DE19962906A1 - Process for cutting flat workpieces made of brittle material e.g., glass or glass-ceramics having cracking gap along a prescribed cutting line comprises triggering breaking of the workpiece along cutting line by short-term heating - Google Patents

Process for cutting flat workpieces made of brittle material e.g., glass or glass-ceramics having cracking gap along a prescribed cutting line comprises triggering breaking of the workpiece along cutting line by short-term heating

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Abstract

Process for cutting flat workpieces made of brittle material having a cracking gap along a prescribed cutting line comprises triggering breaking of the workpiece along the cutting line by short-term heating oscillating along the section of the cracking gap. An Independent claim is also included for a device for cutting flat workpieces. Preferred Features: The section of the cracking gap is heated using a carbon dioxide (CO2) laser beam.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, insbesondere aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, die entlang einer vorgegebenen Schneidli­ nie beliebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen.The invention relates to a device and a method for cutting in essential flat workpieces made of brittle material, in particular made of glass, glass ceramics or ceramics that run along a given cutting line never have a scratch mark on any contour.

Konventionelle Schneidverfahren für Werkstücke aus sprödbrüchigem Material, wie beispielsweise Flachglas, basieren darauf, mittels eines Diamanten oder ei­ nes 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 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. Eben­ falls können sogenannte Ausmuschelungen an der Schnittkante entstehen, die zu einem unebenen Glasrand führen. Weiterhin führen die beim Ritzen entstehenden Mikrorisse in der Schnittkante zu einer verringerten mechanischen Beanspruch­ barkeit, d. h. zu einer erhöhten Bruchgefahr.Conventional cutting processes for workpieces made of brittle material, such as flat glass, are based on it using a diamond or egg to first generate a scratch mark in the glass around the glass then by an external mechanical force along the so generated Vulnerability to break. The disadvantage of this method is that Scratch mark particles (splinters) can be detached from the surface, which can be found on the surface Can deposit glass and cause scratches, for example. Exactly if so-called clams on the cut edge can arise, which too lead to an uneven glass edge. Furthermore, those that result from scratching lead Micro cracks in the cut edge result in reduced mechanical stress availability, d. H. to an increased risk of breakage.

Ein Ansatz, sowohl Splitter als auch Ausmuschelungen und Mikrorisse zu vermei­ den, besteht im Trennen von Glas auf der Basis thermisch generierter mechani­ scher Spannung. Hierbei wird eine Wärmequelle, die auf das Glas gerichtet ist, mit fester Geschwindigkeit relativ zu dem Glas bewegt und so eine derart hohe thermomechanische Spannung aufgebaut, daß das Glas Risse bildet. Der not­ wendigen Eigenschaften der Wärmequelle, die thermische Energie lokal, d. h. mit einer Genauigkeit kesser einen Millimeter, was den typischen Schnittgenauigkei­ ten entspricht, positionieren zu können, genügen Infrarotstrahler, spezielle Glas­ brenner und insbesondere Laser. Laser haben sich wegen ihrer guten Fokussier­ barkeit, guten Steuerbarkeit der Leistung sowie der Möglichkeit der Strahlformung und damit der Intensitätsverteilung auf Glas bewährt und durchgesetzt.An approach to avoid splinters as well as mussels and micro cracks den consists in cutting glass on the basis of thermally generated mechani shear tension. Here, a heat source that is directed towards the glass moved at a fixed speed relative to the glass and so high thermomechanical tension built up that the glass cracks. The need agile properties of the heat source, the thermal energy locally, d. H. With an accuracy better than a millimeter, which is the typical cutting accuracy position, infrared emitters, special glass are sufficient burner and especially laser. Lasers have become because of their good focus availability, good controllability of the performance and the possibility of beam shaping and thus the intensity distribution on glass has been tried and tested.

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 indu­ ziert, ist durch mehrere Schriften bekannt geworden. Beispielsweise wird auf die DE 197 15 537 A1, die DE 197 34 833, die DE 43 05 107 C2, die DE 69 30 4194 T2 oder die EP 0 872 303 A2 hingewiesen.This laser beam cutting process, which is caused by local heating the focused laser beam combined with external cooling thermomechanical tension up to the breaking strength of the material indu  graced, has become known through several writings. For example, on the DE 197 15 537 A1, DE 197 34 833, DE 43 05 107 C2, DE 69 30 4194 T2 or EP 0 872 303 A2 pointed out.

Laserstrahl-Schneidverfahren erfordern typischerweise einen sogenannten Start- oder Initialriß am Anfang der gewünschten Schneidlinie, indem typischerweise durch ein Ritzwerkzeug mechanisch eine Schwachstelle auf der Glasoberfläche, ein Anritzen, erzeugt wird. Die vom Laserstrahl auf der Schneidlinie aufgebaute thermomechanische Spannung führt dann zu einem Bruch des Glases, der von der Schwachstelle ausgeht. Diese Initialrißerzeugung wird beispielsweise in der US 4,044,936 beschrieben.Laser beam cutting processes typically require a so-called start or initial crack at the beginning of the desired cutting line, typically by due to a scoring tool, a weak point on the glass surface mechanically, a scoring is generated. The one built up by the laser beam on the cutting line Thermomechanical stress then leads to a breakage of the glass the vulnerability runs out. This initial crack generation is, for example, in the US 4,044,936.

Die Nachteile der bekannten Schneideverfahren sind:The disadvantages of the known cutting processes are:

Das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie geht sowohl beim rein me­ chanischen Schneiden als auch beim thermischen Schneiden mit einer direkten mechanischen Einwirkung auf die Oberfläche des Werkstücks einher. Dadurch kommt es oftmals zu einer Verunreinigung der Oberfläche und zu einer zusätzli­ chen Splitterbildung.Breaking the workpiece along the cutting line is possible with the rein me mechanical cutting as well as thermal cutting with a direct mechanical influence on the surface of the workpiece. Thereby there is often a contamination of the surface and an additional Chen splintering.

Der Start- oder Initialriß muß sehr präzise entlang der Schneidlinie gesetzt wer­ den, was einen hohen apparativen Aufwand erfordert.The start or initial crack must be set very precisely along the cutting line what requires a lot of equipment.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Vor­ richtung zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrü­ chigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebigen Kontur eine Ritzspur aufweisen, zu finden, bei dem während des Brechens des Werk­ stücks entlang der Schneidlinie eine Verunreinigung der Oberfläche des Werk­ stücks vermieden und die Splitterbildung möglichst minimiert wird. Gegenüber be­ kannten Verfahren und Vorrichtungen soll der apparative Aufwand des Brechens wesentlich verringert werden.It is therefore an object of the invention, a method and a corresponding before Direction for cutting essentially flat workpieces from brittle broth material, any contour along a given cutting line have a scratch mark to find, during the breaking of the work contamination along the cutting line of the surface of the work piece avoided and the formation of chips is minimized as possible. Opposite be Known methods and devices should be the equipment cost of breaking be significantly reduced.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 durch ein Verfahren zum Schnei­ den von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebige Kontur eine Ritzspur aufwei­ sen, bei dem das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch kurz­ zeitiges Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnittes der Ritzspur ausgelöst wird.This object is achieved according to claim 1 by a method for cutting those of essentially flat workpieces made of brittle material, the any contour along a given cutting line sen, in which the breaking of the workpiece along the cutting line by short  premature heating triggered oscillating along a section of the scratch track becomes.

Mit diesem Verfahren ist es mit Vorteil möglich, ein berührungsloses Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie einzuleiten.With this method it is advantageously possible to break the Initiate workpiece along the cutting line.

Während des Brechens des Werkstücks wird dabei jegliche Verunreinigung der Oberfläche des Werkstücks vermieden. Da das Brechen vollkommen berüh­ rungslos eingeleitet wird, wird auch die Splitterbildung minimiert sowie Abdrücke auf dem Werkstück vermieden.During the breaking of the workpiece, any contamination of the Avoid surface of the workpiece. Because the breaking touches completely is initiated smoothly, the formation of splinters is minimized as well as imprints avoided on the workpiece.

Gegenüber bekannten Verfahren ist der apparative Aufwand wesentlich verrin­ gert, da insbesondere der ansonsten präzise auf die Schneidlinie zu setzende Start- oder Initialriß zum Brechen des Werkstücks nicht mehr notwendig ist, bzw. da auf eine aufwendige Brechmechanik verzichtet werden kann.Compared to known methods, the expenditure on equipment is considerably reduced gert, because in particular the one that is otherwise precisely placed on the cutting line Start or initial crack for breaking the workpiece is no longer necessary, or because there is no need for a complex crushing mechanism.

Vorzugsweise wird dabei entlang eines Abschnitts, der sich am Anfang der Ritz­ spur befindet, erwärmt.Preferably, along a section that is at the beginning of the Ritz track located, warmed.

Zum effektiven Brechen des Werkstücks genügt es dabei, daß ein im Vergleich zur gesamten Ritzspur kleiner Abschnitt, beispielsweise ein ≦ 5 cm langer Ab­ schnitt, der Ritzspur erwärmt wird.To effectively break the workpiece, it suffices that a comparison Small section to the entire scratch track, for example a ≦ 5 cm long ab cut, the scratch track is heated.

Der Abschnitt der Ritzspur wird bevorzugt mittels wenigstens eines Laserstrahls, insbesondere eines CO2-Laserstrahls, erwärmt, wobei besonders bevorzugt ein Laserstrahl verwendet wird, dessen Brennfleck defokussiert ist.The section of the scratch track is preferably heated by means of at least one laser beam, in particular a CO 2 laser beam, it being particularly preferred to use a laser beam whose focal spot is defocused.

Weiterhin kann der Abschnitt der Ritzspur auch vorteilhaft mittels wenigstens ei­ ner Wärmequelle, insbesondere mittels eines Brenners, z. B. eines Gasbrenners, mittels einer Heißluftquelle, z. B. einem Heißluftfön, oder mittels einer Wärme­ strahlungsquelle, z. B. einem IR-Strahler, erwärmt werden. Auch hierbei hat es sich gezeigt, daß ein defokussiertes Erwärmen effektiver als ein allzu konzent­ riertes Erwärmen ist. Furthermore, the section of the scratch track can also advantageously be by means of at least one egg ner heat source, especially by means of a burner, e.g. B. a gas burner, by means of a hot air source, e.g. B. a hot air dryer, or by means of heat radiation source, e.g. B. an IR radiator to be heated. Here too it has It has been shown that defocused heating is more effective than too concentrated heated heating is.  

Die Bruchauslösezeit kann zusätzlich verringert werden, wenn das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch eine Biegezugbelastung wenigstens entlang eines Teils cler Ritzspur unterstützt wird.The break release time can be further reduced if the breakage of the Workpiece along the cutting line by a bending tensile load at least along part of the scratch track.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sehr gut zum Schneiden und letzt­ endlich zum Brechen von Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die eine rein mechanisch angebrachte oder, aber eine thermisch angebrachte Ritzspur aufweisen.The method according to the invention is very suitable for cutting and last finally for breaking workpieces made of brittle material, one purely mechanically attached or, but a thermally attached scratch mark exhibit.

Wird ein Werkstück aus Glas geschnitten, beispielsweise ein Flachglas, ein Dünnglas oder ein Displayglas, so ist unbedingt darauf zu achten, daß das Glas nicht über seine jeweilige Transformationstemperatur erwärmt wird.If a workpiece is cut out of glass, for example a flat glass Thin glass or a display glass, it is essential to ensure that the glass is not heated above its respective transformation temperature.

Allgemein reicht es dabei aus, daß der Abschnitt der Ritzspur weniger als 8 Se­ kunden erwärmt wird.In general, it is sufficient that the section of the scratch track is less than 8 Se customer is heated.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schneiden von im wesentlichen fla­ chen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie beliebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen, sind Mittel zum kurzzeiti­ gen Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur zum Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie vorgesehen.In the device according to the invention for cutting substantially fla Chen workpieces made of brittle material that run along a predetermined Cutting line of any contour having a scratch mark are short-term means against heating, oscillating along a portion of the scratch track to break of the workpiece along the cutting line.

Anhand des folgenden Beispiels und anhand der Zeichnung soll die Erfindung genauer verdeutlicht werden.Using the following example and with reference to the drawing, the invention be clarified in more detail.

Fig. 1 zeigt wesentliche Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie we­ sentliche Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung (a: Aufsicht; b: Seitenan­ sicht). Fig. 1 shows essential steps of the method according to the invention as well as essential features of the device according to the invention (a: top view; b: side view).

Bei einem auf einem Schneidtisch 1 angeordneten flachen Werkstück aus spröd­ brüchigem Material, z. B. ein Flachglas 2, das entlang einer geraden Schneidlinie eine Ritzspur 3 aufweist, wird ein Brechen des Werkstücks entlang der Schneidli­ nie durch kurzzeitiges (< 8 sec) Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur ausgellöst. When arranged on a cutting table 1 flat workpiece made of brittle, brittle material, for. B. a flat glass 2 , which has a scratch mark 3 along a straight cutting line, breaking of the workpiece along the cutting edge is never triggered by brief (<8 sec) heating oscillating along a section of the scratch mark.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei Mittel zum Erwärmen 4 entlang des Abschnitts der Ritzspur auf, die ein kurzzeitiges und oszillierendes Erwärmen ermöglichen.The device according to the invention has means for heating 4 along the section of the scratch track, which enable a brief and oscillating heating.

Zum Erwärmen des Abschnitts der Ritzspur kann dabei, wie in Fig. 1 dargestellt die gesamte Wärmequelle 4, beispielsweise ein CO2-Laser, oszillierend entlang des Abschnitts geführt werden.To heat the section of the scratch track, the entire heat source 4 , for example a CO 2 laser, can be guided in an oscillating manner along the section, as shown in FIG. 1.

Wesentlich ist jedoch, daß eine oszillierende Relativbewegung zwischen Werk­ stück und Wärmequelle bzw. Wärmestrahl entlang des Abschnitts der Ritzspur erfolgt.It is essential, however, that an oscillating relative movement between the work piece and heat source or heat ray along the portion of the scratch track he follows.

Der Laserstrahl wird dabei derart auf den abschnitt der Ritzspur geführt, daß des­ sen Brennfleck defokussiert auf die Flachglasoberfläche tritt. Dadurch soll verhin­ dert werden, daß neben der eigentlichen Ritzspur eine weitere Ritzspur generiert wird bzw. das Werkstück allzu stark erwärmt und bei Glas, dessen Transformati­ onstemperatur nicht überschritten wird. Vielmehr soll durch die Erwärmung des Abschnitts die bereits auf rein mechanischem oder aber auf thermischen Wege generierte Spannung derart erhöht werden, daß es zum Bruch entlang der Schneidlinie kommt.The laser beam is guided onto the section of the scratch track in such a way that the focal spot occurs defocused on the flat glass surface. This should prevent be changed that in addition to the actual scratch track generates another scratch track or the workpiece is heated too much and with glass, its transformi on temperature is not exceeded. Rather, by heating the Section already by purely mechanical or by thermal means generated voltage be increased so that it breaks along the Cutting line is coming.

Die Bruchauslösezeit kann zusätzlich durch eine leichte Biegezugbelastung ent­ lang der Ritzspur verringert und so das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie unterstützt werden. Gemäß Fig. 1b wird die zusätzliche Biegezug­ belastung dadurch erreicht, daß die Flachglasscheibe auf einer Seite etwas über den Schneidetisch hinausragt. Eine weitere Möglichkeit zusätzlich eine Biegezug­ belastung entlang der Schneidlinie zu generieren besteht darin, die Flachglas­ scheibe auf einem Schneidtisch, der eine entlang der Schneidlinie verlaufende Wölbung der Oberfläche aufweist, zu schneiden.The break release time can also be reduced by a slight bending tensile load along the scratch track, thus supporting the breaking of the workpiece along the cutting line. According to Fig. 1b, the additional bending tension is achieved in that the flat glass pane protrudes slightly on one side over the cutting table. Another option for generating a bending tension load along the cutting line is to cut the flat glass pane on a cutting table that has a curvature of the surface running along the cutting line.

Claims (16)

1. Verfahren zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigern Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie be­ liebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, das ein Brechern des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch kurzzeitiges Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur ausgelöst wird.1. A method for cutting substantially flat workpieces made of brittle brittle material, which have a scratch trace along a predetermined cutting line be arbitrary contour, characterized in that a breaking of the workpiece along the cutting line is triggered by briefly heating oscillating along a section of the scratch trace. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entlang eines Abschnitts, der sich am Anfang der Ritzspur befindet, er­ wärmt wird.2. The method according to claim 1, characterized, that along a section that is at the beginning of the scratch track, he is warmed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Vergleich zur gesamten Ritzspur kleiner Abschnitt der Ritzspur erwärmt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that a small section of the scratch track compared to the entire scratch track is heated. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt entlang eines ≦ 5 cm langen Abschnitts der Ritzspur erwärmt wird.4. The method according to claim 3, characterized, that overall heated along a ≦ 5 cm long section of the scratch track becomes. 5. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Ritzspur mittels wenigstens eines Laserstrahls, insbe­ sondere eines CO2-Laserstrahls, erwärmt wird.5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the section of the scratch track is heated by means of at least one laser beam, in particular a CO 2 laser beam. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl verwendet wird, dessen Brennfleck defokussiert ist. 6. The method according to claim 5, characterized, that a laser beam is used whose focal spot is out of focus.   7. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Ritzspur mittels wenigstens einer Wärmequelle, ins­ besondere mittels eines Brenners, z. B. eines Gasbrenners, mittels einer Heißluftquelle, z. B. einem Heißluftfön, oder mittels einer Wärmestrahlungs­ quelle, z. B. einem IR-Strahler, erwärmt wird.7. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized, that the section of the scratch track by means of at least one heat source, ins especially by means of a burner, e.g. B. a gas burner, by means of a Hot air source, e.g. B. a hot air dryer, or by means of heat radiation source, e.g. B. an IR radiator is heated. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmequelle verwendet wird, deren Brennfleck defokussiert ist.8. The method according to claim 7, characterized, that a heat source is used whose focal spot is out of focus. 9. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Brechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie durch eine Biege­ zugbelastung wenigstens entlang eines Teils der Ritzspur unterstützt wird.9. The method according to at least one of claims 1 to 8, characterized, that breaking the workpiece along the cutting line through a bend tensile load is supported at least along part of the scratch track. 10. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzspur durch mechanisches Ritzen angebracht wird.10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized, that the scratch mark is made by mechanical scratching. 11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzspur durch thermisches Ritzen angebracht wird.11. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized, that the scratch mark is made by thermal scratching. 12. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück aus Glas geschnitten wird.12. The method according to at least one of claims 1 to 11, characterized, that a workpiece is cut out of glass. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flachglas, bevorzugt ein Dünnglas und besonders bevorzugt ein Displayglas, geschnitten wird.13. The method according to claim 12, characterized, that a flat glass, preferably a thin glass and particularly preferably a Display glass being cut. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas nicht über seine jeweilige Transformationstemperatur erwärmt wird.14. The method according to claim 12 or 13, characterized,  that the glass does not heat up above its respective transformation temperature becomes. 15. Verfahren nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Ritzspur weniger als 8 Sekunden erwärmt wird.15. The method according to at least one of claims 1 to 14, characterized, that the section of the scratch track is heated for less than 8 seconds. 16. Vorrichtung zum Schneiden von im wesentlichen flachen Werkstücken aus sprödbrüchigem Material, die entlang einer vorgegebenen Schneidlinie be­ liebiger Kontur eine Ritzspur aufweisen, gekennzeichnet durch Mittel zum kurzzeitigen Erwärmen oszillierend entlang eines Abschnitts der Ritzspur zum Eirechen des Werkstücks entlang der Schneidlinie.16. Device for cutting substantially flat workpieces brittle material that be along a predetermined cutting line any contour have a scratch mark, marked by Short-term heating means oscillating along a portion of the Scoring track for raking the workpiece along the cutting line.
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