DE2139221A1

DE2139221A1 - Verfahren zum thermischen Schneiden von Glas

Info

Publication number: DE2139221A1
Application number: DE19712139221
Authority: DE
Inventors: John Robert Jeanette; Oravitz jun. James Lantry Cheswick; Michalik Edmund Richard West Mifflin; Pa. Dahlberg (V.StA.). C03b 33-08
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1970-09-15
Filing date: 1971-08-05
Publication date: 1972-03-16
Also published as: FR2106522B1; US3709414A; FR2106522A1; CA957503A; BE772571A; GB1349007A

Description

RECHTSANWÄLTE

DR. JUR. [-L-CHEM-WAiJERBEIL A AuQ

ALFRIfD ·:: .P-PtHIiR '4. Mug.

DR. jÜK. Di-.-CH=M. H.-J. WOLF*

DR. JuR. HANS CHR. BEIL

*23 FRANKFURTAM MAJN-HöCHST

ADRONSTCASSt 5»

Unsere Nr. 17126

PPG Industries,Inc. Pittsburgh, Pa., V.St.A.

Verfahren zum thermischen Schneiden von Glas .

Die Erfindung betrifft das ohne mechanische Berührung erfolgende thermische Schneiden von Glas, und zwar insbe sondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, durch welche wenigstens ein Teil der Strahlung, die von der beim Schneiden benutzten Wärmequelle ausgeht, so verändert wird, daß ein an einer vorgesehenen Schnittlinie gewöhnlich zur Asymmetrie neigendes Temperaturprofil sammetrisch wird. Das Problem asymmetrischer Temperaturprofile tritt beispiels weise bei nicht-halbierenden Schnitten, d.h. bei Schnitten, durch die das Glasstück nicht in etwa gleich große Stücke getrennt wird, auf. Das Schneiden kann entweder nur thermisch erfolgen, indem man die Zuführung von Strahlungswär-

me fortsetzt, bis eine Zugspannung von etwa 70,31 kg/cm innerhalb des Glases erzeugt worden ist, oder thermisch -

200812/0932

213922

mechanisch, indem man ein Biegemoment entlang der Linie der Wärmeeinwirkung wirksam werden läßt.

Die Probleme des thermischen Schneidens von Glas werden in mehreren Veröffentlichungen behandelt, so beispielsweise in den USA-Patentschriften 1 720 883, 1 777 644, 1 973 546, 3 344 968 und 3 453 097.

^ In der USA-Patentschrift 1.720„883 ist ein Verfahren

beschrieben, bei dem man "einen heißen Gegenstand oder heiße Gegenstände oder Elemente, die elektrisch oder auf andere Weise erhitzt worden sind, mit dem Glas in Berührung oder in unmittelbare Nähe des Glases bringt." V/eiter ist angegeben, daß " zur schnellen Einleitung der Abtrennung eine Einkerbung oder Vertiefung oder eine andere Schwächung mit der benutzten Vorrichtung an einem Punkt der Trennungslinie auf dem Glas angebracht werden kann, an dem der Trennungsvorgang beginnen soll ".

In der USA-Patentschrift 1.777.644 ist eine ver besserte Vorrichtung beschrieben, die geeignet ist, " die etwas unregelmäßige Bruchlinie zu verhindern, die bisher für Glas, welches mittels eines elektrisch erhitzten Drahtes oder Bandes geschnitten worden ist, charakteristisch war". In der letztgenannten Patentschrift wird also ein elektrisch erhitzter Draht für das kontaktlose Schneiden von Glas verwendet; es ist jedoch auch von einer Vorrichtung die Rede, durch die eine "Wärmeverteilung über einen wesentlichen Bereich des Glases auf beiden Seiten des Bandes oder Drahtes" erreicht wird; weiterhin wird gesagt, daß "als Ergebnis die Bruchlinie glatt und regelmäßig ist und in dieser Beziehung der Bruch -

linie nahekommt, die durhh Markierung des Glases mit einem Diamanten oder einem Rädchen erhalten wird.

In der USA-Patentschrift 1.973 .-54-6 ist "ein rohrförmiges Teil aus Metall oder einem anderen geeigneten feuerfesten Material" beschrieben, welches die Fähigkeit besitzt", mit einer erhitzten Oberfläche den Körper der gezogenen Scheibe in der Nähe des Bereichs, der von dieser als Rand abzuschneiden ist, zu berühren oder dicht an diesen heranzukommen"» In der Patentschrift ist weiter ausgeführt: " Es liegt daher auf der Hand, daß beim Vorbeiführen der Glasscheibe an dem Heizelement der Rand des Glases auf einem parallel zur und dicht an der Kante der Scheibe verlaufenden Weg erhitzt wird, sodaß der Rand leicht entfernt werden kann, ohne daß der-Scheibenkörper zerbricht, wenn man zum Abtrennen ein kaltes Trennwerkzeug hinter dem durch die gestrichelte Linie in Fig.2 dargestellten erhitzten Weg einwirken läßt ". Weiter heißt es, daß "die Temperatur des Heizelements entsprechend der Dicke des Glases oder der Geschwindigkeit, mit der das Glas an der Heizvorrichtung vorbeigezogen wird, verändert werden kann; in der Regel ergibt jedoch eine Kirschrotglühhitze bei durchschnittlichen Scheiben und bei durchschnittlicher Ziehgeschwindigkeit gute Resultate ".

In der USA-Patentschrift 3.3Mw968 ist ausgeführt, daß mehrere Markierungslinien 20 bis 23 auf einer Oberfläche der Scheibe zwischen den beiden Längskanten derselben im Abstand voneinander angebracht und, daß die Teile A, B und C der Reihe nach entfernt werden, um die Spannungen innerhalb der Glasscheibe neu zu verteilen.

203812/093 2

Der endgültige Schnitt erfolgt dann, indem man den Richtstab in einem der Hälfte der Breite der Heizvorrichtung entsprechenden Abstand von der vorgesehenen Schnitt linie 23 anordnet und danach die Heizvorrichtung an eine Oberfläche des Richtstabes so anlegt, daß das elektrische Widerstandselement auf der Markierungslinie ZJ) verläuft. Die Wärme wird so lange zugeführt, bis der Schnitt über die ganze Länge der Scheibe gelaufen.ist.

In der USA-Patentschrift 3.if53.097 ist ein Verfahren zum Schneiden von Glas beschrieben, ^fl bei welchem die Glasscheibe kontinuierlich an einem kontinuierlichen Laserstrahl vorbeibewegt wird, dessen Brennpunkt auf die Glasscheibe eingestellt ist. Der Laserstrahl und die Absorptionseigenschaften und Parameter werden so ausgewählt, daß das Glas die Energie des Laserstrahls absorbiert und in eine ausreichende Wärmemenge umwandelt, so daß eine Trennung der Scheibe entlang der von dem Laserstrahl überstrichenen Linie in Stücke ermöglicht wird ".

Erfindungsgemäß erfolgt das kontaktfreie thermi-

P sehe Trennen von Glas mit einer gezielten Infrarotstrahlung geeigneter Stärke. Auf diese Weise ergeben sich Glasstücke, deren Ränder nicht nur eine hohe Qualität, insbesondere eine hohe Festigkeit aufweisen, sondern auch gerade sind und - selbst bei nicht-halbierenden Schnitten der vorgesehenen Schnittlinie folgen.

Es ist bekannt, daß das Glasschneiden mittels Wärme in der Praxis sehr schwierig ist, weil es mit allen bekannten Verfahren nicht möglich ist, gerade, nicht-halbierende Schnitte auszuführen. Diese Schwierigkeit tritt unabhängig von der Art der Wärmeenergiequelle und der Art der

209812/0S32

Anwendung auf. Quer verlaufende Schnitte und halbierende Schnitte sind immer gerade (d.h. sie folgen immer der vorgesehenen Schnittlinie). Nicht-halbierende Schnitte sind immer gebogen (nachstehend als "Bananenrand¹¹ bezeichnet), wobei der Bogen sich in das schmalere Glasstück erstreckt. Es kann jetzt eine theoretische Erklärung der Entwicklung des Bruchs im Glas bei Wärmeanwendung und der Fortsetzung dieses Bruchs gegeben werden. Normalerweise stehen die Glasoberflächen unter einer Druckspannung und der mittlere Bereich steht unter einer Zugspannung. Wenn das Glas er hitzt wird, nehmen die Druckspannungen an der Oberfläche ab und die Zugspannungen in der Mitte steigen. Wenn die Zugspannungen auf einen Wert von mindestens 725 g/mm angestiegen sind, bricht das Glas. Falls die Infrarotquelle

p entfernt wird, bevor sich die Spannungen auf ?25 g/mm erhöhen, kann man ein Biegemoment an den erhitzten Weg bzw. die Warmemarkierung anlegen und das Glas so an dieser abtrennen. Bei nicht-halbierenden Schnitten war es bisher schwierig zu erreichen, daß das Glas entlang der vorgesehenen Schnittlinie brach. Grundsätzlich ergeben sich beim Trennen durch Wärmeeinwirkung ausgezeichnete Resultate, wenn die Schnitte quer über eine sich bewegende Bahn verlaufen und bei halbierenden Schnitten. Neuere Versuche der Anmelderin haben ergeben, daß bei quer verlaufenden und bei halbierenden thermischen Schnitten das Temperaturprofil des Glases in der Umgebung der erhitzten Linie symmetrisch ist, während bei nicht-halbierenden Schnitten das Temperaturprofil im Glas an der vorgesehenen Schnittlinie nicht symmetrisch ist. Bei den nichthalbierenden Schnitten ist die Temperatur an Punkten der Oberfläche auf der Abfallseite der vorgesehenen Schnittlinie höher als an entsprechend angeordneten Punkten auf

2098T2/0932

der anderen Seite der Linie. Das Temperaturprofil ist leicht verschoben. Da nun die Spannungen in dem Glas in einer direkten Beziehung zu der die Spannungen erzeugenden Temperatur stehen, läuft der Bruch in Richtung auf die heißere Seite und so wird ein Bananenrand gebildet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einem Glasstück entlang einer vorgesehenen Schnittlinie P die Ausbildung eines symmetrischen Temperaturprofils erreicht werden, und zwar dadurch, daß man neben der vorgesehenen Schnittlinie einen Wärmeenergiespender anbringt, aus welchem nach dem Einschalten Strahlen in der Nähe der vorgesehenen Schnittlinie auf das Glas auftreffen, wobei das sich gegebenenfalls zunächst in diesem ent wickelnde, mit Bezug auf die vorgesehene Schnittlinie asymmetrische Temperaturprofil durch Änderung entweder der Richtung oder der Intensität mindestens eines Teils der Strahlung so ausgeglichen wird, daß das Profil symmetrisch wird.

Ganz allgemein kann gesagt werden, daß das Glas

" erfindungsgemäß durch eine Strahlungsquelle entlang einer vorgesehenen Schnittlinie erhitzt wird, während mindestens ein Teil der Strahlung so verändert wird,daß das in dem Glas entstehende Temperaturprofil symmetrisch ist. Man kann auf diese V/eise entweder so lange v/eitererhitzen bis im Glas eine Zugspannung von etwa 725 g/mm entstanden ist oder man kann ein Biegemoment an der vorgesehenen

Schnittlinie anlegen, bevor die Zugspannungen 725 g/mm erreichen. Die erste Methode kann als Wärme-plus-Wärme-Verfahren (Wärmeschneiden) und die zweite Methode kann

209812/0932

als Wärme-plus-Biegen-Verfahren (Markierung durch Wärme mit mechanischem Abbrechen) bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß soll eine Modifizierung des Temperaturprofils bei nicht-halbierenden Schneiden von Glas durch Wärme erreicht werden, sodaß das Temperaturprofil an der Linie der Wärmeeinwirkung symmetrisch ist und der nichthalbierende Schnitt der vorgesehenen Linie folgte

Im vorliegenden Zusammenhang stellt der Ausdruck "Trennen durch Wärme" einen übergeordneten Begriff dar und umfaßt sowohl Wärmeschneiden (Erhöhung der Zug spannungen auf über 725 g/mm ) als auch Markieren durch Wärme mit mechanischem Abbrechen. Die Ausdrücke- "Wärmemarkierung" und "Markieren durch Wärme" bedeuten im vorliegenden Zusammenhang nicht einen Eitz oder eine Vertiefung in der Glasoberfläche, sondern einen durch Wärme hervorgerufenen Zustand, bei dem Spannungen innerhalb eines lokalisierten und im wesentlichen linearen Bereichs des Glases hervorgerufen werden.

Es wurde gefunden, daß bei Verwendung von. Mitteln, die imstande sind, ein symmetrisches Temperaturprofil entlang einer vorgesehenen, nicht-halbierenden Schnittlinie zu erzeugen, ein gerader Schnitt (d.h. ein der vorgesehenen Linie, gewöhnlich einer Geraden, folgender Schnitt) entsteht. Damit ein Verfahren zur Steuerung der Schnittrichtung erfolgreich ist, muß es der physikalischen Bedingung der Temperatursymmetrie an der vorgesehenen Schnittlinie entsprechen₀

209812/0932

Erfindungsgemäß soll weiterhin die Intensität der Erwärmung auf der Abfallseite des Glases begrenzt werden. Ein bevorzugtes Mittel zur Erreichung dieses Ziels ist eine Abschirmung, die zwischen einem stabförmigem In fraroterhitzer und der Abfallseite des Glases angeordnet ist. Die Höhe der Kante der Abschirmung an der Schnitt linie auf dem Glas steuert den Grad der Erhitzung auf der Abfallseite des Glases. Auf diese Weise läßt sich der fc Bruch durch die Ausbildung eines symmetrischen Temperaturprofils an der vorgesehenen, nicht-halbierenden Schnittlinie tatsächlich steuern.

Die Form der Abschirmung wird erfindungsgemäß über die ganze Länge derselben so modifiziert, daß alle von den Enden ausgehenden Wirkungen beseitigt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschirmung in Längsrichtung gebogen, damit das Temperaturprofil sym metrisch gehalten wird.

Es gibt vier grundliegende Arten des Schneidens mittels Wärme: statische Selbstentwicklung des Bruchs, dynamische Selbstentwicklung des Bruchs, statische Markierung durch Wärme mit mechanischem Abbrechen und dynamische Markierung durch Wärme mit mechanischem Abbrechen. Bei der statischen Selbstentwicklung des Bruchs wird ein stabförmiger Infraroterhitzer gegebener Länge mit Strahlenbündelung unter, über oder unter und über der vorgesehenen Schnittlinie eines Glasstückes festgelegter Länge angeordnet. Bei der dynamischen Selbstentwicklung des Bruchs wird ebenfalls eine Infrarotquelle unter, über oder unter und über der vorgesehenen Schnittlinie ange-

209812/0 9 32

ordnet, wobei aber eine relative Bewegung zwischen der punktförmigen Quelle und dem Glas stattfindet. Bei der statischen Markierung durch Wärme mit mechanischem Abbrechen wird ein stabförmiger Infraroterhitzer gegebener Länge mit gebündelter Strahlung unter oder über der vorgesehenen Schnittlinie des Glasstückes festgelegter Länge angeordnet» Bei der dynamischen Markierung durch Wärme mit mechanischem Abbrechen wird auch eine Infrarotquelle unter oder über der vorgesehenen Schnittlinie angeordnet; hierbei findet aber wieder eine relative Bewegung zwischen der punktförmigen Infrarotquelle und dem Glas statt. Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung können in Verbindung mit allen vier Methoden des Schneidens mittels Wärme angewendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in Verbindung mit anderen Wärmequellen verwendet werden· Darüberhinaus kann das Verfahren so abgeändert werden, daß anstelle einer Abschirmung auf der Abfallseite eine Kühlung mit Luft oder dergl. vorgesehen wird. Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, das Glas auf der der Abfallseite gegenüberliegenden Seite anstelle oder zusätzlich zu der Kühlung der Abfallseite zu er hitzen. Schließlich ist es auch möglich, den Reflektor bzw. die Abschirmung so zu modifizieren, daß er nicht die gesamte, ihm von der Wärmequelle zugeführte Strahlung reflektiert. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man ein nicht-reflektierendes Material auf Teilen der inneren Oberfläche des Reflektors verwendet oder indem man in dem Reflektor Löcher vorsieht. Auf diese Weise können die Intensität der an verschiedenen Punkten der Glasoberfläche zugeführten Strahlung verändert und dadurch die Temperatur-

209812/0932

verteilung innerhalb der Oberfläche des Glases gesteuert werden.

Die Ergebnisse von Versuchen zeigen, daß bei Anwendung eines gleichbleibenden Niveaus der Energiezufuhr die Schneidezeiten bei statischem Schneiden erhöht und die Schneidgeschwindigkeiten bei dynamischem Schneiden herabgesetzt v/erden müssen, wenn Wärmeabschirmungen verwendet ^ werden. Schneidet man beispielsweise 5 x 61 cm große Abfallstreifen von 19 mm dickem Glas mit Abmessungen von 3516 χ 61 cm unter Verwendung eines 63»5 cm längen stabförmigen Infraroterhitzers ab, so beträgt die Schneidzeit ohne Abschirmung etwa 14 Sekunden, mit Schirm in einem Abstand von 1,6 mm (1/16 Zoll) von der Schnittlinie dagegen etwa 19 Sekunden· Ein klarer Vorteil liegt jedoch darin, daß die etwa 8 mm (5/16 Zoll) breite Biegung des nicht abgeschirmten Schnitts vollkommen beseitigt wird, wenn eine geeignete Abschirmung verwendet wird.

Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung können bei Tafelglas, Plattenglas, Scheibenglas und Glas geringer Dehnung angewendet werden, wobei die erzeugten Schneid kanten in jedem Fall gerade, glatt und fest sind und rechtwinklig zu den Oberflächen des Glases stehen.

Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben zuverlässig geschnittene Glasstücke mit Rändern hoher Qualität, insbesondere hinsichtlich ihrer Festigkeit-. Ihre Anwendung ist ganz allgemein sowohl bei Glas mit einer Dicke von nur 1 mm als auch bei Glasscheiben mit einer Dicke bis herauf zu 51 mm und mehr möglich; sie sind jedoch besonders nützlich beim Schneiden von dickem Flach-

209812/0932

- li -

glas mit einer Dicke von mehr als 6,35 mm.

Beim Zertrennen von Glasscheiben, die mehr als 6,35 mm dick sind, traten bei Verwendung von mechanischen Markierungsvorrichtungen bisher Schwierg&eiten auf, eine geschnittene Kante mit befriedigendem Aussehen, hoher Kantenfes.tigkeit und anderen erwünschten Eigenschaften zu erhalten. Beim Schneiden eines Glasstücks dieser Dicke war es bisher insbesondere schwierig, eine Kante zu erzielen, die für die Weiterverwendung ohne zusätzliche Arbeitsgänge wie Schleifen und Polieren geeignet ist. So liegt bei der Markierung von Hand und mechanischem Abbrechen die Festigkeit der geschnittenen Kante gewöhn-

lieh nicht über etwa 2900 g/mm und häufig beträchtlich darunter; in den meisten Fällen ist es aber erforderlich, daß die geschnittenen Kanten auch ohne Schleifen und Polieren höhere Festigkeitswerte aufweisen. Die bisher bekannte Form des Trennens mittels Wärmeeinwirkung brachte zwar eine Verbesserung in dieser Hinsicht; für nichthalbierende Schnitte war das Verfahren aber nicht brauchbar, weil diese dabei nicht der vorgesehenen Schnitt linie folgen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anwendung einer Wärmebeschirmung beim Trennen durch Wärme zur Erzielung eines symmetrischen Temperaturprofils stellt eine praktische Lösung des Problems dar.

Die Kanten, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen kontaktfreien Wärmetrennverfahrens gebildet werden, haben ein robustes Aussehen und besitzen eine hohe Festigkeit.

Zur Durchführung der Erfindung ist ein ausreichend

209812/0932

starker Wärmeenergiespender geeigneter Konstruktion erforderlich. Zusammen mit diesem Wärmeenergiespender bzw. dieser Wärmequelle verwendet man vorzugsweise einen geeigneten elliptischen Wärmereflektor. In diesem Fall ordnet man die Wärmequelle an einem der Brennpunkte der Ellipse an, während sich die vorgesehene Schnittlinie im anderen Brennpunkt der Ellipse befindet. Wie im Falle des Wärmetrennens ohne Abschirmung erreicht man beim Trennen mittels Wärme unter Verwendung einer Abschirmung Kantenfestigkeiten, die mindestens doppelt so hoch sind wie die Kantenfestigkeiten von Glasstücken, die durch Markierung von Hand und mechanisches Abbrechen zerteilt wurden. Die Erhöhung der Kantenfestigkeit ist nicht nur von akademischem Interesse, weil diese zu dem beobachteten Auftreten von Glasbruch während der nachfolgenden Handhabung der betreffenden randbeschnittenen Glasscheibe in Be Ziehung steht.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun auf die beigefügten schematischen Zeichnungen hingewiesen.

, Fig. 1 ist ein schematischer Aufriß einer Vorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik, die zum Schneiden eines Glasstücks durch Wärme ohne Wärme abschirmung verwendet wird.

Fig. 2 ist ein schematischer Aufriß der Vorrichtung, die zur Durchführung der Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, d.h. der Vorrichtung zum

209812/0932

Schneiden von Glas durch Wärme mit einer Wärmebeschirmung.

Pig. 3 ist eine maßstabsgerechte Draufsicht auf eine Glasscheibe aus der man die Thermoelementanordnung erkennt, die zur Untersuchung der Symmetrie des Temperaturprofils verwendet wird.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte Wärmeabschirmung.

Fig. 3 ist. eine Draufsicht auf eine Glasscheibe, an der man die Kante erkennt, die erhalten wird, wenn die Wärmeabschirmung weggelassen wird.

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf eine Glasscheibe, an der man die Kante erkennt, die erhalten wird, wenn eine Wärmeabschirmung mit gerader Kante verwendet wird.

Fig. 7 ist ein schematischer Aufriss, welcher die Anwendung eines Biegemomentes an der Wärmemarkierung zeigt.

Fig. 8 ist ein schematischer Aufriss des Glases von Fig. I₁ der zur Erläuterung des unsymmetrischen Temperaturprofils dient.

In Fig. 1 ist eine Glasscheibe G in ihrer Stellung für die Trennung durch Wärmeeinwirkung gezeigt. Man erkennt eine Wärmequelle 8, welche vorzugsweise eine

209012/0932

Strahlungsleistung im Wellenlängenbereich zwischen 8500 und 115SÄ0 Angström aufweist; die Wärmequelle muß imstande sein, auf den Punkt oder Ort 10 eine solche elektromagnetische Wärmestrahlung zu richten, daß die erzeugte Wärme im Innern des Glases eine Zugspannung erzeugt. Bei der Wärmequelle 8 kann es sich um eine punktförmige oder um eine stabförmige Vorrichtung handeln. Wenn selbst- entstehende Schnitte (durch Hitze allein erzeugte Schnitte) erwünscht sind, ist es erforderlich, daß eine Zugspannung

2
von mindestens 725 g/mm erzeugt wird. Soll lediglich eine Markierung durch Wärmeeinwirkung erreicht werden, so brauchen Spannungen nicht so hoch sein. Man erkennt weiterhin eine Haube 12, die in ihrem Inneren eine hochpolierte und reflektierende, elliptisch geformte Oberfläche 14 enthält. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Oberfläche so gestaltet, daß der größte Teil der aus der Strahlungsquelle 8 austretenden Strahlung, wie durch die Linien 16 und 18 angegeben ist, reflektiert und auf den Brenn punkt 10 gebündelt wird. Um dies zu erreichen, ist es auch erforderlich, daß die Wärmequelle 8 in einem Brennpunkt der Ellipse angeordnet ist, die durch Vervollständigung der Oberfläche 14 gebildet wird, wobei der Fokusort 10 den anderen Brennpunkt der Ellipse bildet. Für den Fall, daß die Wärmequelle 8 nur eine punktförraige Quelle darstelltj bildet die Oberfläche 14 ein Frustrum eines Ellipsoids entsprechender Gestalt. Falls die Wärmequelle 8 aus einem Stab besteht, ist die Form der Oberfläche 14 so beschaffen, daß entlang des Stabes bei jeder der rechtwinklig durch den Stab gehenden Ebenen der Schnitt dieser Ebene mit der Oberfläche 14 so beschaffen

209812/0932

ist, daß eine Ellipse definiert wird, deren einer Brennpunkt bei 8 und deren anderer Brennpunkt bei 10 liegt, wobei der Brennpunkt bei 10 in der Oberfläche der zu schneidenden Glasscheibe G liegt. Ein Teil der aus der Strahlungsquelle 8 ausgesandten Strahlung geht, wie die Linien 20 und 22 zeigen, direkt zur Oberfläche 23 des Glases G.

Die (reflektierte oder direkte) Strahlung, die aus der Strahlungsquelle 8 austritt, tritt in das Glas G ein und wird innerhalb des Glases G reflektiert, wie durch 16', 18', 20¹ und 22' in Fig. 1 gezeigt ist. Jegliche Strahlung, die in das Glas eintritt und sich nach rechts bewegt, gelangt nicht unmittelbar an eine Kante (wie 2Zf) und wird frei nach rechts reflektiert, wie durch 16' und 22' dargestellt ist. Jede Strahlung, die in das·Glas G nach links in Fig. 1 (nach der Abfallseite) eintritt, wird reflektiert, wie bei 18' und 20' dargestellt ist. Strahlung·, die sich nach links (der Abfallseite) bewegt, wird unmittelbar (infolge der Anwesenheit der Abfall kante 24) einer größeren Oberfläche ausgesetzt und wird daher öfter reflektiert als die sich nach der rechten Seite bewegende Strahlung, da die nach rechts gehende Strahlung eine größere Strecke zu durchlaufen hat, bevor sie an eine (nicht gezeigte) Kante gelangt« Da die Strahlung auf der Abfallseite stärker eingegrenzt ist (d.h. der Abfallteil die Strahlung intern einfängt, weil innere Reflektioneil an der Randfläche Zl\ zusätzlich zu denen an den Oberflächen 23 und 25 erfolgen) als die Strahlung auf der anderen Seite, wird die Abfallseite heißer als die andere Seite und verursacht die Entstehung eines "Bananenrandes ".

20981 2/0932

In Fig. 8 ist schematisch dargestellt, wie unterschiedlich die V/ärraeintensität innerhalb der Glasstärke ist. Zur Darstellung der Temperatur wurden Punkte ver wendet; die Bereiche, in denen die Punkte dichter sind, sind solche, in denen die Wärme intensiver ist. Man erkennt auch hierbei, daß die Abfallseite heißer ist als die andere Seite.

^ In Fig. 3 ist schematisch eine Tafelglasscheibe

mit den Abmessungen 61 χ 61 χ 1,9 cm dargestellt, die mit 7 Thermoelementen T-, - Tr₇ (im Abstand von G,35 mm voneinander) entlang der Mittellinie der Platte und 7 Thermoelementen Tn - T-,, (mit dem gleichen Abstand voneinander) 38 mm von der unteren Kante entfernt versehen ist. Die Anordnung der Thermoelemente ist maßstabsgerecht dargestellt. Die Versuche wurden unter Verwendung eines 63,5 cm langen stabförmigen Erhitzers und bei 17 . Sekunden dauerndem Erhitzen der Scheibe entlang der durch die Thermoelemente T, und T-,-, gehenden Mittellinie C durchgeführt. Nachdem die Markierung durch Wärmeeinwirkung für den halbierenden Schnitt beendet war, wurde

ψ ein 25,4 cm breites Stück von der rechten Seite der Versuchsscheibe entlang der gestrichelten Linie X abgetrennt; danach waren in der Anordnung die Bedingungen eines nicht-halbierenden Schnittes gegeben, bei welchem ein 50,8 mm breiter Band nach Markierung durch Wärme an der Mittellinie abgetrennt wurde, wobei die gleichen Thermoelemente als Temperaturfühler dienten wie bei der halbierenden Markierung. Die Temperaturen wurden zu verschiedenen Zeiten nach Beendigung des Erhitzens notiert.

209812/0932

Unter Verwendung der bei der halbierenden Markierung erhaltenen Werte als Bezugsgrößen wurden die folgenden V/erte für die nicht-halbierende Markierung aufgezeichnet: T, erhöhte sich um etwa 6,67°C; Τ_ς minus T-, er-

o ο

gab etwa kykk Cj Tg minus Tp ergab,etwa 1,67 C und T₇

minus T^ ergab etwa 1,67⁰C₀ Dies zeigt, um wieviel die Abfallseite bei nichthalbierenden Markierungen durch Wärme heißer ist als die andere Seite« Bei Versuchen mit den Thermoelementen T₀ bis T-,, an der unteren Kante

ο Iq-

des Glases fand man, daß das Temperaturprofil selbst nach der Entfernung des 2.5,k mm breiten Streifens sym metrisch blieb. Dies ist der Fall, weil die Thermoelemente nur 38 mm von der unteren Kante entfernt waren und sämtlich den gleichen Einwirkungen seitens der unteren Kante ausgesetzt waren.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, die mit der Vorrichtung von Fig. 1 bis auf die Tatsache übereinstimmt, daß eine Wärmeabschirmung 26 vorgesehen ist, die den Weg eines Teils der Strahlung aus der Quelle 8 verändert und damit verhindert, daß dieser Teil der Strahlung sich in die Abfallseite des Glases bewegt. Hierdurch wird die Abfallseite etwas kühler gehalten und es wird ein Temperaturprofil erzielt, das um die vorgesehene Schnittlinie symmetrisch ist«, Es ist zu beachten, daß die reflektierte Strahlung innerhalb des^Glases wie bei I6A¹, 18A· und 22A¹ gezeigt-ist, der reflektierten Strahlung in Fig. 1 bei 16·, I8¹, 20' und 22« ähnlich ist. Der Unterschied liegt darin, daß die Abschirmung 26 in Fig. 2 einen Teil der Strahlung, wie bei 2OA gezeigt ist, daran hindert, das Glas zu erreichen. Durch Regulierung

209812/0 932

der Stellung und der Abmessungen der Abschirmung 26 ist es möglich, das Ausmaß der Temperaturherabsetzung auf der Abfallseite zu regulieren.

Die Abschirmung 26 kann aus jedem Material gefertigt sein, das für Infrarotstrahlung undurchlässig ist« Bevorzugte Materialien sind u.a. Aluminium und nichtrostender Stahl, und zwar entv/eder als solche oder mit einem als Hochtemperaturisolator dienenden Überzug aus ™ z.Bo einem Aluminiumsilikatiasermaterial. Typische Aluminiumsilikatfasern sind das von der Carborumdum Com pany hergestellte Produkt "Fiberfrax" oder das von der Babcock & V/ilcox Company hergestellte Produkt "Kaovraol".

Damit der Schnitt gerade wird, muß die Abschirmung mit Sorgfalt angeordnet werden. Die Stellung und die Form der Abschirmung 26 müssen genau auf die Breite des Abfallstücks, die Dicke der Glasscheibe, die Länge der vorgesehenen Schnittlinie und die Leistung der Quelle 8 abgestimmt werden.

Das folgende Beispiel erläutert die Auswirkung der F Veränderung der Breite des Abfallstreifens: Wenn man ein 15,2 χ 86,4 cm messendes Randstück von einer 6,35 mm dicken Tafelglasscheibe mit den Abmessungen 86,4 x 81,3 cm unter Verwendung eines 127,0 cm langen stabförmigen Erhitzers und einer Wärmeabschirmung aus einem 3,20 mm dicken Aluminiumstab abtrennt, wird die Wärmeabschirmung zur Vermeidung eines "Bananenrandes¹¹ 3,2 mm (1/8 Zoll) von der vorgesehenen Schnittlinie entfernt angeordnet. Wenn die Abmessungen des Abfallstreifens auf 5,1 χ 86,4 cm verkleinert werden, muß die Wärmeabschirmung 1,6 mrn

209812/0932

(1/16 Zoll) in Richtung auf die vorgesehene Schnittlinie bewegt werden. Dies ist logisch, wenn man bedenkt, daß bei der Abtrennung des schmaleren Abfallstreifens der Rand Zk sich näher am Brennpunkt 10 befindet und daher äin größeres Ungleichgewicht des Temperaturprofils entsteht, das eine stärkere Abschirmung erfordert.

Die richtige Stellung des Wärmeschirmes hängt auch von der Dicke des zu schneidenden Glases ab. Bei der Bearbeitung von Glasscheiben unterschiedlicher Dicke wird der Wärmeschirm vorzugsweise dichter an die vorgesehene Schnittlinie herangebracht, wenn die Glasdicke zunimmt. Dies ist erforderlich, weil die innere Absorption mit der Glasdicke zunimmt. Normalerweise gehen bei 6,35 mm Dickem Glas 80 % der Strahlung durch das Glas hindurch, 10 % werden an der Oberfläche absorbiert und 10 % werden im Innern des Glases absorbiert. Bei dickerem Glas ändern sich die Zahlen, und ein Teil der 80 % der Strahlung, die durch ein 6,35 mm dickes Glas hindurchgehen, wird absorbiert.

Veränderungen der Länge des Abfallstücks haben keine Auswirkung auf die bevorzugte Stellung der Ab schirmung 26 zu der vorgesehenen Schnittlinie, sie können jedoch die Wahl des Wärmeschirmes beeinflussen. Fig. if zeigt einen Wärmeschirm 26. Die Kante 28 ist die der vorgesehenen Schnittlinie benachbarte Kante. Es ist zu beachten, daß die Kante 26 nicht gerade ist, sondern im mittleren Abschnitt 27 einen Bogen mit großem Durchmesser bildet, der in den etwa 5 bis 7»6 cm breiten Endabschnitten 29 in starken Krümmungen ausläuft. Die Ab-

2098 1 2/0932

schirmung ist vorzugsweise so gestaltet, daß die Kante 28 an ihren Enden von der vorgesehenen Schnittlinie doppelt so weit entfernt ist wie an ihrer Mittellinie.

Fig. 5 ist eine Darstellung einer Glasscheibe G, wobei die gestrichelte Linie 30 die vorgesehene Schnittlinie angibt. Wenn Verfahren zum Trennen mittels Wärme ohne eine Wärmeabschirmung angewendet werden, folgt die entstehende Kante nicht der vorgesehenen Schnittlinie 30, sondern folgt einer Linie wie dem bei 32 dargestellten "Bananenrand". Die Enden 34 und 36 des "Bananenrandes" 32. fallen mit der vorgesehenen Schnittlinie 30 zusammen. Dies beruht auf der Wirkung der Kanten 38 und 4O. Es ist die Kante 24, die das nicht-symmetrische Temperaturprofil verursacht, welches seinerseits den "Bananenrand" 32 verursacht. An den Enden 30 und 40 in Fig. 5 wird das Temperaturprofil an der Schnittlinie wegen der Anwesenheit dieser Kanten symmetrisch und der Schnitt folgt daher der vorgesehenen Linie«

Wenn die Kante 28 der Wärmeabschirmung 26 in Fig. 4 gerade wäre und nicht gekrümmt, wie gezeigt ist, dann würde sich eine Kante ergeben, wie sie in Fig. 6 erläutert istο In Fig. 6.ist ein Abfallstreifen 42 mit einer Kante 44 gezeigt, der erhalten wird, wenn eine Wärmeabschirmung mit gerader Kante anstelle einer gekrümmten Kante 28, wie in Fig. 4 verwendet wird. Dies wird durch die Tatsache verursacht, daß die Wärmeabschirmung die Auswirkung der Kante 4 beseitigt oder ausgleicht; nun bewegen sich die Enden 46 und 48 der Kante 44 in Fig. 6 infolge des Einflusses der Kanten 38 und 40 von der Kante 24 weg. Dadurch^ daß man die Kante 28, wie in Fig. 4

209812/0932

gezeigt ist, gekrümmt gestaltet, kann man eine Schnittkante erzielen, die gerade ist und der vorgesehenen Schnittlinie folgt.

Es ist auch wichtig, am Rand der Glasoberfläche entlang der vorgesehenen Schnittlinie eine Randkerbe anzubringen«, Im Falle des Schneidens durch Wärmeeinwirkung, d.h. durch Wärmeeinwirkung allein, sollte die Randkerbe angebracht werden, bevor die Wärme zugeführt wird. Im Falle des Markierens durch Wärme und des mechanischen Abbrechens kann die Eandkerbe entweder vor oder unmittelbar nach der Bildung der Wärmemarkierung auf der Glasoberfläche angebracht werden. In Fig. 7 ist gezeigt, wie ein Biegemoment bei der Glasscheibe G an der Wärme markierung oder Linie der Erhitzung zur Anwendung kommt, nachdem eine 6,35 mm lange Randkerbe angebracht worden ist. Für selbstentstehende Schnitte ist das Biegemoment nicht erforderlich. In Fig. 7 sind schematisch Brech rollen 50 angedeutetj es kann jedoch jede übliche Brechvorrichtung verwendet werden.

Zur Erzielung einer Kante hoher Qualität muß das Biegemoment an der Wärmemarkierung wirksam werden, die durch die Randkerbe gehen muß» Falls die Randkerbang fortgelassen wird, oder falls das Biegemoment nicht an der Wärmemarkierung wirksam wird (bei dem Verfahren der Wärmemarkierung mit mechanischem Brechen) können die entstandenen Kanten Fehler aufweisen wie mangelnde Glätte, nicht ausreichende Kantenfestigkeit, mangelnde Gradlinigkeit und mang&lnde Rechtwinkligkeit zu den Glasoberflächen«

Claims

Patentansprüche;

Verfahren zum Zertrennen von Glasscheiben entlang einer vorgesehenen Schnittlinie, dadurch gekenn zeichnet , daß man nahe bei der vorgesehenen Schnittlinie einen Wärmeenergiespender anordnet, aus welchem nach dem Einschalten Strahlen in der Nähe der vorgesehenen Schnittlinie auf der Glasscheibe auftreffen, wobei man das sich zunächst in dieser entwickelnde, mit Bezug auf die vorgesehene Schnittlinie asymmetrische Temperaturprofil durch Änderung mindestens eines Teiles der Strahlung so ausgleicht, daß das Profil symmetrisch wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Glas in der Nähe der vorgesehenen Schnittlinie bis zur Entwicklung einer Zugspannung von min destens etwa 70 kg/cm bestrahlt, so daß das Zertrennen durch Selbstentwicklung des Bruchs auf der vorgesehenen Schnittlinie erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung dureh Anordnung einer Wärmeabschirmung verändert wird.

Zf. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabschirmung zwischen der Wärmequelle und dem Glas angeordnet wird.

209812/0932

5. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Zertrennen durch Anwendung eines Biege momentes an der vorgesehenen Schnittlinie bewirkt wird«,

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1-5 unter Ausbildung eines symmetrischen Temperaturprofils in einer Glasscheibe entlang einer vorgesehenen Schnittlinie, gekennzeichnet durch einen Wärmeenergiespender (8) und eine Hilfsvorrichtung (26), mit welcher das Temperaturprofil symmetrisch gestaltet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeenergiespende.r (8) aus einer eine Wärmestrahlung abgebenden Wärmequelle besteht und daß zur Bündelung der Strahlung auf die vorgesehene Schnittlinie (10) ein elliptischer Reflektor (12) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung (26) aus einer Wärmeabschirmung besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die V/ärme ab schirmung (26) einen gekrümmten Rand (28) gegen die vorgesehene Schnittlinie auf weist.

10« Vorrichtung nach Anspruch 8-9» dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabschirmung (26) aus Aluminium gefertigt ist«

209812/0932

11. Vorrichtung nach Anspruch 8-9> dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabschirmung (26) aus nichtrostendem Stahl gefertigt ist.

12» Vorrichtung nach Anspruch 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß auch eine Hilfsvorrichtung (50) zur
Anwendung eines Biegemomentes an der vorgesehenen Schnittlinie vorgesehen ist.

Für: PPG Industries Ine,

Rechtsanwalt

209812/093?