DE19856347A1

DE19856347A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden eines dünnen Werkstücks aus sprödbrüchigem Werkstoff

Info

Publication number: DE19856347A1
Application number: DE1998156347
Authority: DE
Inventors: Dirk Hauer; 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: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: DE19856347C2

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden eines dünnen Werkstücks aus sprödbrüchigem Werkstoff auf einem Träger mit einem Laserstrahl entlang eine Trennlinie beschrieben. Das zu schneidende Werkstück wird auf einen Träger aufgebracht, der entlang der gesamten Trennlinie eine Führung in Form einer Nut aufweist. Es wird ein Laserstrahl erzeugt und fokussiert auf das zu schneidende Werkstück geführt, ohne Aufschmelzen des Werkstoffs. Durch Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und/oder Werkstück entlang der Trennlinie, mit Induzierung einer thermomechanischen Spannung, folgt die beim Schneiden auftretende vorlaufende elastische Verformung des Werkstücks und der mitlaufende Riß der Führung. Der Laserstrahl entspricht vorbestimmter Form und Intensitätsverteilung. Durch Aufblasen eines fluiden Kühlmediums auf den erwärmten Trennlinienabschnitt kommt es zur Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffs. Eine bevorzugte Anwendung ist das Schneiden von Gläsern mit Dicken von höchstens 0,4 mm, insbesondere von höchstens 150 mum, z. B. von Displayglas (ca. 50 mum).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden eines Werk stückes aus sprödbrüchigem Werkstoff, insbesondere aus Glas, Glaskeramik oder Keramik auf einem Träger mit einem Laserstrahl entlang einer Trennlinie. Eine bevorzugte Anwendung ist dabei das Schneiden von Gläsern mit Dicken von höchstens 0,4 mm, insbesondere von Gläsern mit Dicken von 150 µm und we niger, z. B. Displayglas (ca. 50 µm).

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Schneiden eines derartigen dünnen Werkstückes mittels eines Laserstrahles.

Konventionelle Trennverfahren für Flachglas basieren darauf, mittels eines Diamanten oder eines Schneidrädchens zu nächst 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 diesem 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, besonders bei dünnem Glas.

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 nach laufenden 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 C2 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 A1 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. Nachteile erstgenannten Laserstrahl-Schneidverfahrens treten jedoch beim Schneiden von dünnen Glä sern, besonders dünner als oder gleich 0,4 mm, z. B. Displayglas (ca. 50 µm) auf. Beim Schneiden von dünnem Glas mit einem Laser tritt entlang der Trenn linie, sichtbar vor dem Einwirkbereich des Lasers, eine elastische Verformung des Glases auf. Aufgrund der Verformung kommt es häufig zu einem unkontrol lierten Ausbrechen des durch die thermomechanische Spannung erzeugten Risses, wenn die durch die vorlaufende elastische Verformung in den Schneidprozeß eingebrachte Spannung größer ist als die durch den Laser in duzierte. Die durch das erstgenannte Verfahren erzielbare Schneidfähigkeit und die Einsatzfähigkeit des Verfahrens werden insbesondere durch die In tensitätsverteilung im Laserstrahl und die Art der Kühlung bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfah ren so zu führen bzw. die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß mit einfachen Maßnahmen das Schneiden eines dünnen Werkstücks aus spröd brüchigem Werkstoff mit einem Laserstrahl entlang einer Trennlinie mit hoher Genauigkeit, kontrolliert und mit Verrundung der scharfkantig gebrochenen Ränder ohne Mikrorisse und Ausmuschelungen möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung für das Verfahren mit den Schritten:

- Aufbringen des zu schneidenden Werkstücks auf einen Träger, der ent lang der gesamten Trennlinie eine Führung in Form einer Nut aufweist,
- Erzeugen eines Laserstrahls und Führen des Laserstrahls fokussiert auf das zu schneidende Werkstück, ohne Aufschmelzen des Werkstoffs,
- Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück, unter Bewegen des Laserstrahls oder unter Bewegen von Träger und Werkstück oder unter Bewegen von Träger und Laserstrahl, entlang der Trennlinie, mit Induzierung einer thermomechanischen Spannung, wobei die beim Schneiden auftretende vorlaufende elastische Verformung des Werkstücks und der mitlaufende Riß der Führung folgt,
- Formen des Laserstrahls derart, daß der auf die Oberfläche des zu schneidenden Werkstücks als Brennfleck einwirkende Strahlquerschnitt vorbestimmter Form und Intensitätsverteilung entspricht, und
- Aufblasen eines fluiden Kühlmediums zur anschließenden Kühlung des erwärmten Trennlinienabschnitts unter Erhöhung der thermomechani schen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffs.

Hinsichtlich der Vorrichtung gelingt die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit:

- einem Träger, auf den das zu schneidende Werkstück aufgebracht wird, der entlang der gesamten Trennlinie eine Führung in Form einer Nut auf weist
- einer Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls,
- optischen Mitteln zum Führen des Laserstrahls fokussiert auf die Trennli nie,
- einer Antriebsanordnung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstück, unter Bewegung des Laserstrahls oder unter Bewegen von Träger und Werkstück oder unter Bewegen von Träger und Laserstrahl, entlang der Trennlinie, mit Induzierung einer thermomechanischen Spannung, wobei die beim Schneiden auftretende vorlaufende elastische Verformung des Werkstücks und der mitlaufende Riß der Führung folgt,
- 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, und
- Mitteln zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums zur anschließenden Kühlung des erwärmten Trennlinienabschnitts unter Erhöhung der ther momechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es mit Vorteil möglich, ein dün nes Werkstück aus sprödbrüchigem Werkstoff, insbesondere aus Glas, Glas keramik oder Keramik auf einem Träger mit einem Laserstrahl entlang einer Trennlinie zu schneiden.

Die beim Schneiden von dünnen Werkstücken auftretende vorlaufende elasti sche Verformung des dünnen Werkstücks und der mitlaufende Riß folgen der Führung, ein unkontrolliertes Ausbrechen des Risses wird verhindert. Der Schnitt folgt präzise jeder beliebigen Trennlinie was ein schnelles Schneiden von Geraden und von Kurven ermöglicht. Es werden saubere Trennkanten erzielt, die weder Mikrorisse noch Ausmuschelungen oder Splitter enthalten.

In einer vorteilhaften Ausführung ist die Führung nicht breiter als der fokus sierte Laserstrahl, bevorzugt 0,1 mm bis 8,0 mm breit und tief genug, insbe sondere tiefer als die Werkstoffdicke, so daß die beim Schneiden auftretende vorlaufende Verformung keinen Kontakt mit dem Boden der Führung be kommt.

Vorzugsweise ist die Führung mit zur Oberfläche des Trägers senkrechten Seitenflächen und einer zur Oberfläche parallelen Bodenfläche ausgeführt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Führung mit im wesent lichen halbkreisförmigem Querschnitt ausgeführt.

Am Anfang der Führung sowie an allen Punkten, an denen ein Anriß zum an schließenden Querschneiden eingebracht werden soll, befinden sich vor zugsweise Ein- und Auslaufschrägen, insbesondere liegt das Gefälle der Ein laufschräge bzw. die Steigung der Auslaufschräge, je nach Tiefe der Führung, zwischen 20 und 60°.

Vorzugsweise laufen die Ein- und Auslaufschrägen zum oberen Ende hin zu sammen, wobei die Kanten innerhalb der Schräge besonders bevorzugt abge rundet sind.

Prinzipiell können alle vorbestimmten Laserstrahl-Formen und Intensitätsver teilungen zum Schneiden des Werkstücks verwendet werden, die eine Induk tion einer thermomechanischen Spannung ohne Aufschmelzen des Werk stücks ermöglichen.

Besonders bevorzugt wird die in der DE 197 15 537 A1 beschriebene U- bzw. V-förmige Kontur des Laserstrahls und die damit verbundene Intensitätsvertei lung.

Als Kühleinrichtung kann eine Gasstrahleinrichtung, eine Flüssigkeitsinjekti onseinrichtung oder eine Flüssigkeitszerstäubungseinrichtung verwendet werden. Bevorzugt wird ein fluides Kühlmedium, von oben dem Laserstrahl nachfolgend auf den erwärmten Trennlinienabschnitt, zur Erhöhung der ther momechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes, aufgeblasen.

Bevorzugte fluide Kühlmedien sind Kühlgase, vorzugsweise kalte Luft, oder ein Luft-Wasser-Gemisch.

Je effektiver die Kühlung und je tiefer die Temperatur des Kühlmediums, desto höher ist die erzielbare Schneidgeschwindigkeit.

Bevorzugt liegt die Temperatur des Kühlmediums unterhalb der Raumtempe ratur, insbesondere unterhalb 0°C und besonders bevorzugt unterhalb -20°C, wobei prinzipiell eine Kühlung bis nahe an den absoluten Nullpunkt (-273°C) möglich ist.

Bezüglich der Kühleinrichtung kann beispielsweise auch ein gekühlter metalli scher Tastkopf verwendet werden.

Besonders bevorzugt wird eine, nach einer älteren, noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung (Aktenzeichen 198 30 237.1) der Anmelderin, kreisrunde Formung des Laserstrahls mit benachbarter konzentrischer Küh lung.

Vorzugsweise ist der Laser ein CO₂-Laser. Dieser CO₂-Laser emittiert Licht im fernen infraroten Bereich bei einer Wellenlänge von 10,6 µm. Diese Wär mestrahlung zeigt erhebliche Besonderheiten bei der Wirkung auf Materie. So wird sie von den meisten im sichtbaren Licht transparenten 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.

Bevorzugt wird ein Träger aus eloxiertem Aluminium, der eine sehr ebene und glatte Oberfläche aufweist, verwendet. Das zu schneidende, dünne Werkstück liegt dadurch gleichmäßig auf dem Träger auf; die glatte Oberfläche verhin dert ein Verkratzen des Werkstücks. Durch Eloxieren läßt sich eine definierte, hochreine Oberfläche erzeugen, die einer möglichen Kontamination des zu schneidenden Werkstücks entgegen wirkt.

Die Führung in Form einer Nut sowie die Ein- und Auslaufschrägen werden bevorzugt durch Präzisionsfräsen in den eloxierten Aluminiumträger einge bracht. Durch Verwendung von unterschiedlich geformten Fräswerkzeugen lassen sich verschiedene Nut- und Schrägengeometrien verwirklichen.

Prinzipiell werden solche Materialien zur Verwendung als Träger bevorzugt, die eine ebene, glatte Oberfläche aufweisen und die einfach und genau bear beitbar sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn zeichnet bzw. ergeben sich auch anhand der Beschreibung von in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

Eine bevorzugte Anwendung ist das Schneiden von Gläsern mit Dicken von höchstens 0,4 mm, insbesondere von höchstens 150 µm, z. B. von Displayglas (ca. 50 µm).

Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt eines Trägers mit Führungs anordnung zum Schneiden von Rechtecken;

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt eines Trägers mit Führungs anordnung zum Kurven-Schneiden;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Führung und der Ein- und Auslaufschrägen nach Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform der Führung und der Schrägen nach Fig. 3;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der er findungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines ebenen Trägers 1, auf den das dünne Werkstück (nicht dargestellt) aufgebracht wird, zum Schneiden von Recht ecken dargestellt, der entlang der gesamten Trennlinie eine Führung 4 in Form einer Nut aufweist. Am Anfang der Führung 4 sowie an allen Punkten, an de nen ein Anriß zum Querschneiden eingebracht wird, befinden sich Ein- und Auslaufschrägen 5.

Ein entsprechender Ausschnitt eines Trägers 1 zum Schneiden von Kurven ist in Fig. 2 dargestellt.

Die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Ein- und Auslaufschrägen 5 weisen, je nach Tiefe der Führung 4, ein Gefälle bzw. eine Steigung zwischen 20 und 60° auf.

Je nach Herstellverfahren und verwendetem Werkzeug zum Einbringen der Führung 4 und der Schrägen 5 in den Träger 1 lassen sich dabei unterschied liche Geometrien verwirklichen. Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei bevorzugte Führungs- und Schrägengeometrien. In Fig. 3 sind die Seitenflächen der Führung 4 senkrecht und die Bodenfläche parallel zur Oberfläche des Trägers ausgeführt. Die Ein- und Auslaufschrägen 5 laufen zum oberen Ende hin zu sammen, wobei die Kanten innerhalb der Schrägen abgerundet sind.

In Fig. 4 weist die Führung 4 in Form einer Nut einen halbkreisformigen Querschnitt auf, die Schrägen 5 sind wie in Fig. 3 ausgeführt.

In einem Ausführungsbeispiel wurde in einen Träger aus eloxiertem Alumini um eine etwa 2 mm tiefe Führung in Form einer Nut sowie Ein- und Auslauf schrägen mit einem Gefälle bzw. einer Steigung von 50° eingefräst, die die in Fig. 4 dargestellte Geometrie aufweisen.

In Fig. 5 ist eine Vorrichtung zum Schneiden eines dünnen Werkstücks 2 auf einem Träger 1 mit einem Laserstrahl 6 entlang einer Trennlinie 3 dargestellt. Der Träger 1 auf den das zu schneidende Werkstück 2 aufgebracht ist, weist entlang der gesamten Trennlinie 3 eine Führung 4 in Form einer Nut auf, die nicht breiter als der fokussierte Laserstrahl 6 ist. Die in den Träger 1 einge formte Führung 4 ist so tief, daß die beim Schneiden des Werkstücks 2 auftre tende vorlaufende elastische Verformung keinen Kontakt mit dem Boden der Führung 4 bekommt. Als Laserquelle ist ein Laser 7 vorgesehen, insbesonde re ein CO₂-Laser, der den Laserstrahl 6 erzeugt.

Dieser Laserstrahl 6 trifft auf einen ersten um eine vertikale Achse oszillieren den Spiegel 8, der den Strahl 6 in einer Ebene parallel zur Oberfläche des dünnen Werkstücks 2 hin und her bewegt. Dieser oszillierende Laserstrahl trifft auf einen zweiten um eine horizontale Achse oszillierenden Spiegel 9, der den reflektierten Laserstrahl in X-Richtung hin und her bewegt. Die Anord nung der Spiegel 8 und 9 kann auch vertauscht sein. Aufgrund der Überlage rung der beiden oszillierenden Bewegungen erzeugt der Laserstrahl auf der Werkstückoberfläche den gewünschten - hier kreisförmigen - Brennfleck 10. Um die Oszillationen der beiden Spiegel 8 und 9 so aufeinander abzustim men, d. h. zu synchronisieren, daß die gewünschte Kontur 10 erzielt wird, ist eine gemeinsame Steuer- und Regeleinrichtung 11 vorgesehen, die an die nicht dargestellten Antriebe der beiden Spiegel 8, 9, über die Steuerleitungen 11a, 11b angeschlossen ist.

Der Laserstrahl 6 wird vor dem Auftreffen auf das dünne Werkstück mittels ei ner nicht dargestellten optischen Fokussiereinrichtung fokussiert, wobei je doch durch das Erzeugen des Brennflecks 10 die Intensität im Brennfleck deutlich unterhalb derjenigen eines stark fokussierten Laserspots bleibt, um ein Aufschmelzen des Werkstücks zu vermeiden. Sie ist so gewählt, daß eine thermomechanische Spannung im Werkstück entlang der Trennlinie 3 indu ziert wird.

Unmittelbar bevor der Laserstrahl 6 auf das dünne Werkstück auftrifft, ist eine Ringdüse 12 mit einer zentrischen Bohrung 12a für den Laserstrahl 6 vorge sehen, die einen zu der Bohrung konzentrischen Ringraum 12b aufweist, der mit einer (nicht dargestellten) Quelle eines fluiden Kühlmediums strömungs mäßig verbunden ist. Vorzugsweise ist dabei, wie dargestellt, der Ringraum 12b konisch zur Werkstückoberfläche hin ausgebildet.

Durch den Ringraum 12b wird das fluide Kühlmedium konzentrisch zum kreis runden Brennfleck 10 an dessen Außenrand unter Erhöhung der thermome chanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstücks hinaus aufgeblasen. Durch die konische Führung des Kühlstromes besteht dabei mit Vorteil die Möglichkeit, über den Abstand Düse 12 - Werkstück 2 den Kühlstrom exakt um den Laserfleck 10 einzustellen.

Das fluide Kühlmedium kann kühle Druckluft öder vorteilhafter ein Luft- Wasser-Gemisch sein, weil damit der Temperaturgradient verstärkt wird. Auch andere Kühlmedien sind denkbar.

Mit Hilfe einer Antriebsanordnung (nicht dargestellt) wird der fokussierte La serstrahl 6 samt benachbarter konzentrischer Kühlung entlang der Trennlinie 3 in Pfeilrichtung bewegt, wobei die beim Schneiden auftretende elastische Verformung des dünnen Werkstücks 2 und der mitlaufende Riß der Führung 4 folgen.

Bezugszeichenliste

1

Träger

2

Werkstück

3

Trennlinie

4

Führung

5

Ein-/Auslaufschräge

6

Laserstrahl

7

Laser

8

Spiegel

9

Spiegel

10

Brennfleck

11

Steuer-/Regeleinheit

11

a/b Steuer-/Regelleitung

12

Ringdüse

12

a Bohrung

12

b Ringraum

Claims

1. Verfahren zum Schneiden eines dünnen Werkstücks aus sprödbrüchigem Werkstoff auf einem Träger mit einem Laserstrahl entlang einer Trennlinie, mit den Schritten:

- Aufbringen des zu schneidenden Werkstücks auf einen Träger, der entlang der gesamten Trennlinie eine Führung in Form einer Nut auf weist,
- Erzeugen eines Laserstrahls und Führen des Laserstrahls fokussiert auf das zu schneidende Werkstück, ohne Aufschmelzen des Werk stoffs,
- Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werk stück, unter Bewegen des Laserstrahls oder unter Bewegen von Trä ger und Werkstück oder unter Bewegen von Träger und Laserstrahl, entlang der Trennlinie, mit Induzierung einer thermomechanischen Spannung, wobei die beim Schneiden auftretende vorlaufende elasti sche Verformung des Werkstücks und der mitlaufende Riß der Füh rung folgt,
- Formen des Laserstrahls derart, daß der auf die Oberfläche des zu schneidenden Werkstücks als Brennfleck einwirkende Strahlquer schnitt vorbestimmter Form und Intensitätsverteilung entspricht, und
- Aufblasen eines fluiden Kühlmediums zur anschließenden Kühlung des erwärmten Trennlinienabschnitts unter Erhöhung der thermomechani schen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung nicht breiter als der fokussierte Laserstrahl ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung tief genug ist, so daß die beim Schneiden auftretende vorlaufende elastische Verformung keinen Kontakt mit dem Boden der Führung bekommt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Anfang der Führung sowie an allen Punkten, an denen ein Anriß zum anschließenden Querschneiden eingebracht werden soll, Ein- und Auslaufschrägen befinden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaufschrägen, je nach Tiefe der Führung, ein Gefälle bzw. eine Steigung zwischen 20 und 60° aufweisen.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl der Strahl eines CO₂-Lasers ist.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fluide Kühlmedium von oben nach unten auf das Werkstück auf geblasen wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufblasen eines Kühlgases, vorzugsweise von kalter Luft, ge kühlt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufblasen eines Luft-Wasser-Gemisches gekühlt wird.

10. Vorrichtung zum Schneiden eines dünnen Werkstücks aus sprödbrüchi gem Werkstoff auf einem Träger mit einem Laserstrahl entlang einer Trennlinie, mit:

- einem Träger, auf den das zu schneidende Werkstück aufgebracht wird, der entlang der gesamten Trennlinie eine Führung in Form einer Nut aufweist,
- einer Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls,
- optischen Mitteln zum Führen des Laserstrahls fokussiert auf die Trennlinie,
- einer Antriebsanordnung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwi schen dem Laserstrahl und dem Werkstück, unter Bewegung des La serstrahls oder unter Bewegen von Träger und Werkstück oder unter Bewegen von Träger und Laserstrahl, entlang der Trennlinie, mit In duzierung einer thermomechanischen Spannung, wobei die beim Schneiden auftretende vorlaufende elastische Verformung des Werk stücks und der mitlaufende Riß der Führung folgt,
- 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, und
- Mitteln zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums zur anschließenden Kühlung des erwärmten Trennlinienabschnitts unter Erhöhung der thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Träger eingeformte Führung nicht breiter als der fokussierte Laserstrahl ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Träger eingeformte Führung tief genug ist, so daß die beim Schneiden auftretende vorlaufende elastische Verformung keinen Kontakt mit dem Boden der Führung bekommt.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Träger eingeformte Führung am Anfang der Führung sowie an allen Punkten, an denen ein Anriß zum anschließenden Querschneiden eingebracht werden soll, Ein- und Auslaufschrägen aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaufschrägen, je nach Tiefe der Führung, ein Gefälle bzw. eine Steigung zwischen 20 und 60° aufweisen.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle ein CO₂-Laser ist.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums ein Aufblasen von oben nach unten erlaubt.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums ein Aufblasen eines Kühlgases, vorzugsweise ein Aufblasen von kalter Luft, erlaubt.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufblasen eines fluiden Kühlmediums ein Aufblasen eines Luft-Wasser-Gemisches erlaubt.