflächen die Orientierung des Bedieners haptisch zu unterstützen. Die Fühlhilfe, beispielsweise auf einer Bedienoberläche einer Steuerungseinheit in der Fahrgastzelle eines Fahr- oder Flugzeugs umfasst zumindest eine Erhebung 10. Diese ist hier in Form einer linienförmigen oder langgestreckten Erhebung 16 ausgebildet. Diese können beispielsweise zur haptisch erfassbaren Markierung eines Schiebereglers dienen. Bei dem in 10 gezeigten Beispiel ist der Schieberegler anhand der aufgedruckten Skala erkennbar. Beispielsweise kann ein solcher Schieberegler ein Lautstärke- oder Helligkeitsregler sein. Vorteilhaft kann ein solches Bedienelement, wie auch im Beispiel der 10 dargestellt, auch mit zwei nebeneinander verlaufenden linienförmigen Erhebungen 16 versehen sein. Hier kann die Regelung mit dem Bedienelement dann dadurch erfolgen, indem der Bediener seinen Finger zwischen den beiden linienförmigen Erhebungen 16 entlangführt. Der Schieberegler selbst kann dann beispielsweise als Berührungssensor aufgebaut sein. Der Berührungssensor kann dabei auch auf der Rückseite des Glasartikels angeordnet sein. Bei dem in 10 gezeigten Beispiel ist ein rückseitig zur Bedienoberfläche angeordneter Sensor 18 zur Erzeugung eines entsprechenden Stell- oder Regelsignals, beispielsweise zur Regelung einer Lautstärke oder Helligkeit vorgesehen.
Den linienförmigen Erhebungen 10 oder entsprechenden Vertiefungen 11, sowie den kreisflächenförmigen Erhebungen einer Braille-Schrift ist gemeinsam, dass ein Teilbereich erwärmt und verformt wird, dessen Oberfläche im mathematischen Sinne sternförmig ist, während umgebende Teilgebiete nicht verformt werden und ihre Lage beibehalten. Ein sternförmiges Gebiet ist ein Gebiet, in welchem es mindestens einen Punkt gibt, von welchem aus jeder andere Punkt des Gebiets erreicht werden kann, ohne das Gebiet zu verlassen. Insbesondere kann die Oberfläche des erwärmten Teilbereichs auch im mathematischen Sinne ein konvexes Gebiet sein. In diesem Fall kann von jedem Punkt des Gebiets aus jeder andere Punkt geradlinig verbunden werden, ohne das Gebiet zu verlassen. Ein kreisförmiges Gebiet, wie es vom Laserstrahl zur Erzeugung von Erhebungen 10 für Braille-Punkte erwärmt wird, ist sowohl sternförmig, als auch konvex. Dies gilt ebenso auch für geradlinige Erhebungen 10, wie sie das Beispiel der 10 zeigt.
Allgemein, ohne Beschränkung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass ein Teilbereich des Ausgangsglases erwärmt wird, dessen Oberfläche ein Gebiet mit sternförmiger, vorzugsweise konvexer Topologie bildet, wobei dieser erwärmte Teilbereich verformt wird und benachbarte Bereiche ihre Lage bezüglich der Oberfläche des Ausgangsglases beibehalten.
Als beispielhafte Ausführungsvariante von Formungsgeometrien mit kreisförmiger oder kreisringförmiger Ausprägung werden nachfolgend weitere haptische Orientierungshilfen beschrieben. Dies können zur örtlichen Kennzeichnung eines sogenannte ‚Home-Buttons‘ oder ebenfalls eines ‚Sliders‘, beziehungsweise eines Schiebereglers bei Bedienoberflächen verschiedener elektronischer Geräte eingesetzt werden.
Ausgehend von einem scannenden Bearbeitungsmodus als einem aufgrund der Flexibilität und Geometrievielfalt bevorzugtem Ansatz beschreibt der hier bewegte Laserstrahl nicht alternierend identische Bestrahlungspfade, sondern ändert kontinuierlich Bahnradien in Form fortlaufender Spiralen oder konzentrischer Ringe. Für eine kugelkalottenförmige Vertiefung zur Kennzeichnung eines „Home-Buttons“, beziehungsweise allgemein eines Digital-Schaltelements kann dabei der zu erwärmende Teilbereich mit konzentrischen Bahnen des Laserstrahls gemäß dem in 9 gezeigten Beispiel erwärmt werden. Sinnvolle Laserfokusdurchmesser hängen u.a. von Glasdicke und Strukturdurchmesser ab und liegen bei typischen Abmessungen derselben im Bereich von 5mm–50mm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt bei ca. 0,3mm–2mm. Daraus ergeben sich adäquate Laserleistungen im Bereich von ca. 50 W bis 600W. Die Darstellung der Zielgeometrie kann dabei je nach gewählter Bestrahlungsstrategie simultan über die Gesamtfläche des Strukturelementes, z.B. auf dem Wege einer hohen Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls (1000mm/s–20000mm/s) bei ggf. kleinem Fokusdurchmesser und mittlerer Laserleistung deutlich unter der Defektschwelle des jeweiligen Glases, oder in der Art einer fortlaufenden Formungsfront symmetrisch veränderlicher Teilbereiche, bei dann bevorzugt niedriger Vorschubgeschwindigkeit von etwa 100mm/s–1000mm/s bei Laserleistungen an der Zerstörschwelle des Glases (hinsichtlich Abdampfung, Risse) erfolgen.
Die hier aufgeführten Geometrien lassen sich alternativ zu scannenden Bearbeitungsformen auch durch simultane Bestrahlung mit Hilfe entsprechender Festoptiken erstellen, wie sie schon unter dem Ausführungsbeispiel ‚Fühlhilfe‘ beschrieben wurden. Auch hier können auf diesem Wege gegenüber der Erwärmung mit kontinuierlich verfahrendem Laserstrahl mit Durchmesser kleiner der Strukturgeometrie deutliche Verkürzungen der Bearbeitungszeit bei sehr guter Reproduzierbarkeit der Laserleistungsverteilung in der Formungszone erzielt werden. Günstig wirken sich diese Strahlformungstechnologien zudem hinsichtlich der Vermeidung alternierender lokaler Erwärmung und Abkühlung bei der Erhöhung der Glastemperatur in den Erweichungsbereich aus, was vor allem bei bezüglich solcher Temperaturoszillationen sensitiven Materialien wie z.B. Glaskeramiken von Vorteil ist.
11 zeigt dazu ein zu 10 ähnliches Ausführungsbeispiel, hier mit einer Vertiefung 11, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Die Vertiefung 11 ist ringförmig, beziehungsweise in Form einer linienförmigen Vertiefung 17 ausgebildet, wobei die Linie geschlossen ist und damit einen Ring bildet. Auch hier ist ein Sensor 18 der linienförmigen Vertiefung 17 zugeordnet. Im Speziellen ist der Sensor 18 ebenso wie bei dem in 10 gezeigten Beispiel auf der Rückseite der Bedienfläche 14 angeordnet. In diesem Beispiel befindet sich der Sensor 18 unterhalb der Vertiefung 17. Damit kann durch Berühren des Glasartikels in der Vertiefung, insbesondere auch durch Entlangfahren mit einem Finger entlang der Vertiefung 17 ein Stellsignal, wie beispielsweise ein Signal zur Einstellung einer Lautstärke oder Lichthelligkeit erzeugt werden.
Allgemein, ohne Beschränkung auf die dargestellten Beispiele ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung daher ein Glasartikel, insbesondere in Form einer Bedienfläche 14 vorgesehen, welcher zumindest eine, vorzugsweise zwei nebeneinander verlaufende linienförmige Erhebungen 16 oder ein oder mehrerer entsprechende Vertiefungen aufweist. Besonders bevorzugt ist der oder den linienförmigen Erhebungen oder Vertiefungen zumindest ein Sensor zur Erzeugung eines Stellsignals zugeordnet, so dass durch Berühren einer sensitiven Zone ein Stellsignal erzeugt wird. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel ist der Sensor 18 auf der gegenüberliegenden Seite des scheibenförmigen Glasartikels zwischen den beiden Erhebungen 17 angeordnet.
12 zeigt ähnlich zu 9 ein Ausführungsbeispiel für die Bahnen des Laserstrahls, um eine vorbestimmte räumliche Viskositätsverteilung zur Erzielung einer kreisringförmigen Vertiefung 11 entsprechend dem in 11 gezeigten Beispiel zu erzielen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine vorbestimmte Viskositätsverteilung eingestellt, indem die mittlere Laserleistung vom Rand zur Mitte des Teilbereiches hin abnimmt, wobei die Änderung der Laserleistung durch den Abstand benachbarter Bahnen 30 des Laserstrahls eingestellt wird. In der Mitte des hier kreisringförmigen Teilbereichs ist demnach der Abstand benachbarter Bahnen größer, als am Außen- und Innenrand des Teilbereichs.
Die Erfindung eignet sich besonders, nicht nur eine einzelne, sondern insbesondere auch mehrere Verformungen in Gestalt von Erhebungen 10 mit gegenüberliegenden Vertiefungen 11, beziehungsweise je nachdem welche Seite des scheibenförmigen Glasartikels betrachtet wird, in Gestalt von Vertiefungen mit gegenüberliegenden Erhebungen 10. Hierbei ist bemerkenswert, dass die einzelnen Verformungen mit sehr reproduzierbaren Abmessungen hergestellt werden können, obwohl keine Form für die Verformungen verwendet wird, sondern die Verformungen rein über eine äußere Kraft auf einen erweichten Teilbereich, insbesondere in Form einer Druckdifferenz erzeugt werden.

Eine einheitliche Höhe der Erhebungen 10, ist beispielsweise wichtig, um die empfohlenen Spezifikationen für eine Braille-Schrift zu erfüllen. In einem Ausführungsbeispiel wurde ein Braille-Schriftzug hergestellt, der insgesamt siebzehn Braille-Punkte aufweist. Die nachfolgende Tabelle listet die Ergebnisse auf. Die Zielwerte sind empfohlene Strukturgrößen für Braille-Punkte. Neben den Zielwerten sind der Durchschnittswert der Strukturgrößen der erfindungsgemäß hergestellten Braille-Punkte, sowie deren Standardabweichung aufgelistet.

	Zielwert	Durchschnitt	Standardabweichung
Durchmesser [mm]	1,5	1,534	0,027
Abstand a [mm]	2,7	2,559	0,001
Abstand b [mm]	2,7	2,278	0,021
Breite Braille-Symbol [mm]	6,6	6,35	0,081
Höhe der Braille-Punkte [mm]	0,6–0,7	0,6	0,060

Es ist ersichtlich, dass insbesondere die Standardabweichungen sehr klein sind. Besonders die Höhe der Braille-Punkte ist sehr homogen. Die Standardabweichung liegt hier bei 10% des Mittelwerts. Allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass auf dem Glasartikel mehrere Verformungen, vorzugsweise mehrere gleichartige Verformungen erzeugt werden, wobei die Standardabweichung der Höhe oder Tiefe der Erhebungen 10, beziehungsweise Vertiefungen 11 der Verformungen weniger als 20% des Mittelwerts der Höhen oder Tiefen beträgt.
Um eine solche hohe Formhomogenität zu erreichen, ist es günstig, wenn eine gegenseitige Beeinflussung der Erwärmung bei der Formung der Erhebungen 10 oder Vertiefungen 11 möglichst reduziert wird. Dazu ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass bei der Herstellung mehrerer Verformungen auf einem Glasartikel zeitlich zwischen der Formung zweier direkt, beziehungsweise nächst benachbarter Verformungen mindestens eine Verformung hergestellt wird, die kein nächster Nachbar der beiden Verformungen ist. Ebenfalls möglich ist, einen zeitlichen Abstand von mindestens 5 Sekunden bei der Bestrahlung zweier Teilbereiche zur Erzeugung direkt, beziehungsweise nächst benachbarter Verformungen einzuhalten, während dem die Bestrahlung mit dem Laserstrahl unterbrochen wird.
13 und 14 zeigen dazu Konturscans über mehrere nebeneinanderliegende Verformungen. Die Verformungen in Gestalt von Vertiefungen sind in zwei nebeneinanderliegenden Reihen zu jeweils drei Punkten angeordnet. In den beiden Figuren sind jeweils zwei Konturscans dargestellt, wobei die Konturscans jeweils entlang einer der beiden nebeneinanderliegenden Reihen und dementsprechend durch jeweils drei Vertiefungen 11 verlaufen. Bei dem in 13 gezeigten Beispiel wurden die Vertiefungen 11 zeitlich sequentiell direkt hintereinander ausgeformt. Demgegenüber wurde bei dem in 14 gezeigten Beispiel nach dem Ausformen einer Vertiefung 11 der Laser für eine Dauer von 20 Sekunden ausgeschaltet und erst danach die nächste Vertiefung 11 durch Erwärmen des entsprechenden Teilbereichs des Ausgangsglases mit dem Laser und Einwirkung einer Druckdifferenz erzeugt. Während bei dem Beispiel der 13 die Tiefen der Vertiefungen 11 zwischen 125 µm und 350 µm schwanken, variieren die Tiefen bei dem Beispiel der 14 nur zwischen 200 µm und 220 µm. Demnach wird durch den oben erläuterten zeitlichen Abstand zwischen der Bestrahlung der jeweiligen Teilbereiche eine deutlich verbesserte Homogenität der geometrischen Abmessungen der Verformungen erzielt.
15 zeigt als weiteres Beispiel einen scheibenförmigen Glasartikel 1 mit mehreren erfindungsgemäß erzeugten linienförmigen Erhebungen 10. Die Erhebungen 10 weisen eine Länge von 5 mm, und eine Breite von 1 mm auf. Bei einer mittleren Höhe von 0,423 mm ergab sich eine Standardabweichung von nur 0,037 mm, entsprechend 8,5% des Mittelwerts. Ein solcher Glasartikel 1 mit haptischen linienförmigen Erhebungen kann beispielsweise als Bedienblende in Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Allgemein kann die Erfindung zur Formung von Bedienblenden, insbesondere von Bedienblenden mit berührungsempfindlichen Sensoren als Eingabeelemente verwendet werden. Dabei dienen die erfindungsgemäßen Verformungen zur haptischen Kennzeichnung. Derartige Blenden können im Autotomobilbereich in der Fahrgastzelle, in anderen Fahr- und Flugzeugen, in Fahrstühlen, sowie an Terminals, wie beispielsweise an Farhkartenautomaten eingesetzt werden.
Nicht nur bezüglich der Höhe kann eine hohe Reproduzierbarkeit erzielt werden. Insbesondere ist auch eine hohe Formtreue möglich. So können unter anderem kugelkalottenförmige Erhebungen 10 oder Vertiefungen 11 hergestellt werden, deren Oberfläche sehr nahe an einer kugelförmigen Gestalt liegt. Dies gilt insbesondere bei Erhebungen 10 für den mittigen konvex gekrümmten und bei Vertiefungen für den mittigen konkav gekrümmten Bereich.
16 zeigt als Beispiel einen Glasartikel 1 mit einer solchen Vertiefung 11, die als kugelkalottenförmige Vertiefung 110 ausgebildet ist. Der Glasartikel 1 kann insbesondere ein Abdeckglas für die Anzeige eines mobilen elektronischen Geräts, wie insbesondere einem Mobiltelefon oder einem Tablet-PC sein. Die Vertiefung 10 dient zur haptischen und optischen Kennzeichnung eines Digital-Schaltelements 19 eines mobilen elektronischen Geräts, beispielsweise eine Home-Buttons für die Menüführung. Bei dem dargestellten Beispiel ist das Schaltelement 19 auf der gegenüberliegenden Seite der Vertiefung 11 angeordnet.
Für eine kugelkalottenförmige Vertiefung 11 zur Kennzeichnung eines „Home-Buttons“, beziehungsweise allgemein eines Digital-Schaltelements kann dabei der zu erwärmende Teilbereich mit konzentrischen Bahnen des Laserstrahls gemäß dem in 9 gezeigten Beispiel erwärmt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wurde bei einem Durchmesser der Vertiefung von 11 Millimetern und einer Tiefe von 0,6 Millimetern eine Abweichung von einer sphärischen, beziehungsweise ideal kugelkalottenförmigen Form von kleiner 50 µm gemessen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel demnach eine Vertiefung 11 oder Erhebung 10 vorgesehen, die kugelkalottenförmig gewölbt sind, wobei die Abweichung von einer idealen Kugelfläche kleiner als 100 µm, vorzugsweise kleiner als 75 µm ist. Dies gilt jeweils für den konvex geformten mittigen Teil einer Erhebung 10, beziehungsweise entsprechend den konkav gekrümmten Teil einer Vertiefung 11.
Wie bereits oben erläutert, sieht die Erfindung vor, dass die eingebrachten Verformungen eine Höhe, beziehungsweise Tiefe aufweisen, welche die Breite der Verformung nicht überschreiten. 17 zeigt hierzu ein Beispiel mit zwei Teilbildern a), b), welche jeweils Querschnitte durch zwei Verformungsbereiche eines Glasartikels zeigen. Bei diesen Beispielen wurden nicht nur erwärmte Bereiche verformt und benachbarte Bereiche des Ausgangsglases in ihrer ursprünglichen Lage belassen, sondern es wurde wie bei dem Beispiel der 2 ein rahmenförmiger Bereich aufgeheizt und der vom rahmenförmigen Bereich umschlossene innere Bereich abgesenkt. Die im Folgenden in Bezug auf den vom Laser erwärmten und erweichten Bereich dargelegten Merkmale und Eigenschaften gelten aber auch für den Fall, dass nur erwärmte Bereiche verformt und benachbarte Bereiche des Ausgangsglases in ihrer ursprünglichen Lage belassen werden, wie dies bei den in den 7, 8, 10, 11, 13, 14, 15 und 17 gezeigten Beispielen der Fall ist. In diesen letztgenannten Fällen ist, wie auch in den dargestellten Beispielen die Oberfläche in der Mitte der Erhebung 10 oder Vertiefung 11 typischerweise gewölbt. Demgegenüber geht der Randbereich der Verformung bei den in 17 gezeigten Beispielen in einen mittigen, ebenen Abschnitt über. Bei dem Beispiel des Teilbildes a) wurde eine Vertiefung in einem 0,7 Millimeter dicken Ausgangsglas erzeugt, die eine Tiefe von 3,8 Millimetern aufweist. Hier beträgt die minimale Wanddicke aufgrund der Verformung nur noch 0,279 Millimeter, also weniger als einen Faktor 0,4 der Dicke des Ausgangsglases. Demgegenüber weist die Vertiefung 11 des in Teilbild b) gezeigten Beispiels eine Tiefe von 2 Millimetern auf. Die minimale Wandstärke der Verformung beträgt hier noch 0,413 Millimeter. Damit ist die minimale Wandstärke noch mehr als halb so groß wie die Tiefe der Vertiefung. Auch die Steigung des Verformungsbereichs am Rand der Verformung ist unterschiedlich. Bei der tieferen Verformung gemäß Teilbild a) beträgt der mittlere Winkel des Verformungsbereiches zur Oberflächennormale des Ausgangsglases 25°, beim in Teilbild b) gezeigten Beispiel 35°.
Bei dem in 17 gezeigten Beispiel, bei welchem auch der nicht erwärmte Mittenbereich der Verformung durch Anheben oder Absenken gegenüber dem umgebenden Glas verformt wird, hängt die Breite der Verformung auch von der Breite des Mittenbereichs ab. Wird andererseits nur der vom Laser erwärmte und erweichte Teilbereich verformt, so hängt die Wandstärke neben der Tiefe oder Höhe der Verformung insbesondere auch von deren Breite ab. Übertragen auf 17 würde sich an die von rechts nach links abfallende Flanke direkt eine ansteigende Flanke anschließen. Für diese erfindungsgemäßen Verformungen ist vorgesehen, dass die Höhe der Erhebung 10 oder die Tiefe der Vertiefung 11 mindestens 0,1 Millimeter beträgt und höchstens so groß wie die Breite der Verformung ist und die minimale Wandstärke der Verformung mindestens das 0,5-fache der Dicke des scheibenförmigen Glasartikels 1 beträgt. Im Falle kreisflächen- oder punktförmiger Erhebungen 10 und Vertiefungen 11, wie sie die Beispiele der 7, 8, 13, 14 und 16 zeigen, wird bevorzugt, dass die Höhe oder Tiefe der Erhebung, beziehungsweise Vertiefung höchstens die Hälfte des Durchmessers der Verformung beträgt, um eine hohe Stabilität zu erzielen.
So beträgt bei dem in 8 gezeigten Beispiel die Breite der Erhebung 10, hier also der Durchmesser, gemessen als Abstand der Punkte, ab welchen die Höhenkoordinaten ansteigen, etwa 15 mm. Die Höhe beträgt etwa 0,55 Millimeter. Damit ist die Höhe deutlich geringer als der halbe Durchmesser (7,5 mm). Bei dem in 14 gezeigten Beispiel beträgt der halbe Durchmesser der Vertiefungen 11 etwa 0,75 Millimeter. Die Tiefe liegt bei 0,2 Millimetern. Damit sind die Vertiefungen um einen Faktor 0,266 niedriger als der halbe Durchmesser. Auch dieses Verhältnis liegt noch unter der erfindungsgemäß vorgesehenen Grenze eines Faktors 0,5.
In Bezug auf 16 wurde weiterhin ein Ausführungsbeispiel einer kugelkalottenförmigen Vertiefung mit einem Durchmesser der Vertiefung von 11 Millimetern und einer Tiefe von 0,6 Millimetern genannt. Demgemäß beträgt das Verhältnis von Tiefe zu halbem Durchmesser hier 0,11 und ist damit ebenfalls niedriger als die vorgesehene Obergrenze von 0,5.
Ein Glasartikel 1, wie er in 17, insbesondere dort im Teilbild b) dargestellt ist, kann besonders vorteilhaft als Abdeckglas einer optischen, insbesondere berührungsempfindlichen Anzeige, beispielsweise einer Anzeige für ein mobiles elektronisches Gerät, wie etwa für eine Anzeige eines Mobiltelefons oder Tablet-PCs verwendet werden. Auch für optische Anzeigen von Terminals, wie etwa von Fahrkartenautomaten, sowie für optische Anzeigen in Bedienblenden, etwa in Fahrzeugen kann ein entsprechend ausgebildeter Glasartikel eingesetzt werden. Hier bietet sich die Möglichkeit, speziell den Display-Bereich gegenüber dem Rand abzusenken. Mithin würde der in 17 links neben dem Verformungsbereich liegende abgesenkte Mittenbereich des Glasartikels das Display eines solchen elektronischen Geräts, vorzugsweisen eines mobilen elektronischen Geräts abdecken. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass die Displayabdeckung im Bereich der optischen Anzeige besser vor einem Verkratzen geschützt wird, etwa dann, wenn das Gerät mit dem Abdeckglas nach unten weisend abgelegt wird.
18 zeigt dazu ein Ausführungsbeispiel eines solchen mobilen elektronischen Geräts 40 in Form eines Mobiltelefons 41. Das Mobiltelefon 41 weist eine optische, berührungsempfindliche Anzeige 43 auf, welche von einem Abdeckglas 100 in Form eines erfindungsgemäßen scheibenförmigen Glasartikels 1 abgedeckt wird. Das Abdeckglas 100 weist nun eine Vertiefung 11 auf, die als wannenförmige Vertiefung 111 mit ebenem Boden 112 ausgebildet ist. Dieser Boden 112 deckt die Anzeige 43 ab. Die Vertiefung 11 ist dabei hergestellt, indem ein ringförmiger Bereich mit einem Laser erwärmt und erweicht und der vom ringförmigen Bereich umschlossene Bereich durch Anlegen einer Kraft gegenüber den umgebenden Bereichen des Ausgangsglases angehoben oder abgesenkt wird. Wie beschrieben wird die Kraft vorzugsweise durch eine Druckdifferenz des Gasdrucks zwischen den beiden Seiten des Ausgangsglases erzeugt. Weiterhin bevorzugt wird, dass das Verformen unter einer konstanten Kraft, also insbesondere unter Einwirkung einer konstanten Druckdifferenz erfolgt.
Zusätzlich kann das Abdeckglas 100 auch eine wie in 16 dargestellte und beschriebene kugelkalottenförmige Vertiefung 110 aufweisen, welche die Position eines Digital-Schaltelements, wie insbesondere eines Home-Buttons haptisch kennzeichnet.
Die Tiefe der Vertiefung 111 ist hier vorzugsweise nicht in Verhältnis zu deren Breite gesetzt, da die Breite maßgeblich von der Breite des ebenen Mittenbereiches 112 abhängt, der seinerseits aber nicht die Glasdicke am Rand der Verformung beeinflusst. Wie anhand von 17 aber deutlich wird, hängt die minimale Glasdicke auch vom Verhältnis von Tiefe der Vertiefung zur Glasdicke des Ausgangsglases ab. Um hier eine gute Stabilität zu gewährleisten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Tiefe der Vertiefung 111 geringer ist, als das 4,5-fache der Glasdicke des Abdeckglases. Zum Vergleich beträgt das Verhältnis bei dem in Teilbild a) gezeigten Beispiel 5,4, während das Verhältnis Glasdicke zu Tiefe bei dem in Teilbild b) gezeigten Beispiel nur 2,86, so dass eine gute mechanische Stabilität gewährleistet wird. Um andererseits einen guten Schutz vor Verkratzen des Mittenbereichs 112 zu erreichen, beträgt die Tiefe der Vertiefung mindestens 0,1 Millimeter. Wie auch bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung weist der Rand der Vertiefung bedingt durch das erfindungsgemäße Verfahren der Umformung eine konvexe Krümmung auf, welcher weiter innen in eine konkave Krümmung übergeht, wobei die konkave Krümmung vorzugsweise in den ebenen Boden der Vertiefung übergeht.
Demgemäß betrifft die Erfindung allgemein, ohne Beschränkung auf die speziellen Ausführungsbeispiele auch ein scheibenförmiges Abdeckglas 100 für eine optische, insbesondere berührungsempfindliche Anzeige 43, vorzugsweise eine optische, insbesondere berührungsempfindliche Anzeige eines mobilen elektronischen Geräts 40, sowie ein mit dem Abdeckglas 100 ausgerüstetes, vorzugsweise mobiles elektronisches Gerät 40, wobei das Abdeckglas 100 eine wannenförmige Vertiefung 111 aufweist, wobei die Vertiefung 111 einen ebenen Boden 112 zur Abdeckung der Anzeige aufweist, und wobei die Vertiefung 111 eine Tiefe von mindestens 0,1 Millimetern und maximal eine Tiefe entsprechend der viereinhalbfachen Dicke des Abdeckglases aufweist, und wobei der Randbereich der Vertiefung 111 konvex gewölbt ist und die konvexe Wölbung nach innen hin zum ebenen Boden 112 zu in eine konkave Wölbung übergeht.
Die Wölbung des Randbereichs mit feuerpolierter Oberfläche macht diesen Bereich unempfindlicher gegen Stöße und Kratzer und verbessert die mechanische Stabilität. In Verbindung mit der Vertiefung 111 wird damit ein besonders gegen Verkratzen und Stöße unempfindliches Display geschaffen.
Weiterhin kann das Abdeckglas auch erfindungsgemäße haptische Strukturen, etwa in Form des in 18 dargestellten „Home-Buttons“ oder andere haptischer Strukturen, beispielsweise in Form linienförmiger Erhebungen 16 aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Form der Erhebung oder Vertiefung mit ineinander übergehenden konvex und konkav gewölbten Bereichen auch hinsichtlich einer chemischen Vorspannung. Die gerundeten Flächen führen zu einem gleichmäßigeren Kräfteverlauf der mit der chemischen Vorspannung erzeugten Druckspannungen und vermindern die Gefahr von Beschädigungen, die tiefer als die Druckspannungszonen reichen und damit stark festigkeitsmindernd wären. Dies betrifft nicht nur das spezielle Beispiel einer wannenförmigen Vertiefung in einem Abdeckglas einer optischen Anzeige, wie es die 18 zeigt, sondern alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung. Daher ist allgemein gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Glasartikel 1 chemisch vorgespannt sein kann. Dabei wird das chemische Vorspannen insbesondere nach dem Herstellen der Verformung durchgeführt.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise, insbesondere auch durch Kombination der Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele variiert werden kann. So kann eine Variation der Laserleistung, wie sie 9 zeigt, auch für das in 12 gezeigte Ausführungsbeispiel mit ringförmig erwärmtem Ausgangsglas und umgekehrt eine Variation der Dichte der Bahnen 30 auch zur Erzeugung der gewünschten Viskositätsverteilung für eine kreisförmige, insbesondere kugelkalottenförmige Vertiefung entsprechend zu 9 verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Vertiefungen mit durchgehend gewölbter Oberfläche können beispielsweise auch mit wannenförmigen Absenkungen gemäß den 2 und 3 oder 18 kombiniert werden Weiterhin können bei der Verwendung geeigneter Gläser die erfindungsgemäßen Glasartikel auch keramisiert und damit in entsprechende Glaskeramikartikel umgeformt werden. Diese Glaskeramikartikel weisen dann entsprechend bezüglich der Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit auch alle Merkmale der hier beschriebenen Glasartikel auf. Demgemäß betrifft die Erfindung gemäß einer Weiterbildung auch einen Glaskeramikartikel, erhältlich durch Keramisierung eines Glasartikels gemäß der Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: Verformtes Flachglas (geformter Glasartikel mit vorbestimmter Geometrie)
2: Bereich mittlerer Viskosität (10⁷ bis 10¹³ dPas)
3: Bereich niedriger Viskosität (10⁴ bis 10⁸ dPas)
4: Bereich mittlerer Viskosität (10⁷ bis 10¹³ dPas)
5: Biegeviskosität (10⁷ bis 10¹² dPas)
6: Übergang von niedriger auf Biegeviskosität
7: Auflage (Halter)
8: Bereich hoher Viskosität (> 10¹² dPas)
10: Erhebung
11: Vertiefung
12: Braille Zeichen
14: Bedienfeld
16: linienförmige Erhebung
17: linienförmige Vertiefung
18: Sensor
19: Digital-Schaltelement
20: Randvertiefung
30: Laserstrahl-Bahn
40: mobiles elektronisches Gerät
41: Mobiltelefon
110: kugelkalottenförmige Vertiefung
111: wannenförmige Vertiefung mit ebenem Boden
112: Boden von 111
A-A: Schnittlinie
B, C: Übergangsbereiche zwischen Biegestellen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010/0107525 A1 [0003]
US 2013/0321903 A1 [0003]
US 5567484 A [0004, 0004]
US 5978189 A [0004, 0004]
US 6391213 A [0004, 0004]
US 6664503 A [0004, 0004]
EP 0690028 A1 [0005]
US 2003/209040 A1 [0005]
US 2010/0000259 A1 [0006]
DE 102010020439 A1 [0007]
US 2012/0114901 A1 [0008]
WO 2011/000012 A1 [0010]
DE 102011050628 A1 [0012]
DE 102007012146 B4 [0013, 0014]
WO 2005/042420 A1 [0015]
DE 3837552 A1 [0016]
WO 2013/055587 A1 [0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 32976 [0076]

Claims

Verfahren zur formfreien Herstellung eines geformten Glasartikels mit vorbestimmter Geometrie, wobei das Verfahren wenigstens folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Ausgangsglases, – Halten des Ausgangsglases, – Erwärmen eines Teilbereichs des Ausgangsglases so, dass in diesem Teilbereich eine vorbestimmte räumliche Viskositätsverteilung des Ausgangsglases von 10⁹ bis 10⁴ dPas, insbesondere von 10⁸ bis 10⁴ dPas, erhalten wird und so, dass eine Viskosität des Ausgangsglases an den Stellen, an denen das Ausgangsglas gehalten wird, von 10¹³ dPas nicht unterschritten wird, wobei das Erwärmen mittels wenigstens eines Laserstrahls erfolgt, und – Verformen des erwärmten Ausgangsglases durch äußere vorbestimmte Krafteinwirkung, bis die vorbestimmte Geometrie des Glasartikels erreicht ist, so dass der Teilbereich gegenüber umgebenden Bereichen angehoben oder abgesenkt wird, und damit eine lokale Erhebung (10) oder Vertiefung (11) erhalten wird.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nur erwärmte Bereiche verformt und benachbarte Bereiche des Ausgangsglases in ihrer ursprünglichen Lage belassen werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorbestimmte Viskositätsverteilung eingestellt wird, indem die Laserleistung vom Rand zur Mitte des Teilbereiches hin abnimmt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung eines oder mehrerer Teilbereiche des Ausgangsglases mit einer örtlich und/oder zeitlich variierenden Laserleistung erfolgt.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei lateral voneinander beabstandete Verformungen hergestellt werden, wobei die Laserleistung reduziert oder ausgeschaltet wird, während der Laserstrahl den Zwischenraum zwischen den Teilbereichen überstreicht, die zur Erzeugung der einzelnen Verformungen vom Laserstrahl erwärmt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Optik der Laserstrahl lateral auf der Oberfläche des Ausgangsglases so verteilt wird, dass die vorbestimmte Viskositätsverteilung erreicht wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formungskraft, insbesondere eine Druckdifferenz des Gasdrucks zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten des Ausgangsglases während des Verformens konstant gehalten wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich des Ausgangsglases erwärmt wird, dessen Oberfläche ein Gebiet mit sternförmiger, vorzugsweise konvexer Topologie bildet, wobei dieser erwärmte Teilbereich verformt wird und benachbarte Bereiche ihre Lage bezüglich der Oberfläche des Ausgangsglases beibehalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsglas ein Flachglas verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsglas ein Kalk-Natron-Glas, ein Borosilikatglas oder ein Aluminosilikatglas verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsglas vorgeheizt wird, wobei die Vorheizung zumindest in einem Bereich erfolgt, welcher den zur Erzeugung der Verformung zu erwärmenden Bereich des Ausgangsglases einschließt, wobei das Erwärmen vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 300 °C erfolgt, aber unterhalb der Temperatur des Erweichungspunkts, bei welchem das Glas eine Viskosität von 10^7,6 dPa·s erreicht, bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Erwärmungsparameter, insbesondere die zu erhaltende Viskosität des Ausgangsglases im Teilbereich, und Verformungsparameter, insbesondere die Verformungszeit, derart gewählt werden, dass die Verformung dann zum Stillstand kommt, wenn das Ausgangsglas die vorbestimmte Geometrie eingenommen hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen mittels wenigstens eines Brenners oder mittels IR-Strahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich mit einer Frequenz des Laserstrahls von mindestens 2 Hz abgetastet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Teilbereich gleichzeitig oder in einer zeitlichen Abfolge erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen derart erfolgt, dass zwischen dem Teilbereich und den restlichen Bereichen des Ausgangsglases ein vorbestimmter Wärmegradient eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmegradient mittels geeigneter Messverfahren, insbesondere mittels eines Wärmebildsensors, gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung mittels geeigneter Messverfahren, insbesondere mittels optischer Sensoren und/oder akustischer Sensoren, gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verformungen auf einem Glasartikel hergestellt werden, wobei – zeitlich zwischen der Formung zweier nächst benachbarter Verformungen mindestens eine Verformung hergestellt wird, die kein nächster Nachbar der beiden Verformungen ist, oder wobei – ein zeitlicher Abstand von mindestens 5 Sekunden bei der Bestrahlung zweier Teilbereiche zur Erzeugung nächst benachbarter Verformungen eingehalten wird, während dem die Bestrahlung mit dem Laserstrahl unterbrochen wird..
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Krafteinwirkung durch ein Druckgefälle über dem Ausgangsglas ausgeübt wird, insbesondere wobei die äußere Krafteinwirkung mittels Überdruck und/oder Unterdruck auf das erwärmte Ausgangsglas einwirkt.
Verwendung des nach dem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche hergestellten Glasartikels – für elektronische Geräte, insbesondere als Teil eines Gehäuses oder eines Bildschirms – zur Erzeugung von Braille-Schriftzeichen auf Glasartikeln, oder – für Bedienblenden, insbesondere für Bedienblenden mit berührungsempfindlichen Sensoren, oder – zur Erzeugung einer linienförmigen Erhebung (16) oder Vertiefung (17) zur Kennzeichnung eines Schiebereglers, oder – zur Erzeugung einer Vertiefung zur Kennzeichnung eines Schalt-Bedienelements, insbesondere zur Kennzeichnung eines Digital-Stelltasters, insbesondere eines Home-Buttons.
Geformter Glasartikel, insbesondere herstellbar mit einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welcher eine scheibenförmige Grundform aufweist, sowie eine lokale Verformung, in Form einer Ausformung, welche auf einer Seite eine Erhebung (10) und gegenüberliegend eine Vertiefung (11) bildet, wobei die Oberfläche der Ausformung einen Bereich mit konvexer Krümmung aufweist, welcher in einen Bereich mit konkaver Krümmung übergeht, wobei die Höhe der Erhebung (10) oder die Tiefe der Vertiefung (11) mindestens 0,1 Millimeter beträgt und höchstens so groß wie die Breite der Verformung ist und die minimale Wandstärke der Verformung mindestens das 0,5-fache der Dicke des scheibenförmigen Glasartikels (1) beträgt.
Geformter Glasartikel, gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei der minimale Krümmungsradius der Krümmung am Rand der Verformung kleiner ist als der minimale Krümmungsradius in der Mitte der Verformung.
Geformter Glasartikel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche in der Mitte der Erhebung (10) oder Vertiefung (11) gewölbt ist, insbesondere, dass die Verformung eine durchgehend gekrümmte oder gewölbte Oberfläche aufweist.
Glasartikel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Glasartikel (1) lateral beabstandete Erhebungen (10) aufgebracht sind, die so angeordnet sind, dass diese Braille-Zeichen (12) repräsentieren.
Glasartikel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere mit Bedienfläche (14), welcher zumindest eine linienförmige Erhebung (16) oder Vertiefung (17) aufweist, wobei vorzugsweise der oder den linienförmigen Erhebungen (16) oder Vertiefungen (17) zumindest ein Sensor zur Erzeugung eines Stellsignals zugeordnet ist.
Glasartikel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (10) von einer Randvertiefung (20) oder die Vertiefung (11) von einer Randerhöhung umgeben ist.
Glasartikel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Ausformung mit Vertiefung (11) oder Erhebung (10), die kugelkalottenförmig gewölbt ist, wobei die Abweichung von einer idealen Kugelfläche kleiner als 100 µm, vorzugsweise kleiner als 75 µm beträgt.
Glasartikel, insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in Form eines scheibenförmigen Abdeckglases (100) für eine optische, insbesondere berührungsempfindliche Anzeige (43), vorzugsweise eines mobilen elektronischen Geräts (40), wobei das Abdeckglas (100) eine wannenförmige Vertiefung (111) aufweist, wobei die Vertiefung (111) einen ebenen Boden (112) zur Abdeckung der Anzeige aufweist, und wobei die Vertiefung (111) eine Tiefe von mindestens 0,1 Millimetern und maximal eine Tiefe entsprechend der viereinhalbfachen Dicke des Abdeckglases aufweist, und wobei der Randbereich der Vertiefung (111) konvex gewölbt ist und die konvexe Wölbung nach innen hin zum ebenen Boden (112) zu in eine konkave Wölbung übergeht.