DE19856346A1

DE19856346A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks aus sprödbrüchigem Werkstoff

Info

Publication number: DE19856346A1
Application number: DE19856346A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Georg Geisler; Bernd Hoetzel
Original assignee: Schott Spezialglass GmbH
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-06-15

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks aus sprödbrüchigem Werkstoff, insbesondere aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, mit einem Laserstrahl bekannter Form und Intensitätsverteilung, entlang einer Trennlinie unter Induzierung einer thermomechanischen Spannung, wobei der Laserstrahl längs der Trennlinie und/oder das Werkstück bewegt wird und bei dem der erwärmte Trennlinienabschnitt anschließend gekühlt wird, beschrieben. Dabei befindet sich das zu schneidende Werkstück in einer Flüssigkeit, und der Oberflächenteil des Werkstücks, auf den der Laserstrahl auftrifft, wird durch einen Gasstrahl freigeblasen, wobei durch die gleichmäßige und schnelle Flüssigkeitskühlung eine Erhöhung der laserinduzierten thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffs erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden eines Werk stücks aus sprödbrüchigem Werkstoff, insbesondere Glas, Glaskeramik oder Keramik mit einem Laserstrahl entlang einer Trennlinie. Eine bevorzugte An wendung ist dabei das Schneiden von Flachglas.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Schneiden eines derartigen Werkstücks mittels eines Laserstrahls.

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

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

Dieses Laserstrahl-Schneidverfahren, das durch eine lokale Erwärmung durch den fokussierten Laserstrahl in Verbindung mit einer Kühlung von außen eine thermomechanische Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes induziert, ist durch mehrere Schriften bekannt geworden.

Das aus der WO 93/20015 bekannte Verfahren nutzt einen Laserstrahl mit el liptischer Form, mit einem nachlaufenden Kühlspot. Dieses Verfahren zeigt gute Ergebnisse beim gradlinigen Ritzen von nichtmetallischem Plattenmate rial, kann jedoch kein hochwertiges und hochpräzises Ritzen entlang einer gekrümmten Kontur sichern. Zudem weist das genannte Verfahren eine gerin ge Stabilität des Schneidablaufs bei einer hohen Strahlungsdichte und hohen Schnittgeschwindigkeiten auf.

Um die Erhitzungsbedingungen des Materials entlang der Schnittlinie zu op timieren, erfolgt das Erhitzen gemäß der WO 96/20062 mittels eines Wär mestrahlbündels, in dessen Querschnitt, der durch das Zentrum des Bündels verläuft, sich die Dichte der Strahlungsleistung abnehmend von der Peripherie zum Zentrum hin verteilt. Es wird ein elliptisches Strahlenbündel verwendet, das eine Temperaturverteilung in Form eines elliptischen Ringes bewirkt.

Die Nachteile dieser bekannten Verfahren werden durch das Verfahren nach der DE 197 15 537 A1 vermieden, das einen Brennfleck mit einer sich in Schneidrichtung öffnenden U- bzw. V-förmigen Kontur und einer charakteristi schen Intensitätsverteilung vorsieht.

Dieses Verfahren hat sich in der Praxis bei der Ausführung von geraden Schnitten gut bewährt. Es ist möglich, auch große Werkstückdicken sauber zu durchtrennen. Bei der Ausführung von Freiformschnitten, d. h. von Schnitten mit beliebiger, auch gekrümmter Kontur, muß eine der Kontur der Schneidlinie angepaßte, gekrümmte U- bzw. V-förmige Intensitätsverteilung erzeugt und der Kontur samt der nachfolgenden Kühlung nachgefahren werden. Dies er fordert insbesondere eine Kopplung der den Brennfleck erzeugenden Scan nereinrichtung mit einer Bahnsteuerung, was einen nicht unerheblichen Steuerungs- und Justageaufwand mit sich bringt.

Durch die DE 44 11 037 C 2 ist ein Laserstrahl-Schneidverfahren zum Schneiden von Hohlgläsern bekannt geworden, das mit einem scharf zu ei nem Spot gebündelten, ortsfesten Laserstrahl arbeitet, der rund um das sich drehende Hohlglas eine thermische Spannungszone erzeugt. Danach wird entlang der eingebrachten Spannungszone über den gesamten Umfang des Hohlglases mit einem aus einer Düse ausgeblasenen Sprühwassernebel ge kühlt und so in Verbindung mit einem mechanisch oder thermisch erzeugten Startriß ein Abtrennen des Hohlglasrandes erzielt.

Durch die DE 43 05 107 A 1 ist ein Laserstrahl-Schneidverfahren bekannt ge worden, bei dem der Laserstrahl so geformt ist, daß sein Strahlquerschnitt auf der Oberfläche des Werkstückes eine längliche Form aufweist, bei dem das Verhältnis von Länge und Breite des auftreffenden Strahlquerschnittes mittels einer Blende im Laserstrahlengang einstellbar ist.

Das in den genannten Schriften beschriebene Laserstrahl-Schneidverfahren unterscheidet sich grundsätzlich von dem ebenso beispielsweise aus der EP 0 062 482 A1 oder der US 5,237,150 bekannten Laserstrahl-Schneidverfahren, bei dem ein Aufschmelzen des Glases unter Ausbildung einer Schnittfuge stattfindet, wobei durch ein Gas die Schnittfuge ständig sauber geblasen wird.

Das erstgenannte Laserstrahl-Schneidverfahren hat sich aus den verschie densten Gründen als das überlegenere Verfahren erwiesen und in der Praxis durchgesetzt. Von ihm geht auch die Erfindung aus. Die durch das erstge nannte Verfahren erzielbare Schneidfähigkeit und die Einsatzfähigkeit des Verfahrens werden insbesondere durch die Intensitätsverteilung im Laser strahl und die Art der Kühlung bedingt. Die beim Schneiden erforderliche schnelle und effektive Abkühlung, des durch den Laserstrahl erwärmten Trennlinienabschnitts unter Erhöhung der laserinduzierten thermomechani schen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstücks, wird durch die bei den bekannten Verfahren genannte Art der Kühlung nur unzureichend ge währleistet. Aufgrund der unzureichenden Kühlung sind den steigenden An forderungen an die Genauigkeit und die Konturtreue des Schnitts und der gleichzeitigen Forderung nach immer höheren Schnittgeschwindigkeiten Grenzen gesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Schneiden eines Werkstücks aus sprödbrüchigem Werkstoff, insbe sondere Glas, Glaskeramik oder Keramik, bereitzustellen, daß ohne ein Auf treten von Mikrorissen, Ausmuschelungen oder Splittern, eine hohe Schnitt genauigkeit und Konturtreue, sowie ein schnelles Schneiden ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 1 erfolgt das Schneiden eines Werk stücks aus sprödbrüchigem Werkstoff dadurch, daß sich das Werkstück in ei ner Flüssigkeit befindet und der Oberflächenteil des Werkstücks, auf den der Laserstrahl auftritt, durch einen Gasstrahl freigeblasen wird, wobei durch die gleichmäßige und schnelle Flüssigkeitskühlung eine Erhöhung der laserindu zierten thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit erfolgt. Das Schneiden des Werkstücks erfolgt dadurch sehr genau und mit hervorra gender Konturtreue. Die effektive und gleichmäßige Kühlung ermöglicht erst die Verwirklichung hoher Schnittgeschwindigkeiten.

Es werden saubere Trennkanten erzielt, die weder Mikrorisse noch Ausmu schelungen oder Splitter enthalten. Die Temperatur der Flüssigkeit wird in ei ner bevorzugten Ausführung durch einen Thermostaten geregelt, wobei der durch den Laserstrahl eingebrachten Erwärmung der Flüssigkeit entgegen gewirkt wird. Dadurch wird eine reproduzierbare Prozeßführung unter regel- und kontrollierbaren Bedingungen ermöglicht.

Geeignete Flüssigkeiten ermöglichen beispielsweise durch ihre hohe Wärme kapazität eine effektive Kühlung: Je effektiver die Kühlung, d. h. je tiefer u. a. die Temperatur der Kühlflüssigkeit, desto höher die Schnittgeschwindigkeit. Prinzipiel ist die erreichbare Kühltemperatur vom Gefrierpunkt der jeweils verwendeten Flüssigkeit abhängig. Durch die Flüssigkeit darf es jedoch zu keiner Verschmutzung des Werk stücks kommen und sie muß sich einfach und rückstandsfrei vom Werkstück entfernen lassen.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird als Kühlflüssigkeit Was ser verwendet. Wasser erfüllt die an die Flüssigkeit gestellten Anforderungen in Bezug auf ein gleichmäßiges und schnelles Kühlen des erwärmten Trenn linienabschnitts besonders gut. Sowohl aus ökonomischer als auch aus öko logischer Sicht ergeben sich weitere Vorteile durch die Verwendung von Was ser gegenüber anderen Kühlflüssigkeiten.

Dadurch, daß sich das zu schneidende Werkstück in einer Flüssigkeit befin det, die einen Großteil der Laserenergie absorbiert, ist es notwendig den Oberflächenteil des Werkstücks, auf den der Laserstrahl auftrifft, durch einen Gasstrahl, insbesondere einen Luftstrahl, freizublasen. Die Strömungsge schwindigkeit, die der Gasstrahl besitzen muß, hängt ab von der Viskosität der Flüssigkeit, dem Abstand der Austrittsdüse von dem Werkstück und der Höhe des Flüssigkeitsstands über dem Werkstück. Sie kann leicht errechnet oder experimentell festgestellt werden. Bei der Verwendung von Wasser als Flüssigkeit, einem Abstand der Düse zur Werkstücküberfläche von 8,5 mm und einer Höhe der Wassersäule über dem Werkstück von 3,2 mm erzielt man gute Wirkungen mit einem Gasdruck von 2 bar und einem konzentri schen Düsendurchmesser von 4 mm.

In einer technisch besonders einfach zu verwirklichenden Ausführung werden Laser- und Gasstrahl in einem gemeinsamen Prozeßkopf geführt und treten aus diesem aus, wobei der Laserstrahl auch vom Gasstrahl umgeben sein kann.

Besonders bevorzugt wird eine Ausführung nach einer älteren, noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung (Aktenzeichen 198 30 237.1) der Anmelderin, bei der der Laserstrahl von einem direkt benachbarten konzentri schen Gasstrahl umgeben ist.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Gasstrahl zusätzlich gekühlt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Gasstrahl durch eine oder mehrere konzentrische und/oder elliptische Düsen geformt. Es können alle Gasstrahlformen und Düsenanordnungen verwendet werden, die ein effektives Freiblasen ermöglichen.

Prinzipiell können alle vorbestimmten Laserstrahl-Formen und damit verbun denen Intensitätsverteilungen auf das zu schneidende Werkstück verwendet werden, die dem Oberbegriff von Anspruch 1 genügen.

Besonders bevorzugt wird eine in der DE 197 15 537 A1 beschriebene U- bzw. V-förmige Kontur des Laserstrahl und die damit verbundene Intensitäts verteilung.

Vorzugsweise ist der Laser ein CO₂-Laser, dessen Wellenlänge dem spektral en Absorptionsmaximum des zu schneidenden Werkstoffes entspricht. Dieser CO₂-Laser emittiert Licht im fernen infraroten Bereich bei einer Wellenlänge von 10,6 µm. Diese Wärmestrahlung zeigt erhebliche Besonderheiten bei der Wirkung auf Materie. So wird sie von den meisten im sichtbaren Licht trans parenten Materialien stark absorbiert.

Der Umstand der starken Absorption in Glas wird verwendet, um Glas zu schneiden. Bei einem Absorptionskoeffizienten von 10³ cm^-1 wird 95% der Leistung in einer 30 µm dicken Schicht absorbiert.

Darüber hinaus eignet sich der CO₂-Laser, wie auch jeder andere Laser, der vom Material genügend stark absorbiert wird, zum abschließenden Ver schmelzen und Verrunden der scharfkantig gebrochenen Kante.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Schneiden von sprödbrüchigen Werkstoffen aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, wobei auch relativ dicke Werkstoffe, beispielsweise Flachglas mit einer Dicke von 30 mm vorteilhaft geschnitten werden kann.

Hinsichtlich der Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks aus sprödbrü chigem Werkstoff mit einem Laser entlang einer Trennlinie, mit:

- einer Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls,
- optischen Mitteln zum Führen des Laserstrahls auf der Trennlinie,
- Mitteln zum Formen des Laserstrahls derart, daß der auf die Oberfläche des zu schneidenden Werkstücks als Brennfleck einwirkende Strahlquer schnitt vorbestimmter Form und Intensitätsverteilung entspricht,
- einer Antriebsanordnung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstück entlang der Trennlinie, mit Induzie rung einer thermomechanischen Spannung, und
- einer Kühleinrichtung zum Kühlen des laserbestrahlten Trennlinienab schnitts,

erfolgt die Lösung vorgenannter Aufgabe dadurch, daß die Kühleinrichtung ein Flüssigkeitsbad ist, in dem das zu schneidende Werkstück in einer Flüs sigkeit angeordnet ist, und daß die Vorrichtung eine Gasquelle zur Erzeugung eines Gasstrahls sowie Mittel zum Formen und Führen des Gasstrahls auf den Oberflächenteil des Werkstücks, auf den der Laserstrahl auftrifft, vorge sehen sind, wodurch die Auftreffstelle im wesentlichen frei ist von Flüssigkeit, wobei durch die gleichmäßige und schnelle Flüssigkeitskühlung eine Erhö hung der laserinduzierten thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffs erfolgt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform enthält das Flüssigkeitsbad als geeig nete Flüssigkeit Wasser.

In einer bevorzugten Ausführung der Vorrichtung wird die Temperatur des Flüssigkeitsbads durch einen Thermostaten geregelt.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Gasstrahl zum Freiblasen des Oberflächenteils des Werkstücks, auf den der Laserstrahl auftritt, ein Luft strahl.

In einer technisch besonders einfach zu verwirklichenden Vorrichtung werden die Mittel zum Formen und Führen des Gasstrahls und der Laserstrahl in ei nem gemeinsamen Prozeßkopf geführt. Das Freiblasen des Oberflächenteils des Werkstücks, auf den der Laserstrahl auftritt, sowie das Führen des La serstrahls werden in einer einzigen mechanischen Einheit gekoppelt. Getrenn te, aufeinander abzustimmende mechanische Einheiten entfallen.

In der Praxis besonders bewährt hat sich eine gemeinsame Anordnung von Mitteln zum Formen und Führen eines Gasstrahls und eines konzentrischen Laserstrahls, wobei der Laserstrahl von einem Gasstrahl, insbesondere von einem direkt benachbarten konzentrischen Gasstrahl umgeben ist. Dieses, in einer älteren, noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung (Aktenzeichen 198 30 237.1) der Anmelderin, beanspruchte Verfahren bzw. diese Vorrichtung bieten besonders große Vorteile hinsichtlich des Laser schneidens von freien Formen.

Prinzipiell können alle vorbestimmten Mittel zum Erzeugen, Formen und Füh ren eines Laserstrahls verwendet werden, die zur Induzierung einer thermo mechanischen Spannung, unterhalb der Schmelztemperatur des zu schnei denden Werkstücks geeignet sind.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Skizze des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 verdeutlicht das Schneiden einer Glasscheibe 1 im Wasserbad 2 mit einem Laserstrahl 3 entlang einer beliebigen Trennlinie unter Induzierung ei ner thermomechanischen Spannung. Die zu schneidende Glasscheibe 1 be findet sich dabei vollständig unter Wasser 2a, wobei der Oberflächenteil der Glasscheibe 1 (Prozeßzone) auf den der Laserstrahl 3 auftrifft, durch einen Luftstrahl 4 im wesentlichen freigeblasen wird. Das Freiblasen der Prozeßzo ne verhindert eine unerwünschte vorzeitige Absorption eines Großteils der Laserenergie durch das Wasser 2a, die dann nicht mehr zur Induktion einer thermomechanischen Spannung in die Glasscheibe zur Verfügung steht. Durch die gleichmäßige, schnelle und effektive Wasserkühlung erfolgt eine Erhöhung der laserinduzierten thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit der Glasscheibe 1. Luftstrahl 4 und Laserstrahl 3 werden ge koppelt entlang einer beliebigen Trennlinie in Pfeilrichtung geführt. Durch das gleichmäßige Abführen der Wärme wird eine bessere Konturtreue des Schnittes erreicht. Darüber hinaus ermöglicht der höhere Temperaturgradient zwischen wassergekühlter Glasscheibe 1 und lasererwärmter Prozeßzone höhere Schnittgeschwindigkeiten. Durch einen Thermostaten (nicht darge stellt) wird die Wassertemperatur geregelt und so eine unerwünschte Erwär mung des Kühlwassers durch die eingebrachte Prozeßwärme vermieden.

Nach einem alternativen Verfahren wird die Glasscheibe 1 unter Wasser 2a in Pfeilrichtung bewegt. Die beliebige Trennlinie wird dabei entlang dem gekop pelten, stationären Luftstrahl 4 und dem Laserstrahl 3 geführt. Dieses Verfah ren ermöglicht auch das einfache Schneiden von dreidimensional geformten Werkstücken aus sprödbrüchigem Werkstoff, z. B. Hohlgläsern, in einem Wasserbad 2 mit einem Laserstrahl 3.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Schneiden einer Glasscheibe 1 in einem Wasserbad 2 mit einem Laserstrahl 3 entlang einer Trennlinie 5 dargestellt. Die zu schneidende Glasscheibe 1 befindet sich vollständig in einem mit Wasser 2a gefüllten Wasserbad 2. Als Laserstrahlquelle ist ein Laser 6 vorgesehen, insbesondere ein CO₂Laser, der einen Laserstrahl 3 aussendet. Dieser Laserstrahl 3 trifft auf einen ersten um eine vertikale Achse oszillierenden Spiegel 7, der den Strahl 3 in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Glasscheibe 1 hin und her bewegt. Dieser oszillierende Laserstrahl trifft auf einen zweiten um eine horizontale Achse oszillierenden Spiegel 8, der den reflektierten Laserstrahl in X-Richtung hin und her bewegt. Die Anordnung der Spiegel 7 und 8 kann auch vertauscht sein. Aufgrund der Überlagerung der beiden oszillierenden Bewegungen er zeugt der Laserstrahl auf der Werkstückoberfläche den gewünschten - hier kreisförmigen - Brennfleck 9. Um die Oszillationen der beiden Spiegel 7 und 8 so aufeinander abzustimmen, d. h. zu synchronisieren, daß diese kreisrunde Kontur 9 erzielt wird, ist eine gemeinsame Steuer- und Regeleinrichtung 10 vorgesehen, die an die nicht dargestellten Antriebe der beiden Spiegel 7, 8, über die Steuerleitungen 10a, 10b angeschlossen ist.

Der Laserstrahl 3 wird vor dem Auftreffen auf die Glasoberfläche mittels einer nicht dargestellten optischen Fokussiereinrichtung fokussiert, wobei jedoch durch das Scannen des Kreises 9 die Intensität im Brennfleck deutlich unter halb derjenigen eines stark fokussierten Laserspots bleibt, um ein Aufschmel zen des Glases zu vermeiden. Sie ist so gewählt, daß eine thermomechani sche Spannung im Glas entlang der Trennlinie 5 induziert wird.

Unmittelbar bevor der Laserstrahl 3 auf der Glasoberfläche auftrifft, ist eine Ringdüse 11 mit einer zentrischen Bohrung 11a für den Laserstrahl 3 vorge sehen, die einen zu der Bohrung konzentrischen Ringraum 11b aufweist, der mit einer (nicht dargestellten) Preßluftquelle zur Erzeugung eines Luftstrahls strömungsmäßig verbunden ist. Vorzugsweise ist dabei, wie dargestellt, der Ringraum 11b konisch zur Werkstückoberfläche hin ausgebildet.

Durch den Ringraum 11b wird der Luftstrahl 4 konzentrisch zum kreisrunden Brennfleck 9 an dessen Außenrand geführt, wobei der Oberflächenteil der Glasscheibe 1 (Prozeßzone) auf den der Laserstrahl 3 auftrifft, durch den Luftstrahl freigeblasen wird. Durch die Wasserkühlung erfolgt eine Erhöhung der laserinduzierten thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestig keit der Glasscheibe 1. Mit Hilfe einer Antriebsanordnung (nicht dargestellt) wird der zum kreisrunden Brennfleck 9 geformte Laserstrahl 2 und der umhül lende konzentrischen Luftstrahl 4 entlang der Trennlinie 5 in Pfeilrichtung be wegt. Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein besonders einfaches Nachfahren der Trennlinie 5 ohne aufwendige Steuermaßnahmen möglich; schnelle Freiformschnitte beliebiger Art mit verrundeten Rändern ohne Mikro risse oder Ausmuschelungen sind möglich.

Bezugszeichenliste

1

Glasscheibe

2

Wasserbad

2

a Wasser

3

Laserstrahl

4

Luftstrahl

5

Trennlinie

6

Laser

7

Spiegel

8

Spiegel

9

Brennfleck

10

Steuer/Regeleinrichtung

10

a/b Steuerleitung

11

Ringdüse

11

a zentrische Bohrung

11

b Ringraum

Claims

1. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks aus sprödbrüchigem Werk stoff mit einem Laserstrahl vorbestimmter Form und Intensitätsverteilung, entlang einer Trennlinie unter Induzierung einer thermomechanischen Spannung, wobei der Laserstrahl längs der Trennlinie und/oder das Werkstück bewegt wird, und bei dem der erwärmte Trennlinienabschnitt anschließend gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zu schneidende Werkstück in einer Flüssigkeit befindet und der Oberflächenteil des Werkstücks, auf den der Laserstrahl auftrifft, durch einen Gasstrahl freigeblasen wird, wobei durch die gleichmäßige und schnelle Flüssigkeitskühlung eine Erhöhung der laserinduzierten thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werk stoffs erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Flüssigkeit durch einen Thermostaten geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser verwendet wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasstrahl ein Luftstrahl verwendet wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Laser- und Gasstrahl in einem gemeinsamen Prozeßkopf geführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl von einem Gasstrahl umgeben ist

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl von einem direkt benachbarten konzentrischen Gasstrahl umgeben ist.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl der Strahl eines CO₂-Lasers ist.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der sprödbrüchige Werkstoff aus Glas, Glaskeramik oder Keramik besteht.

10. Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem Werkstoff mit einem Laserstrahl entlang einer Trennlinie, mit:

- einer Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls,
- optischen Mitteln zum Führen des Laserstrahls auf der Trennlinie,
- Mitteln zum Formen des Laserstrahls derart, daß der auf die Oberflä che des zu schneidenden Werkstücks als Brennfleck einwirkende Strahlquerschnitt vorbestimmter Form und Intensitätsverteilung ent spricht,
- einer Antriebsanordnung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwi schen dem Laserstrahl und dem Werkstück entlang der Trennlinie, mit Induzierung einer thermomechanischen Spannung, und
- einer Kühleinrichtung zum Kühlen des laserbestrahlten Trennlinien abschnitts,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung ein Flüssigkeitsbad ist, in dem das zu schneiden de Werkstück in einer geeigneten Flüssigkeit angeordnet ist, und daß eine Gasquelle zur Erzeugung eines Gasstrahls sowie Mittel zum Formen und Führen des Gasstrahls auf den Oberflächenteil des Werkstücks, auf den der Laserstrahl auftrifft, vorgesehen sind, wodurch die Auftreffstelle im we sentlichen frei ist von Flüssigkeit, wobei durch die gleichmäßige und schnelle Flüssigkeitskühlung eine Erhöhung der laserinduzierten thermo mechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffs er folgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Flüssigkeitsbads durch einen Thermostaten ge regelt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasquelle eine Preßluftquelle ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Formen und Führen des Gasstrahls und zum Führen des Laserstrahls in einem gemeinsamen Prozeßkopf angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl von einem Gasstrahl umgeben ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl von einem direkt benachbarten konzentrischen Gasstrahl umgeben ist.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle ein CO₂-Laser ist.