DE202007013306U1

DE202007013306U1 - Schneidrädchen

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Publication number: DE202007013306U1
Application number: DE202007013306U
Authority: DE
Original assignee: Bohle AG
Current assignee: Bohle AG
Priority date: 2007-09-22
Filing date: 2007-09-22
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2017-09-23
Also published as: DE112008003158A5; KR101046080B1; WO2009036744A1; KR20080114636A; TW200914388A; US20100075580A1

Abstract

Schneidrädchen zum Erzeugung einer geritzten Sollbruchlinie, wobei das Schneidrädchen eine einen äußeren Umfang des Rädchens definierende radiale Umfangslinie aufweist, die zumindest teilweise eine Schneidkante mit eine Grobverzahnung ausbildenden Schneidzähnen aufweist, die in Umfangsrichtung durch Zahnzwischenräume voneinander beabstandet angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidzähne der Grobverzahnung zumindest über einen Teilumfang des Rädchens eine nicht-gleichmäßige Anordnung aufweisen, in welcher die Länge Z der Schneidzähne und/oder die Länge S der Zahnzwischenräume zwischen zumindest einigen benachbarten Zähnen und/oder Zahnzwischenräumen oder zwischen sämtlichen Zähnen der Zahnanordnung variiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidrädchen zum Erzeugung einer geritzten Sollbruchlinie auf einem Körper, wobei das Schneidrädchen eine einen äußeren Umfang des Rädchens definierende radiale Umfangslinie aufweist, die zumindest teilweise eine Schneidkante mit eine Grobverzahnung ausbildenden Schneidzähnen aufweist, die in Umfangsrichtung durch Zahnzwischenräume voneinander beabstandet angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Schneidmaschine und einen Handschneider nach den unabhängigen Ansprüchen 24 und 28.
Schneidrädchen sind vielfältig bekannt, die beispielsweise zum Ritzen von zum Teil sehr unterschiedlichen Glaskörpern wie z.B. Glasplatten, Hohlkörpern usw. eingesetzt werden. Diese Glaskörper können sich hinsichtlich der Glasart, insbesondere der chemischen Zusammensetzung und/oder Oberflächenvergütung derselben, der Materialstärke usw. unterscheiden. Im Hinblick auf Glasplatten, die derzeit für Displays elektronischer Geräte wie Bildschirme, Mobiltelefone, CD-Kameras usw. eingesetzt werden, bestehen erhebliche Anforderungen an die zu erzielende Qualität der Trennflächen und auch der Bruchkanten der jeweiligen abgetrennten Glasplatten. Hierbei ist es zumeist erforderlich, durch den Ritzvorgang einen Tiefenriss zu erzeugen, der sich über die gesamte Stärke der Glasplatte erstreckt, so dass Ausschuss bei der Separierung der einzelnen Glasplattenstücke minimiert und eine hohe Kantenqualität erzielt werden kann. Hierbei werden aufgrund des Ritzvorganges Materialspannungen in den Glaskörper zum Erzeugen des Tiefenrisses eingebracht, andererseits kommt es jedoch auch zu oberflächlichen Absplitterun gen der Glasplatte entlang der Ritzlinie. Dies ist ebenfalls unerwünscht und kann zu erhöhtem Ausschuss führen. Zwar können derartige Absplitterungen dadurch vermieden werden, dass die Glasschneidrädchen mit geringerer Anpreßkraft gegen die Glasplatte angedrückt werden, dies führt jedoch zu einer geringeren Risstiefe, wodurch das Separieren der Glasplattenteile wiederum erschwert und der Ausschuß wesentlich erhöht wird.
Zum Separieren von Glasplattenteilen für Flachdisplays wurden daher teilweise Laserstrahlschneidtechniken eingesetzt, die jedoch einen hohen apparativen Aufwand bedingen. Zudem ist die Produktivität derartiger Laserstrahlschneidverfahren begrenzt.
Es sind bereits Glasschneidrädchen bekannt, die derartige Tiefenrisse erzeugen können und somit zur Herstellung von Flachdisplays wie z.B. für Flachbildschirme prinzipiell geeignet sind. So werden in der EP 1 092 686 B1 und der EP 773 194 B1 Schneidrädchen beschrieben, bei welchen durch die zusammenlaufenden geneigten Seitenflächen des Rädchens eine Umfangsrippe mit alternierenden Vorsprüngen und Vertiefungen ausgebildet ist. Die Vertiefungen sind hierbei jeweils in einem vorbestimmten Intervall angeordnet. Nachteilig bei diesen Schneidrädchen ist jedoch, dass diese nicht bei sämtlichen Anwendungsfällen durch die Erzeugung der Tiefenrissen zu Trennflächen und Bruchkanten hoher Qualität führen, wobei zu berücksichtigen ist, dass mittels ein und desselben Schneidrädchens Glasplatten zum Teil sehr unterschiedlicher Stärken und/oder unterschiedlicher Materialqualitäten zu ritzen sind. So können die Glasqualitäten hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung des Glases aber auch der Oberflächenvergütung wie beispielsweise Oberflächenhärtung in weiten Bereichen variieren. Die Glasplattenstärke kann ohne weiteres im Bereich von 0,4 bis ca. 1,2 mm, d.h. um ca. den Faktor 3, oder auch deutlich mehr variieren, wobei auch gehärtete Oberflächen, Oberflächenvergütungen usw. vorliegen können. Ferner sind die Anforderungen in Abhängigkeit von der Art des Glaskörpers unterschiedlich, beispielsweise ob Flachglas, gewölbte Glaskörper usw. zu bearbeiten sind. Das Glas schneidrädchen soll jedoch unabhängig von dem jeweiligen speziellen Anwendungsfall stets optimale Trennflächen und Bruchkanten erzeugen. Glasschneidrädchen nach der EP 1 092 686 B1 oder der EP 773 194 B1 sind hierzu nicht in dem gewünschten Umfang in der Lage.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Schneidrädchen und insbesondere Glasschneidrädchen zu schaffen, mittels welcher insbesondere Flachdisplays aber auch andere Glaskörper mit verbesserter Qualität der Trennflächen und Bruchkanten bei minimalem Ausschuss auch bei unterschiedlichen Anwendungsfällen erzeugt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Glasschneidrädchen nach Anspruch 1 sowie eine Schneidmaschine und einen Glasschneider nach den Ansprüchen 24 und 28 gelöst.
Erfindungsgemäß weisen die Schneidrädchen zumindest über einen Teilumfang eine Grobverzahnung mit einer nicht-gleichmäßigen Anordnung in Bezug auf die Länge der Schneidzähne und/oder die Länge der Zahnzwischenräume in Umfangserstreckung des Rädchens auf. Die Länge benachbarter Zähne und/oder benachbarter Zahnzwischenräume zumindest eines Teils oder sämtlicher Zähne der jeweiligen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung oder des Rädchens insgesamt variieren somit zueinander, so dass die Zahnzwischenräume nicht mehr in einem vorbestimmten Intervall angeordnet sind.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass mittels der erfindungsgemäßen Schneidrädchen das Prozessfenster bei der Bearbeitung erheblich erweitert ist, z.B. Tiefenrisse auch bei sehr unterschiedlichen Glasqualitäten und/oder sehr unterschiedlichen Materialstärken erzeugt werden können, so dass mit einem gegebenen Schneidrädchen für eine breite Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfälle eine zumindest nahezu optimale Qualität der Trennflächen und Bruchkanten erzielt werden kann. Entsprechendes gilt auch für eine Trennung von Glaskörpern in einem sogenannten „geöffneten Schnitt", bei welchem durch den Ritzvorgang bereits eine gewisse Separation der getrennten Teile des Körpers erfolgt. Dies wird, ohne durch die Theorie gebunden zu sein, darauf zurückgeführt, dass durch die Schneidzähne Schwingungen in den Glaskörper eingebracht werden, die zu lokalen Spannungsspitzen und zu letztlich zur Ausbildung von Tiefenrissen führen. Dadurch, dass die Länge der Schneidzähne und/oder der Zahnzwischenräume nicht-gleichmäßig ist und variiert ist die frequenzspektrale Schwingungsanregung weniger auf einige diskrete Frequenzen beschränkt. Hierdurch kann die Ankoppelung an das Eigenschwingungsspektrum des Glaskörpers besser sichergestellt werden. Durch die nicht-gleichmäßige oder unregelmäßige Länge der Zähne und/oder Zahnzwischenräume des erfindungsgemäßen Rädchens werden Frequenzen hoher dynamischer Nachgiebigkeit des Glaskörpers zuverlässig getroffen, was wiederum zuverlässig zu großen Schwingungsamplituden und zu tiefen Tiefenrissen führt. Demgegenüber wird bei einer regelmäßigen Zahnanordnung nach der EP 1 092 868 B1 lediglich eine einzelne Grundfrequenz und deren Oberschwingungen erzeugt, so dass ein derartiger Effekt nicht erzielt und lediglich in speziellen Einzelfällen hohen Anforderungen genügende Trennflächen und Bruchkanten erzeugt werden.
Zwar sind auch Glasschneidrädchen mit einer unregelmäßigen Fein- oder Mikroverzahnung bekannt, die zumeist durch einen Schleifvorgang erzeugt werden. Derartige Mikroverzahnungen dienen jedoch im Wesentlichen lediglich dazu, den Schlupf des Schneidrädchens über die Glasplatte bei dem Ritzvorgang zu verringern und sind nicht in der Lage, Tiefenrisse ausreichender Tiefe zu erzeugen. Zudem führen sie an den Glaskörperoberfläche verstärkt zu seitlichen Absplitterungen und unregelmäßigen Bruchkanten, die für heutige Anforderungen an Flachdisplays oft nicht ausreichend sind.
Eine deutliche Erweiterung des Schwingungsspektrums der erfindungsgemäßen Glasschneidrädchens ist bereits festzustellen, wenn die Zähne und/oder Zahnzwischenräume stochastisch über den Umfang des Rädchens verteilt angeordnet sind.
Unter einer stochastischen Verteilung im Sinne der Erfindung sei hier entweder eine völlig regelose Verteilung verstanden oder eine Verteilung nach einer Wahrscheinlichkeitsfunktion, z.B. einer Gaußverteilung, so dass gewisse der zufallsverteilten Werte mit erhöhter Wahrscheinlichkeit auftreten können. Ein mathematisch-funktioneller Zusammenhang, der funktionell definierbaren Gesetzmäßigkeiten folgt, liegt jedoch nicht vor.
Es können jeweils verschiedene Zähne Z1, Z2 und/oder Zahnzwischenräume S1, S2, mit jeweils unterschiedlicher Länge über den Rädchenumfang stochastisch verteilt vorgesehen sein, wobei der jeweils andere Bereich konstant sein oder sich variieren kann, gegebenenfalls ebenfalls stochastisch verteilt sein kann. Insbesondere können auch unregelmäßige Zahnanordnungen dadurch erzeugt werden, dass bei einer mittleren Zahnlänge Z' und einer mittleren Zahnzwischenraumlänge S' die Zähne und/oder Zahnzwischenräume jeweils eine Länge innerhalb eines vorgegebenen Intervalls Z' ± d oder S' ± e haben und unregelmäßig aufeinander folgen. Die Verschiebung der Zähne und/oder Zahnzwischenräume kann hierbei unabhängig von deren mittleren Lage erfolgen. Es können aber beispielsweise auch in einer unregelmäßigen Zahnanordnung die Zähne und/oder Zahnzwischenräume von der mittleren Zahnlänge Z' und/oder der mittleren Zahnzwischenraumlänge S' innerhalb eines vorgegebenen Intervalls Z' ± d und/oder S' ± e um die mittlere Lage verteilt angeordnet sein, beispielsweise mit stochastischer Verteilung. Die Zähne und/oder Zahnzwischenräume können hierbei unter Beibehaltung der mittleren Länge derselben jeweils innerhalb des Intervalls in einer der beiden Umfangsrichtungen des Rädchens um einen stochastisch variierenden Betrag versetzt angeordnet sein. Durch derart ausgebildete Schneidrädchen kann bereits eine wesentliche Erweiterung des Anwendungsgebiets eines Rädchens unter Erzielung optimaler Trennflächen und Bruchkanten erfolgen. Bei derartigen Rädchen wird bereits ein gewisses Schwin gungsspektrum mit einer Vielzahl von Schwingungen erzeugt, die außerhalb der durch eine regelmäßige Zahnanordnung entstehenden Grundfrequenzen und deren Oberschwingungen liegen, was für viele Anwendungsfälle bereits vorteilhaft ist.
Für die Länge des Intervalls d kann gelten 2d ≤ Z' oder ≤ 9/10 Z', 2d ≤ 3/4 Z', 2d ≤ 1/2 Z', 2d ≤ 1/3 Z' oder 2d ≤ 1/4 Z'. Entsprechend kann geltend 2e ≤ S' oder ≤ 9/10 S', 2e ≤ 3/4 S', 2e ≤ 1/2 S', 2e ≤ 1/3 S' oder 2e ≤ 1/4 S'. Allgemein kann für die Intervalle ±d und/oder ±e unabhängig voneinander gelten, dass diese größer sind als Abweichungen aufgrund von Fertigungstoleranzen, beispielsweise jeweils ≥ 1-2%, ≥ 3-5% oder ≥ 7% der mittleren Zahnlänge Z' oder der mittleren Zahnzwischenraumlänge S'. Die Intervalle ±d und/oder ±e können insbesondere jeweils unabhängig voneinander ≥ 0,1-0,2 μm, ≥ 0,25-0,5 μm, ≥ 0,75-1 μm oder ≥ 1,5-2 μm sein.
Nach einer alternativen Ausführungsform können bei einer gegebenen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung mit einer mittleren Zahnlänge Z' Zähne mit Zahnlängen Z ± n Δz vorgesehen sein, wobei n eine ganze Zahl oder eine rationale Zahl kleiner 1 ist. Die Zähne können hier beispielsweise jeweils aus ihrer mittleren Lage in Umfangsrichtung des Rädchens um den Betrag ± n Δz verschoben sein. Vorzugsweise weisen einer oder beide der einem gegebenen Zahn benachbarten Zähne eine unterschiedliche Zahnlänge von diesem auf. Dies kann für sämtliche Zähne einer sich wiederholenden Zahnanordnung oder des Rädchens insgesamt gelten. Die rationale Zahl n kann in Bezug auf benachbarte Zähne, 3/4, 1/2, 1/3, 1/4 oder 1/5 betragen, allgemein ein Verhältnis X/Y, wobei X und Y jeweils ganze Zahlen kleiner 10 sind.
Dadurch, dass sich die Zahnlängen Z um ein Vielfaches eines inkrementellen Zahnlängenunterschiedes Δz unterscheiden können, können bei dem Ritzvorgang in den Glaskörper über ein Spektrum verteilt Schwingungen eingebracht werden, die sich ebenfalls um inkrementelle Wert Δν unterscheiden aber andererseits in einer gewissen spektralen Breite verteilte definierte Schwingungen ergeben, was sich für die Ausbildung von Tiefenrissen im Glas als sehr günstig erwiesen hat, da auch hier relativ scharfe Schwingungsspitzen vorliegen können. Dies hat sich insgesamt im Hinblick auf die zu erzielende Qualität der Trennflächen und teilweise auch auf anwendbare Vorschubgeschwindigkeit des Schneidrädchens beim Ritzvorgang als vorteilhaft erwiesen.
Für die Zahnzwischenraumlänge S der in den vorhergehenden Absätzen beschriebenen Zahnanordnung ist vorzugsweise Δs ≤ 4 bis 5 Δz oder Δs ≤ 2 bis 3 Δz oder Δs ungefähr gleich Δz. Ferner kann sein Δs ≥ 0,75 bis 1 Δz oder Δs ≥ 1,25 bis 1,5 Δz. Die Zahnzwischenraumlänge kann aber auch im wesentlichen konstant sein oder für Abweichungen der Zahnzwischenraumlänge Δs von der mittleren Zahnzwischenraumlänge S' kann gelten Δs ≤ S' oder Δs ≤ Δz.
Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Abweichung der Zahnlängen Z von der mittleren Zahnlänge Z' können bei einer mittleren Zwischenraumlänge S' die Zahnzwischenräume Längen S von S' ± m Δs aufweisen, wobei m eine ganze Zahl oder rationale Zahl < 1 ist. Für m kann das oben zu n Gesagte, für Δs kann das oben zu Δz Gesagte entsprechend gelten (jeweils in Bezug auf die Größe S oder S'). Die Zahnzwischenräume können hier beispielsweise jeweils aus ihrer mittleren Lage in Umfangsrichtung des Rädchens um den Betrag ± m Δs verschoben sein.
Für den Zahnunterschied Δz allgemein gelten Δz < Z' oder ≤ 9/10 Z', vorzugsweise Δz ≤ 3/4 Z', Δz ≤ 1/2 Z' Δz ≤ 1/3 Z', Δz ≤ 1/4 Z' oder Δz ≤ 1/5 Z'. Entsprechend kann für die Abweichung der Zahnzwischenlängen allgemein gelten Δs < S' oder ≤ 9/10 Z', vorzugsweise Δs ≤ 3/4 S', Δs ≤ 1/2 S', Δs ≤ 1/3 S', Δs ≤ 1/4 S' oder Δs ≤ 1/5 S'. Allgemein sind die Abweichungen Δz, Δs von dem jeweiligen Mittelwert Z', S' deutlich größer als die Fertigungstoleranzen, beispielsweise jeweils unabhängig voneinander ≥ 0,1 bis 0,2 μm, ≥ 0,25 bis 0,5 μm, ≥ 0,75 bis 1 μm oder ≥ 1,5 bis 2 μm. Die Abweichungen Δz, Δs können auch ≥ 1 bis 2%, ≥ 3 bis 5% oder ≥ 7% der mittleren Zahnlänge Z' oder der mittleren Zahnzwischenraumlänge S' sein.
Bei einer gegebenen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung die sich vorzugsweise mehrfach über den Umfang wiederholt, kann die mittlere Zahnzwischenraumlänge S' größer/gleich der mittleren Zahnlänge Z' sein, vorzugsweise beträgt die mittlere Zahnzwischenraumlänge S' 1,1 bis 5 oder 1 bis 3, vorzugsweise 1,2 bis 2 oder ca. 1,3 bis 1,7 der mittleren Zahnlänge Z'.
Die Veränderung der Länge der Zähne und/oder der Zahnzwischenräume in der Abfolge der Rollbewegung des Rädchens kann periodisch oder aperiodisch, gegebenenfalls auch stochastisch erfolgen. Bei einer aperiodischen Verteilung kann eine gewisse Gesetzmäßigkeit der Abfolge der Zähne und/oder Zahnzwischenräume vorgesehen sein, beispielsweise können gegenüber einer gleichmäßigen Abfolge jedoch gewisse Störungen gegeben sein. Die Längen der Zähne und/oder Zahnzwischenräume können beispielsweise kontinuierlich, z.B. linear oder nicht-linear, über die Länge der Zahnanordnung ansteigen oder abfallen, z.B. in Art einer Sägezahnfunktion, aber hier gewissen mathematisch-funktionellen Gesetzmäßigkeiten folgen. Bei einer periodischen Abfolge der Zähne und/oder Zahnzwischenräume gegenüber dem mittleren Zahnlänge und/oder Zahnzwischenraumlänge können die Änderungen entlang des Rädchenumfangs einer periodischen Funktion wie einer Sinus- bzw. Cosinus-Funktion über zumindest einen Teil des Rädchenumfangs folgen.
Die Periodenlänge der Zahnabfolge und/oder der Zahnzwischenraumabfolge kann jeweils der Länge der Zahnanordnung entsprechen, dies ist aber nicht zwingend, sie kann jeweils auch kleiner als die Umfangserstreckung der nicht-gleichmäßigen Zahnabfolge sein, beispielsweise wenn die Periodenlänge (allgemein gemessen als Anzahl der Zähne/Zahnzwischenräume oder gemessen in Längeneinheiten) der Zähne und der Zahnzwischenräume unterschiedlich ist. Es versteht sich, dass hier vielfältige Überlagerungen der Perioden von Zähnen und Zahnzwischenräumen mög lich sind. Die Periodenlängen der Zähne und Zahnzwischenräume können einen gemeinsamen Teiler aufweisen, so dass nach einer gewissen Zahnabfolge sich die Zahnfolge wiederholt, der Teiler kann aber auch rational oder irrational sein. Die bei einer derartigen Zahnabfolge beim Ritzvorgang im Glaskörper eingebrachten Schwingungen haben sich zur Ausbildung von Tiefenrissen bei unterschiedlichsten Glassorten und Glasstärken als besonders wirksam erwiesen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Zahnlänge oder die Länge der Zahnzwischenräume sich periodisch ändert und die Länge des jeweils anderen Teils sich aperiodisch oder stochastisch ändert. Insbesondere ist es jedoch auch möglich, dass sich bei einer nicht-gleichmäßigen Zahnabfolge die Länge der Zähne auf eine der oben beschriebenen Weisen ändert und die Zahnzwischenraumlänge über die gegebene Zahnfolge konstant ist. Für bestimmte Anwendungsfälle mögen auch Rädchen zweckmäßig sein, bei welchen sich die Länge der Zahnzwischenräume auf eine der oben beschriebenen Arten ändert und die Länge der Zähne praktisch konstant ist, oder umgekehrt.
Vorzugsweise besteht die Gesamtzahnanordnung des Rädchens aus einer mehrfachen Wiederholung ein und derselben gegebenen unregelmäßigen Zahnanordnung. Gegebenenfalls können zwischen den sich wiederholenden nicht-gleichmäßigen Zahnanordnungen Z1 weitere Zahnanordnungen Z2 oder Zn vorgesehen sein, so dass verschiedene Arten von Zahnanordnungen Z1, Z2 in einer definierten oder unregelmäßigen Abfolge nacheinander über den Umfang des Rädchens verteilt wiederkehren können. Gegebenenfalls können zwischen nicht-gleichmäßigen oder auch in Bezug auf die Zahnlängen und Zahnzwischenraumlängen gleichmäßigen, sich wiederholenden Zahnanordnungen auch stochastische, sich nicht wiederholende Anordnungen vorgesehen sein. Die sich wiederholenden Anordnungen können hierbei gegebenenfalls auch gewissen mathematisch-funktionalen Gesetzmäßigkeiten folgen. Es können somit an einem Rädchen Umfangsabschnitte mit stochastischen Anordnungen vorgesehen sein, zwischen denen nicht-stochastische Zahnanordnungen vorgesehen sind. Hierdurch können jeweils Ortsfrequenzspektren mit gewissen Frequenzverteilungen im Glaskörper eingebracht werden, so dass hier auch bei verschiedenen Glasarten und verschiedenen Glasstärken praktisch optimale Ergebnisse erzielt werden können.
Die Zahnanordnung, insbesondere die sich wiederholenden Zahnanordnung, kann über ihre Länge 2-20 Zähne, bis zu 25-30 Zähne oder bis 40-50 Zähne oder auch mehr aufweisen, beispielsweise 4, 6, 8, 10, 12 oder 16 Zähne oder mehr. Die wiederkehrende Zahnanordnung kann auch ≥ 75-100 Zähne, ≥ 40-50 Zähne, ≥ 25-30 oder ≥ 15-20 Zähne aufweisen.
Die nicht-gleichmäßige, sich wiederholende Zahnanordnung kann eine Umfangserstreckung von ≥ 100-150 μm, ≥ 200-300 μm, ≥ 400-500 μm oder ≥ 750-1000 μm aufweisen. Vorzugsweise weist die sich wiederholende Zahnanordnung eine Umfangserstreckung von ≤ 4 mm, insbesondere ≤ 2-3 mm oder ≤ 1,9-1,5 mm auf, insbesondere ≤ 500-750 μm oder ≤ 300-400 μm.
Das Schneidrädchen kann einen Umfang von ≥ 5-6 mm oder ≥ 7-8 mm, insbesondere ca. 9-10 mm haben. Der Schneidrädchenumfang kann ≤ 25-30 mm, ≤ 15-20 mm oder ≤ 12-14 mm sein. Die Breite des Schneidrädchens, welches eine Drehachse aufweisen kann, kann im Bereich von 0,3 bis 5 mm, vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 bis 4 mm oder im Bereich von 1 bis 3 mm liegen.
Die Zahnzwischenräume können in Bezug auf ihre Basis in einer Hauptebene um ≥ 0,5-1 μm, ≥ 1,5-2 μm, ≥ 3-4 μm oder ≥ 5-10 μm von den Schneidkanten der Zähne radial zurückversetzt sein, was der Zahnhöhe entspricht. Ferner können die Schneidkanten der Zahnzwischenräume um ≤ 20-30 μm, ≤ 15-20 μm, ≤ 10-12 μm oder auch ≤ 8 μm von den Schneidkanten der Zähne radial zurückversetzt sein. Der radiale Abstand der Schneidkanten der Zahnzwischenräume von denen der Zähne kann derart bemessen sein, dass bei dem Ritzvorgang bei bestimmungsgemäßer Krafteinwirkung auf das Glasschneidrädchen die Schneidkanten der Zahnzwischenräume in die Glasplatte eindringen, d.h. deren Oberfläche durchdrin gen. Die aufgewandte Anpresskraft kann hierbei ≤ 10 N, insbesondere ≤ 5-7 N oder ≤ 3-4 N betragen, gegebenenfalls auch ≤ 1-2 N. Die erforderliche Anpresskraft kann von dem Material des zu ritzenden Glaskörpers abhängen. Vorzugsweise ist die Anpresskraft derart gewählt, dass der Tiefenriss sich über die Stärke des Glaskörpers erstreckt.
Die Schneidzähne können eine Längserstreckung in Umfangsrichtung von ≥ 2-5 μm, ≥ 10-15 μm oder auch ≥ 20-30 μm aufweisen. Die Längserstreckung der Zähne in Umfangsrichtung kann ≤ 200-300 μm, ≤ 75-100 μm oder ≤ 40-50 μm betragen. Die Längserstreckung der Zahnzwischenräume in Umfangsrichtung des Rädchens kann ≥ 2-5 μm, ≥ 10-15 μm oder ≥ 20-35 μm betragen, vorzugsweise 20-40 μm. Die Längserstreckung der Zahnzwischenräume kann ≤ 200-300 μm, ≤ 100-150 μm, ≤ 50-75 μm betragen.
Die Zahnoberseiten und/oder Zahnseiten können jeweils eine Aufrauung und/oder eine Feinverzahnung aufweisen, die bei dem Ritzvorgang einen Schlupf des Rädchens über die Glasplattenoberfläche verhindern kann. Die Aufrauung kann beispielsweise durch geeignete Schleifmittel erfolgen. Die Strukturhöhe der Aufrauung oder Feinverzahnung kann deutlich kleiner als die Zahnhöhe, beispielsweise ≤ 1/4, ≤ 1/8 oder ≤ 1/16 derselben sein. Die Oberflächenrauhigkeit Rz nach DIN/ISO 4287 kann ≤ 4,5-5 μm oder ≤ 3,5-4 μm oder auch ≤ 2,5-3 μm sein, z.B. in dem Bereich von 0,5 bis 5 μm, vorzugsweise 0,75 bis 2 μm liegen. Die Rauhigkeit Ra nach DIN/ISO 4287 kann ≤ 0,4-0,5 μm sein, z.B. in dem Bereich von 0,05-0,5 μm oder 0,1-0,4 μm, vorzugsweise in den Bereich von 0,1-0,3 μm liegen. Die Feinverzahnung kann regelmäßig oder unregelmäßig sein und in Form von Zahnrippen, die zur Schneidkante hin konvergieren können oder zumindest mit einer Richtungskomponente zur Schneidkante hin verlaufen oder in Form von isolierten, im wesentlichen punktförmigen Erhebungen oder dergleichen ausgeführt sein. Gegebenenfalls können auch die Zahnzwischenräume eine Aufrauung und/oder Feinstrukturierung aufweisen, für die das oben Gesagte gelten kann und die vorzugsweise allenfalls geringfügig von der Schneidkante der Zahnzwischenräume beabstandet ist, so dass die Feinstrukturierung bei üblicher Benutzung des Schneidrädchens mit der zu ritzenden Glasplatte in Wechselwirkung kommt.
Das Schneidrädchen kann aus polykristallinem Diamant oder aus einem Hartmetallwerkstoff bestehen, der vorzugsweise mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist, die verschleißmindernde Eigenschaften haben kann.
Allgemein kann das Schneidrädchen alle Arten von Schneidzähnen oder zwei oder mehrere Arten von Zahnzwischenräumen aufweisen, die sich in ihrer Breite, Querschnittsgestalt oder auf andere Weise unterscheiden können. Es ist jedoch für die meisten Anwendungsfälle ausreichend, wenn das Rädchen nur eine Art von Schneidzähnen und nur eine Art von Zahnzwischenräumen aufweist, die sich lediglich in ihrer Umfangserstreckung unterscheiden.
Zusätzlich zu der Grobverzahnung kann das Schneidrädchen eine Feinverzahnung aufweisen, die insbesondere durch einen Schleifvorgang erzeugt sein kann. Diese Feinverzahnung kann auf den Zahnrücken der Schneidzähne oder an anderen geeigneten Stellen vorgesehen sein und zusätzlich einen Schlupf bzw. ein Durchdrehen des Rädchens während dem Ritzvorgang verhindern, bei welchem das Rädchen eine Abrollbewegung der Oberfläche des zu ritzenden Glaskörpers durchführen soll. Die Strukturhöhe der Aufrauung oder Feinverzahnung kann deutlich kleiner als die Zahnhöhe, beispielsweise ≤ 1/4, ≤ 1/8 oder ≤ 1/16 derselben sein. Die Oberflächenrauhigkeit Rz nach DIN/ISO 4287 kann ≤ 4,5-5 μm oder ≤ 3,5-4 μm oder auch ≤ 2,5-3 μm sein, z.B. in dem Bereich von 0,5 bis 5 μm, vorzugsweise 0,75 bis 2 μm liegen. Die Rauhigkeit Ra nach DIN/ISO 4287 kann ≤ 0,4-0,5 μm sein, z.B. in dem Bereich von 0,05-0,5 μm oder 0,1-0,4 μm, vorzugsweise in den Bereich von 0,1-0,3 μm liegen. Die Feinverzahnung kann regelmäßig oder unregelmäßig sein und in Form von Zahnrippen, die zur Schneidkante hin konvergieren können oder zumindest mit einer Richtungskomponente zur Schneidkante hin verlau fen, in Form isolierter, im wesentlichen punktförmiger Erhebungen oder dergleichen ausgeführt sein.
Weiterhin kann ein Parameter vorgesehen sein, der einen mathematisch-funktionellen Zusammenhang zwischen der Anordnung der Zähne und/oder Zahnzwischenräume einer gegebenen sich wiederholenden Zahnanordnung überlagert ist, so dass die Zahnanordnung des Rädchens insgesamt statistisch oder unregelmäßig verteilt ist. Sind beispielsweise die Zähne und/oder Zahnzwischenräume der Zahnabfolge um einen Betrag + n Δz und/oder + m Δs gegenüber dem in Abrollrichtung vorhergehenden Zahn/Zahnzwischenraum verlängert, so kann über den Zahnumfang die Anordnung der Zähne/Zahnzwischenräume entsprechend V·n Δz bzw. V·m Δs variieren, wobei V unregelmäßig oder stochastisch verteilt +1 oder –1 sein kann. Ist die Anordnung der Zähne/Zahnzwischenräume nicht symmetrisch zu der Mitte der jeweiligen Zahnanordnung, so kann sich bezogen auf die gegebene Ablaufrichtung des Rädchens jeweils eine unterschiedliche effektive Zahnabfolge ergeben. Es versteht sich, dass dieser statistisch oder unregelmäßig gewählte Faktor V auch in Bezug auf andere der oben beschriebenen Parameter der Anordnung der Zähne/Zahnzwischenräume vorliegen kann. Gegebenenfalls kann auch ein in einem gewissen Bereich variierender Skalierungsfaktor vorgesehen sein, welcher aus einem vorgegebenen Bereich statistisch ausgewählt werden kann, so dass aufeinanderfolgende Zahnanordnungen durch die gegebene statistische Skalierung variiert werden.
Allgemein kann die Zahnabfolge innerhalb einer Zahnanordnung derart sein, dass ausgehend von einem sich in seiner mittleren Lage befindenden Zahnzwischenraum (dessen Zahnzwischenraummitte somit mit der mittleren Lage derselben praktisch zusammenfällt) bei Abschreiten des Rädchens um einen gewissen Teilumfang, man auf einem Zahnrücken positioniert ist. Der Abstand dieser Zahns (bezogen auf seine Zahnmitte) von der Mitte des ersten Zahnzwischenraumes beträgt somit n·S', wobei n eine ganze Zahl ist. Dies kann beispielsweise bei sich periodisch ändernden Zahnlängen Z und/oder Zahnzwischenraumlängen s und ausreichend langen Zahnanordnungen der Fall sein.
Ferner kann allgemein innerhalb einer Zahnanordnung, die sich über den Rädchenumfang mindestens 1- oder mehrmals wiederholen kann, die Länge der Zähne Z und/oder der Zahnzwischenräume S variieren.
Des Weiteren kann allgemein gelten, dass für einige oder sämtliche der Zahnzwischenräume der Zahnanordnung, insbesondere einer sich wiederholenden Zahnanordnung, die Länge der Zähne und Zahnzwischenräume derart bemessen ist, dass in der Abrollbewegung des Rädchens über eine planare Oberfläche nach dem ersten mit der Oberfläche in Berührung kommenden Zahn ein zweiter Zahn in Angriff kommt, bevor ein Zahnzwischenraum mit der Oberfläche in Berührung kommt.
Schließlich haben sich erfindungsgemäß hergestellte Rädchen auch bei der Erzeugung von Formschnittlinien gegenüber herkömmlichen Rädchen als vorteilhaft erwiesen. Bei einem Formschnitt ist die Schnitt- oder Ritzlinie nicht-linear, z.B. bogenförmig. Die erfindungsgemäß hergestellten Rädchen können der gewünschten Form auch bei engen Krümmungsradien besonders leicht und exakt folgen. Ferner sind die Rädchen bei geschlossenem Formschnitt (d.h. bei in sich geschlossener Formlinie wie z.B. einem Kreisbogen) vorteilhaft einsetztbar, da der Formkörper leichter und exakter von dem umgrenzenden Material separiert werden kann.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Schneidmaschine mit einem Tisch zur Halterung einer zu ritzenden Glasplatte gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs 24, wobei ein erfindungsgemäßes Schneidrädchen an dem Schneidkopf angeordnet ist. Entsprechend umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Ritzen von Glaskörpern, insbesondere Glasplatten, mit einem derartig erfindungsgemäßen Schneidrädchen sowie ein Verfahren zur Herstellung von Glaskörpern, insbesondere Glasplatten, die aus einem größeren Körper durch Ausbildung von Mittelsschneidrädchen geritzten Sollbruchlinien und einer Trennung des Glaskörpers entlang dieser Linien hergestellt werden.
Die Abrolllänge der unregelmäßigen Zahnanordnung des Schneidrädchens kann sich zwei oder mehrfach um den Rädchenumfang wiederholen und insbesondere im Bereich von oder geringer als die Materialstärke des zu ritzenden Glaskörpers sein, oder ≤ 3/4, ≤ 4, ≤ 1/3, ≤ 1/4 der Glaskorperstärke betragen. Hierdurch können die durch die Zahnanordnung in den Glaskörper eingebrachten Schwingungen sich über den Abrollumfang des Rädchens mehrfach wiederholen, so dass eine sehr wirksame Tiefenrissausbildung in dicht aufeinanderfolgenden Bereichen der Glasplatte erzielt wird, so dass insgesamt hervorragende Trennflächen und Bruchkanten erzeugt werden können. Die Stärke der Glasplatte oder allgemein des Glaskörpers in dem zu durchtrennenden Bereich kann größer ≥ 0,1-0,2 mm, ≥ 0,3-0,4 mm betragen. Die Glasplattenstärke kann andererseits ≤ 4-5 mm, ≤ 3-3,5 mm, insbesondere ≤ 2,5-2,75 mm, ≤ 2-2,5mm, gegebenenfalls auch ≤ 1,75-1,9 mm.
Die Erfindung sei nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
1 zeigt ein Schneidrädchen in Seitenansicht (1a), in Frontalansicht (1b), in Detailansicht (1c) und in Detailansicht beim Ritzvorgang (1d);
2 zeigt einen Ausschnitt der Zahnfolge des Rädchens in schematischer Darstellung mit gleichmäßiger Anordnung (nicht gemäß der Erfindung);
3 zeigt eine schematische Darstellung der Zahnanordnung mit Zahnzwischenraumlängen S±ΔS mit stochastischer Verteilung;
4 zeigt eine Zahnanordnung mit variierender Zahnzwischenraumlänge;
5-9 zeigen verschiedene Zahnanordnungen mit variierenden Zahnlängen und Zahnzwischenraumlängen;
10-12 zeigen schematische Darstellungen von Schneidrädchen mit verschiedenen Anordnungen von Zahnabfolgen;
13 zeigt eine Schneidemaschine mit erfindungsgemäßem Rädchen.
1 zeigt zur Erläuterung in schematischer Darstellung ein Glasschneidrädchen 1 zum Erzeugen einer geritzten Sollbruchlinie auf einer Glasplatte mit einer den Außenumfang des Rädchens definierenden radialen Umfangslinie 2, die in einer senkrecht zu der Drehachse D des Schneidrädchen stehenden Hauptmittelebene 3 des Rädchens liegt. Im Zentrum des Rädchens ist eine Ausnehmung 4 zur Einführung einer Achse vorgesehen. Das Rädchen kann einen äußeren Durchmesser von ca. 3mm, eine Breite von ca. 0,6mm und einen Umfang von ca. 9,4mm aufweisen. Das Rädchen weist Seitenflächen 6 auf, die geneigt sein und zur Hauptmittelebene 3 hin konvergieren und sich in dieser schneiden können. Die Umfangslinie 2 weist eine Vielzahl von Schneidzähnen 7 mit auf der Umfangslinie liegenden Schneidkanten 5 auf, die in Umfangsrichtung durch Zahnzwischenräume 8 voneinander beabstandet angeordnet sind. In 1 sind zur Erläuterung die Längen der Zähne 7 und der Zahnzwischenräume jeweils gleichgroß dargestellt, so dass diese Anordnung nicht erfindungsgemäß ist. Das Rädchen kann aus einem vorzugsweise verschleißbeschichteten Hartmetallwerkstoff oder aus polykristallinem Diamant bestehen. Die Zahnoberflächen des Rädchens können aufgeraut sein, beispielsweise durch einen Schleifvorgang, wobei die radiale Höhe der Schneidzähne über eine etwa regelose Oberflächenrauhigkeit hinausgeht. Die Oberflächenrauhigkeit (nach DIN/ISO) kann 1,5 μm, die Rauhigkeit Ra ca. 0,15 μm betragen. Gegebenenfalls können die Zahnoberflächen auch poliert sein. Wie in 1d ferner dargestellt ist, kann die Länge der Zähne und Zahnzwischenräume derart bemessen sein, dass in der Abrollbewegung des Rädchens über eine planare Oberfläche 101 eines Glaskörpers 100 nach dem ersten mit der Oberfläche in Berührung kommenden Zahn 5' ein zweiter Zahn 5'' in Angriff kommt, bevor ein Zahnzwischenraum 8' mit der Oberfläche in Berührung kommt.
2 (links) zeigt in schematischer Darstellung eine Zahnanordnung mit Zähnen konstanter Zahnlänge Z und Zahnzwischenräumen konstanter Länge S. Die Anordnung der Zähne und Zahnzwischenräume ist hier entlang der auf der X-Achse dargestellten Abrolllinie des Rädchens über seine Außenumfangslinie 2 dargestellt. Die Zahnlänge Z beträgt hier 20μm, die Zahnzwischenraumlänge S beträgt 30 μm, das Verhältnis der Zahnzwischenraumlänge S zu der Zahnlänge beträgt somit 1,5.
2 (rechts) zeigt ein Ortsfrequenzspektrum in Art eines Amplitudendichtespektrums, welches sich aus einer Fourier-Transformation der die Schwingungen in den Glaskörper einbringenden Zahnstruktur nach 2 (links) ergibt, wobei davon ausgegangen wird, dass bei Eindringen des jeweiligen Zahns in die Glaskörperoberfläche eine entsprechende Kraft auf diese ausgeübt wird. Durch Multiplikation der in 2 (rechts) dargestellten Ortsfrequenz mit der Verfahrgeschwindigkeit (m/sec) des Rädchens über die Glasoberfläche ergeben sich die an dem Anlageort des Rädchens in den Glaskörper eingebrachten Schwingungsfrequenzen. Die Amplitude ist hier und in den anderen Darstellungen als willkürlich normierte Amplitude dargestellt. Das Spektrum nach 2 (rechts) kann durch das Auftreten einer Grundfrequenz bei 20 Schwingungen pro mm (entsprechend der Summe der Längen eines Zahns und Zahnzwischenraumes von 50 μm) und deren Oberflächenschwingungen verstanden werden. Die in 2 (links) dargestellte Struktur der Zahnanordnung entspricht einer solchen nach der EP 773 194 B1 bzw. 1 092 686 B1 .
3 zeigt eine stochastisch strukturierte Zahnanordnung, wobei die Zähne eine gleichbleibende Zahnlänge Z aufweisen (hier: 20 μm) und die Zahnzwischenraumlänge S sich jeweils um einen definierten Betrag Δs um die mittlere Länge S' verringert oder erhöht oder die mittlere Länge S' selbst einnimmt. Das Vorzeichen der Längenänderung Δs variiert hier stochastisch, also völlig regellos. Im Mittel weist die Zahnanordnung somit eine Wiederholungslänge (Zahnlänge + Zahnzwischenraumlänge), auch „pitch" genannt, von 50 μm auf.
Gemäß 3b ergibt sich ein Ortsfrequenzspektrum (Leistungsdichtespektrum) mit einer kontinuierlichen Frequenzverteilung, wobei bei einer Ortsfrequenz von 20 Schwingungen pro mm sich ein Peak mit einer gewissen Breite ergibt. Auch unterhalb und oberhalb von 20 Schwingungen pro mm erden somit Schwingungen erzeugt ohne dass Erhöhungen nur bei einzelnen Frequenzen auftreten. Hier werden über relative große Frequenzbereiche noch relativ hohen Amplituden in den Glaskörper eingebracht. Diese Situation unterscheidet sich fundamental von dem Ortsfrequenzspektrum nach 2 (rechts) mit einer geringen Anzahl von sehr scharfen Peaks bei bestimmten definierten Ortsfrequenzen. Insbesondere werden bei dem Rädchen nach 3 auch bei der gegebenen Zahnlänge von 20 μm Ortsfrequenzen relativ hoher Amplituden bei Ortsfrequenzen erzeugt, die deutlich von einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz abweichen. Weiterhin werden bei Ortsfrequenzen < 10 Schwingungen pro mm (unter Berücksichtigung der Verfahrgeschwindigkeit entsprechend auch für die in die Glaskörper eingebrachten Schwingungen je Sekunde) praktisch keine Frequenzen mit signifikanten Amplituden erzeugt. Hierin ist ein wesentlicher Unterschied zu bisher bekannten Schneidrädchen mit einer unregelmäßigen Mikroverzahnung zu sehen, welche z.B. durch einen Schleifvorgang erzeugt werden kann, um einen Schlupf des Rädchens zu verhindern.
4 (links) zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Rädchens, wobei die Zähne jeweils eine gleichbleibende Länge Z aufweisen (hier: 20 μm) und die Zahnzwischenraumlänge S jeweils benachbarter Zahnzwischenräume um einen definierten Betrag Δs (hier 6 μm, d.h. ± 20% Abweichung von dem Mittelwert) gegenüber der mittleren Zahnzwischenraumlänge S' kleiner oder größer ist. Hier ergibt sich eine nicht-gleichmäßige bzw. unregelmäßige Zahnanordnung mit zwei Zähnen, die sich somit nach dem dritten Zahn wiederholt. Die Länge der sich wiederholenden Zahnanordnung beträgt 100 μm. Die Zahnanordnung weist somit alternierend angeordnete kurze und lange Zahnzwischenräume auf.
Gemäß dem Ortsfrequenzspektrum nach 4 (rechts) führt eine derartige Änderung der Zahnzwischenräume gemäß der Struktur nach 2 dazu, dass benachbart um den Hauptpeak bei 20 Schwingungen pro mm weitere Peaks mit beträchtlicher Amplitude entstehen, hier bei 10 und 30 Schwingungen pro mm. Weiterhin werden bei Ortsfrequenzen, bei welchem bei gleichmäßiger Strukturierung praktisch keine Schwingungen erzeugt wurden, Schwingungen mit beträchtlicher Amplitude erzeugt, wie beispielsweise bei 70 und 90 Schwingungen pro mm. Auch bei dieser Strukturvariante, bei welcher eine vergleichsweise einfache Variation der Zahnzwischenrumlänge S erfolge, wird somit ein Ortsfrequenzspektrum mit einer wesentlich breiteren Frequenzverteilung erzielt und insbesondere um den Hauptpeak weitere Schwingungen mit hoher Amplitude erzeugt. Dies hat sich für die Ausbildung von Tiefenrissen und von optimalen Trennflächen und Bruchkanten als besonders vorteilhaft herausgestellt. Auch bereits bei kurzen Abrolllängen des Rädchens über den Glaskörper können hierdurch zuverlässig Schwingungen in diesen eingebracht werden, die zur Erzeugung von Tiefenrissen führen, was bei einer regelmäßigen Strukturierung nicht der Fall ist.
5 (links) zeigt eine erfindungsgemäße Zahnanordnung mit Zähnen und Zahnzwischenräumen einer mittleren Länge Z', S', wobei die aufeinanderfolgenden Zähne abwechselnd gegenüber der mittleren Zahnlänge Z' jeweils um einen gleichen Betrag verkürzt oder verlängert sind und somit die Länge Z' – Δz oder Z' + Δz aufweisen. Die Zahnlänge beträgt hier 20 μm, die Abweichung Δz 2 μm, also eine Schwankung um den Mittelwert von ± 10%. Entsprechendes gilt auch für die Zahnzwischenraumlängen S, die jeweils alternierend um den gleichen Betrag Δs (3 μm) gegenüber dem Mittelwert S (30 μm) verkürzt oder verlängert sind, so dass auch hier die Schwankung um den Mittelwert ± 10% beträgt. Auch hier ergibt sich eine wiederkehrende Zahnanordnung mit zwei Zähnen, welche eine Länge von 100 μm aufweist.
Gemäß 5 (rechts) resultiert ein Ortsfrequenzspektrum, welches dem nach 4 vergleichsweise ähnlich ist und gegen über einer gleichmäßigen Strukturierung eine wesentlich breitere Frequenzverteilung aufweist.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zahnanordnung, die an sich nach einer Länge von 200my bei dem Abrollen des Glasschneidrädchens wiederholt. Ausgehend von der mittleren Zahnlänge Z' (hier: 20 μm) und der mittleren Zahnzwischenraumlänge S' (hier: 30 μm) variiert die Zahnlänge nach dem funktionellen Zusammenhang Z' + Δz, Z' – Δz, Z' – Δz und Z' + Δz, die Zahnzwischenraumlänge mit S', S' – Δs, S', S' + Δs. Δz ist hier 3 μm (d.h. Schwankung von ± 15% um den Mittelwert), Δs ist hier 6 μm (d.h. Schwankung von ± 20% um den Mittelwert). Die Abweichungen Δz und Δs einer Zahnanordnung können somit allgemein relativ und/oder absolut voneinander verschieden sein. Sowohl die Zahnlängen als auch die Zahnzwischenraumlängen weisen somit die gleiche Periodenlänge auf und rollen sich nach vier Zähnen bzw. vier Zwischenräumen und jeweils 200 μm ab, die relativen Änderungen sind jedoch unabhängig voneinander und folgen anderen funktionalen Zusammenhängen. So weisen jeweils zwei aufeinanderfolgende Zähne jeweils dieselben Zahnlängen auf, die Zahnzwischenraumlängen jeweils aufeinanderfolgende Zahnzwischenräume sind jeweils unterschiedlich zueinander.
Nach 6 (rechts) wird ein Ortsfrequenzspektrum erzielt, welches eine nochmals breitere Ortsfrequenzverteilung als die Spektren nach den 4 und 5 zeigen, so werden auch bei weiteren Zwischenwerten der Ortsfrequenzen zusätzliche Peaks erzeugt. Insgesamt führt dies auch zu einer erhöhten Schwingungsanregung des geritzten Glaskörpers und somit auch zu einer gleichmäßigeren und dichteren Einbringen von Tiefenrissen entlang der Ritzlinie.
7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Zahnstrukturierung eines Schneidrädchens mit einer wiederkehrenden Zahnanordnung, die 10 Zähne umfasst und eine Länge von ca. 500 μm beim Abrollen des Rädchens aufweist. Die Zahnlänge Z (ca. 20 μm) sowie auch die Zahnzwischenraumlänge S (ca. 30 μm) nimmt jeweils gleichmäßig in Richtung auf ein Maximum zu, um anschließend gleichmäßig in Richtung auf ein Minimum abzunehmen und dann jeweils in Art einer Sinusfunktion wieder auf den ursprünglichen Wert anzusteigen. Die Variation der Zähne und Zahnlücken folgt somit der gleichen periodischen Funktion bei gleicher Periodenlänge. Am Anfangsbereich sowie im mittleren Bereich der Zahnanordnung weisen die Zähne und Zahnzwischenräume somit in etwa die mittlere Länge Z', S' derselben auf. Die maximale Abweichung von dem Mittelwert beträgt hier für Δz (ca. 3 μm, ca. 15%), für Δs (ca. 5 μm, ca. 18%). In 7 (links) sind neben der Zahnanordnung gestrichelt auch die Lagen der Zähne bei einer gleichmäßigen Struktur dargestellt, in welcher Zähne und Zahnzwischenräume jeweils die mittlere Länge aufweisen. Im mittleren Bereich der Zahnanordnung sind bei der erfindungsgemäßen Struktur somit Zähne vorgesehen, wo bei regelmäßiger Strukturierung Zahnlücken vorgesehen wären.
Es versteht sich, dass gegebenenfalls die Längen Z, S der Zähne und Zahnzwischenräume auch nach unterschiedlichen periodischen Funktionen variieren können, beispielsweise die Zahnlängen entsprechend einer sin-Funktion und die Zahnzwischenraumlängen entsprechend einer cos-Funktion oder einer -sin-Funktion. Es versteht sich, dass eine derartige periodische Funktion auch auf sich wiederholende Zahnanordnungen mit einer anderen Periodenlänge bzw. anderen Zahnanzahl leicht übertragbar ist.
7 (rechts) zeigt das zugeordnete Ortsfrequenzspektrum, wobei auffällt, dass sich in einem breiten Frequenzbereich mit einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen hohe Amplituden ergeben, die durch Frequenzbereiche mit relativ geringen Amplituden getrennt sind, so dass die Einhüllende eine gewisse wellenförmige Struktur aufweist. Auch hier ergibt sich eine breite Ortsfrequenzverteilung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Ortsfrequenzen in dem dargestellten Frequenzbereich, so dass auch unter Berücksichtigung der Verfahrgeschwindigkeit eine breite Verteilung der in die Glaskörper eingebrachten Schwin gungsfrequenzen ergibt, was sehr vorteilhaft ist. Andererseits liegen hier in jeweiligen Ortsfrequenzen scharfe Peaks vor, die für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sind.
Ferner versteht es sich, dass gegebenenfalls auch die sich wiederholenden Zahnanordnungen durch einen regelmäßig oder periodisch gewählten Variationsparameter modeliert oder variiert werden können. So kann die Abfolge von Sinus/Cosinus-Funktionen in aufeinander folgenden Zahnanordnungen durch den Variationsparameter variiert werden, wobei dieser nach einem mathematisch-funktionellen Zusammenhang sich ändern kann oder auch stochastisch, also völlig regellos. Über die gegebene Periode können somit Zahnanordnungen bei denen die Zahnlänge und/oder Zahnzwischenraumlänge nach einer sin- oder einer cos-Funktion (oder auch -sin-Funktion) folgt, völlig unbestimmt sein, wodurch sich beliebige Abfolgen der Zahnanordnungen über den Zahnumfang ergeben können. Die (Orts)Frequenzspektren können hierdurch weiter variiert werden, wobei jedoch eine gewisse „Nahstruktur" in Bezug auf die lokalen Änderungen der Zahnstruktur besteht. Entsprechendes kann auch für Variationsparameter in Form von Phasenverschiebungen in den Zahnabfolgen, Skalierungsfaktoren der Zahnlängen und/oder Zahnzwischenraumlängen gelten. So zeigt 8 eine Variation der Zahnanordnung nach 3 mit einer Länge der Anordnung von 100 μm, mit gleichen mittleren Längen Z' und S' der Zähne und Zahnzwischenräume, wobei jedoch völlig zufällig die jeweilige Zahnanordnung mit einem schmalen Zahn (Z' – Δz) oder einem breiten Zahn (Z' + Δz) anfängt.
9 zeigt schematisch eine Zahnanordnung mit Zähnen gleicher Länge Z. Die Zähne sind jeweils mit ihren Mitten in einem Intervall ± d um deren mittlere Lage (Strichdarstellung an der unteren Linie) entlang des Rädchenumfangs verschoben angeordnet. Die Verschiebung ist regellos bzw. stochastisch, sie kann natürlich auch einer mathematischen Funktion folgen. Das Intervall entspricht hierbei einer möglichen maximalen Verschiebung in beiden Richtungen von ±Δs um die Mittellage. Die mittleren Lagen sind in einer gleichmäßigen Schrittweite mit einem Abstand zueinander angeordnet der der „Pitchlänge" entspricht, d.h. der Summe der mittleren Zahnlänge und der mittleren Zahnzwischenraumlänge. Die resultierenden Zahnlücken weisen somit unterschiedlichen Längen S auf, wobei S gleich S' ± Δs ist. Alternativ können auch bei gleicher Zahnzwischenraumlänge S die die Zahnzwischenräume um ein Intervall von ± e aus ihren mittleren verschoben sein, was zu Zähnen unterschiedlicher Länge Z mit Z gleich Z' ± Δz führt. Entsprechendes gilt auch für die Anordnung der Zahnzwischenräume, die in der Anordnung ebenfalls um deren Mittellage unregelmäßig oder stochastisch in einem Intervall ± e schwanken, wobei auch die Zahnmittellagen jeweils in einer festen Schrittfolge, nämlich der Pitschlänge, angeordnet sind.
Ferner versteht es sich, dass ein Schneidrädchen auch eine Zahnfolge aufweisen kann, die sich aus einer Abfolge den in den 4, 5, 6 dargestellten Strukturen ergibt. Zur Verdeutlichung sei auf 10 verwiesen, welche eine schematische Darstellung eines Schneidrädchens mit einer gegebenen sich wiederholenden Zahnanordnung Z1 mit einer Periodenlänge von beispielsweise 400 μm zeigt. Der gesamte Rädchenumfang kann durch die sich wiederholende Zahnanordnung Z1 strukturiert sein.
11 zeigt ein Rädchen mit zwei Sätzen unterschiedlicher Zahnanordnungen, die sich in der Zahnstruktur unterschieden können, z.B. Zahnanordnungen nach den 4 bis 6 sein. Die Zahnanordnungen Z1, Z2 können hierbei dieselbe oder eine unterschiedliche Länge bzw. Periode aufweisen. Es kann auch die Zahnfolge Z2 eine Umkehr oder Variation der Zahnfolge Z1 sein, beispielsweise Z1 eine Zahnfolge nach 7 (sin-Funktion) und Zahnfolge Z2 eine cos-Funktion oder -sin-Funktion, so dass eine Phasenverschiebung vorliegt oder zuerst die Längen der Zähne oder Zahnzwischenräume zunehmen anstatt abzunehmen. Es versteht sich, dass die Zahnanordnungen geordnet, z.B. alternierend aufeinanderfolgen können, oder stochastisch, d.h. in völlig unregelmäßiger Abfolge. Ferner können auch sich wiederholende Zahnanordnungen eines ersten und zweiten Satzes (z.B. solche nach 4 und 5), die regelmäßig, z.B. alternierend aufeinander folgen, durch Zahnanordnung weiterer Sätze Z3 (siehe 12) oder auch Z4 usw. (z.B. nach den 6, 7) unterbrochen sein, was wiederum regelmäßig, nach bestimmten mathematischen Funktionen oder völlig stochastisch erfolgen kann. Die Zahnanordnungen Z1, Z2, Z3 weisen unterschiedliche Längen auf.
13 zeigt stark schematisiert eine Schneidmaschine 50 mit einem Tisch 51 zur Halterung einer zu ritzenden Glasplatte 100 und mit einem Schneidkopf 52 zur Aufnahme eines Schneidrädchens 53. Der Schneidkopf 52 ist in eine von der Glasplatte beabstandete Ruheposition 54 und in eine mit einer Anpresskraft des Schneidrädchens gegen die Glasplatte anliegenden Arbeitsposition 55 überführbar. Ferner sind Mittel 56 zur Einstellung der Anpresskraft des Schneidrädchens gegen die Glasplatte vorgesehen sind. Die Schneidmaschine weist eine Führung 57 auf, so dass der Schneidkopf 52 mit Schneidrädchen 53 zum Ritzen der Glasplatte entlang einer Linie geführt werden kann. Die Schneidrädchen können erfindungsgemäße Rädchen darstellen, z.B. solche nach den Ausführungsbeispielen. Die Glasplatte oder der Glaskörper allgemein kann ebene und/oder gewölbte Bereiche 106, z.B. Hohlglasbereiche, darstellen. Die Glasplatte kann eine Stärke von 0,6 mm aufweisen. Das Schneidrädchen kann sich wiederholenden Zahnanordnungen mit einer Länge in Umfangsrichtung von 200-400 μm aufweisen. Mittels des erfindungsgemäßen Rädchens können auch Glasplatten mit einer Stärke von ≥ 1,5mm bei ausreichender Anpreßkraft mit sich über die gesamte Stärke derselben erstreckenden Tiefenrisse und ausgezeichneten Bruchkanten erzeugt werden.

Claims

Schneidrädchen zum Erzeugung einer geritzten Sollbruchlinie, wobei das Schneidrädchen eine einen äußeren Umfang des Rädchens definierende radiale Umfangslinie aufweist, die zumindest teilweise eine Schneidkante mit eine Grobverzahnung ausbildenden Schneidzähnen aufweist, die in Umfangsrichtung durch Zahnzwischenräume voneinander beabstandet angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidzähne der Grobverzahnung zumindest über einen Teilumfang des Rädchens eine nicht-gleichmäßige Anordnung aufweisen, in welcher die Länge Z der Schneidzähne und/oder die Länge S der Zahnzwischenräume zwischen zumindest einigen benachbarten Zähnen und/oder Zahnzwischenräumen oder zwischen sämtlichen Zähnen der Zahnanordnung variiert.
Rädchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gegebenen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung mit einer mittleren Zahnlänge Z' Zähne mit Zahnlängen von Z' ± n Δz vorgesehen sind, wobei n eine ganze Zahl oder eine rationale Zahl kleiner 1 ist und Δz eine Abweichung von der mittleren Zahnlänge Z'.
Rädchen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnzwischenraumlänge S zumindest im wesentlichen kon stant ist oder dass für Abweichungen Δs der Zahnzwischenraumlänge S von der mittleren Zahlzwischenraumlänge S' gilt Δs < Δz.
Rädchen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gegebenen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung mit einer mittleren Zahnzwischenraumlänge S' Zahnzwischenräume mit Längen S' ± n Δs vorgesehen sind, wobei n eine ganze Zahl oder eine rationale Zahl kleiner 1 ist und Δs eine Abweichung von der mittleren Zahnwischenraumlänge S'.
Rädchen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnlänge Z zumindest im wesentlichen konstant ist oder dass für die Abweichung Δz der Zahnlänge von der mittleren Zahnlänge Z' gilt Δz < Δs.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gegebenen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung mehrere Sätze von Zähnen mit Längen Z1, Zn und/oder mehrere Sätze von Zahnzwischenräumen mit Längen S1, Sn vorgesehen sind, wobei entlang der Abrollbewegung des Rädchens die Zähne und/oder Zahnzwischenräume der verschiedenen Sätze regelmäßig oder unregelmäßig, insbesondere stochastisch, aufeinander folgen.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne der nicht-gleichmäßigen Anordnung, die dieselbe Länge Z aufweisen können, mit ihren Mitten in einem Intervall ± d um deren mittlere Lage entlang des Rädchenumfangs verschoben angeordnet sind und/oder dass die Zahnzwischenräume, die dieselbe Länge S aufweisen können, mit ihren Mitten in einem Intervall ± e um deren mittlere Lage entlang des Rädchenumfangs verschoben angeordnet sind.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Veränderung der Länge der Zähne und/oder der Zahnzwischenräume in der Abfolge der Abrollbewegung des Rädchens nach einem mathematisch-funktionellen Zusammenhang erfolgt.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Länge der Zähne und/oder der Zahnzwischenräume in der Abfolge der Abrollbewegung des Rädchens periodisch erfolgt.
Rädchen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei regelmäßig jedem zweiten bis zehnten Zahn eine Umkehr der Verschiebungsrichtung der Zähne und/oder der Zahnzwischenräume aus ihrer mittleren Lage erfolgt.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Länge der Zähne und/oder der Zahnzwischenräume entlang der Abrollbewegung des Rädchens gleichmäßig ansteigend oder gleichmäßig abfallend zum jeweiligen Maximum oder Minimum von Zahnlänge und/oder Zahnzwischenraumlänge hin erfolgt.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Länge der Zähne und/oder der Zahnzwischenräume entlang der Abrollbewegung des Rädchens unregelmäßig, insbesondere stochastisch, erfolgt.
Rädchen nach Anspruch 1-7, 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der gegebenen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung mit einer mittleren Zahnlänge Z' und einer mittleren Zahnzwischenraumlänge S' die Zähne und/oder die Zahnzwischenräume jeweils innerhalb eines Längenintervalls ± d und/oder ± e unregelmäßig, insbesondere stochastisch, um deren mittlere Lage variieren, wobei d < 1/2 Z und e < 1/2 S.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Länge der Zähne und der Länge der Zahnzwischenräume entlang der Abrollbewegung des Rädchens nach unterschiedlichen Periodenabfolgen oder einerseits periodisch oder andererseits aperiodisch erfolgt.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Länge der Zähne und der Länge der Zahnzwischenräume entlang der Abrollbewegung des Rädchens nach unterschiedlichen Periodenlängen erfolgt.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass die sich über den Umfang des Rädchens erstreckende Zahnanordnung zwei oder mehrfache Wiederholungen einer gegebenen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung aufweist oder zumindest im Wesentlichen aus dieser besteht.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass die sich über den Umfang des Rädchens erstreckende Zahnanordnung im wesentlichen aus zwei oder mehreren Arten verschiedener nicht-gleichmäßiger Zahnanordnungen besteht, die sich über den Umfang des Rädchens wiederholen.
Rädchen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehrere Arten verschiedener nichtgleichmäßiger Zahnanordnungen sich regelmäßig oder unregelmäßig über den Zahnumfang wiederholen.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Umfangsabschnitte des Rädchens mit stochastischer Zahnabfolge vorgesehen sind, zwischen denen nicht-stochastische Zahnanordnungen vorgesehen sind.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gegebenen nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung eine mittlere Zahnlänge Z' und eine mittlere Zahnzwischenraumlänge S' mit S' ≥ Z' gegeben ist.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, dass eine gegebene nicht-gleichmäßige Zahnanordnung mit mindestens zwei Zähnen eine Umfangserstreckung von ≥ 50-100 μm aufweist.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, dass eine gegebene unregelmäßige Zahnanordnung eine Umfangserstreckung von ≤ 3,5-4 mm, vorzugsweise ≤ 1-2 mm aufweist.
Rädchen nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht-regelmäßige Zahnanordnungen als Grundanordnung sich über den Umfang des Rädchens mehrmals in Form von Abwandlungen wiederholt, und dass die Abwandlungen durch Einwirkung mindestens eines Variationsparameters auf die die Zahnanordnung definierenden Parameter der Grundanordnung hervorgehen, und dass der Variationsparameter zwischen verschiedenen Zahnanordnungen vorzugsweise nicht-gleichmäßig oder unregelmäßig variiert.
Schneidmaschine mit einem Tisch zur Halterung eines zu ritzenden Körpers, insbesondere Glaskörpers, mit einem Schneidkopf zur Aufnahme eines Schneidrädchens, wobei der Schneidkopf in eine mit einer Anpreßkraft des Schneidrädchens gegen den Körper anliegenden Arbeitsposition überführbar ist, wobei der Schneidkopf zum Ritzen des Körpers mit an diesem angelegten Schneidrädchen entlang einer Linie führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidrädchen nach einem der Ansprüche 1-23 an dem Schneidkopf angeordnet ist.
Schneidmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrolllänge mindestens einer oder sämtlicher der nicht-gleichmäßigen Zahnanordnungen des Rädchens im Bereich von oder geringer ist als die Stärke des zu ritzenden Körpers.
Schneidmaschine nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Abrolllänge des Rädchens, die zumindest im Wesentlichen der Stärke der zu ritzenden Glasplatte entspricht, sich eine nicht-gleichmäßige Zahnanordnung mehrmals wiederholt.
Schneidmaschine nach einem der Ansprüche 24-26, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrolllänge der nicht-gleichmäßigen Zahnanordnung ≥ 100 μm ist.
Glasschneider mit einer Handhabe und einer Aufnahme für ein Glasschneidrädchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidrädchen ein solches nach den Ansprüchen 1 bis 23 ist.