DE3131485A1

DE3131485A1 - Method (II) of parting solid articles of brittle material, such as for example glass

Info

Publication number: DE3131485A1
Application number: DE19813131485
Authority: DE
Inventors: Johannes 7805 Bötzingen Brormann; Walter Dr.-Ing. 7801 Reute Döll; Dieter Dipl.-Phys. 7800 Freiburg Stahn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1981-08-08
Filing date: 1981-08-08
Publication date: 1983-02-24

Abstract

The invention relates to a method of parting solid articles of brittle material, for example glass. The article is first of all scored with a glass cutter at the location where it is to be parted, which lies unsymmetrically, and is then parted by thermal stresses along the notch line. In order that the thermal stresses are generated approximately symmetrically with respect to the parting plane, various measures known per se are proposed.

Description

Verfahren (11) zum Trennen von massiven Gegenständen aus Method (11) for separating solid objects

sprödbrechendem Material, wie z.B. Glas Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von massiven Gegenständen aus sprödbrechendem Material, wie z.B. Glas, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der DE-PS 28 13 304 bekannt ist. brittle material such as glass Process for separating solid objects made of brittle-breaking material, such as e.g. glass, according to the preamble of claim 1, as found in DE-PS 28 13 304 is known.

In der DE-PS 28 13 304 über das zerteilen von quaderförmigen Blöcken aus Glas" wird ein Verfahren angegeben, das den zu zerteilenden Glasblock mit Hilfe von thermisch induzierten Spannungen parallel zu einem Paar von Grundflächen halbiert.In DE-PS 28 13 304 about dividing cuboid blocks made of glass "a method is specified that the glass block to be cut with the help halved by thermally induced stresses parallel to a pair of base surfaces.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, massive Gegenstände aus sprödbrechendem Material, wie z.B. Glas, die senkrecht zu einer Richtung (Achse) annähernd gleiche Querschnitte haben, mit Hilfe von thermisch induzierten Spannungen entlang einer solchen Querschnittsfläche so zu zerteilen, daß zwei ungleich lange Teilstücke (mit ebenen Trennflächen) entstehen.The present invention is based on the object of solid objects made of brittle material, such as glass, which is perpendicular to a direction (axis) have approximately the same cross-sections, with the help of thermally induced stresses to be divided along such a cross-sectional area so that two are of unequal length Sections (with flat parting surfaces) are created.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Damit wird ermöglicht, daß das Werkstück, wie der zu trennende massive Gegenstand mit den angegebenen Eigenschaften im folgenden kurz genannt werden soll, entlang einer asymmetrisch gelegenen Trennebene senkrecht zur Achse zerteilt werden kann.According to the invention, this object is achieved by a method according to the characteristics of claim 1 solved further advantageous embodiments of the method are specified in the subclaims. This enables the workpiece, like the solid object to be separated with the specified properties below should be mentioned briefly, perpendicularly along an asymmetrically located parting plane can be divided to the axis.

In Obereinstimmung mit der aligemeinen Ansicht und bisherigen Erfahrung war auch die Anmelderin selbst (siehe DE-PS 29 06 881 und DE-OS 30 03 383) bisher davon ausgegangen, daß die Erzeugung annähernd ebener Trennflächen mit Hilfe von thermisch induzierten Spannungen nur möglich wäre, wenn einzeln auszuführende Trennschnitte vorgesehen sind, die die geometrische Bedingung erfüllen, daß sie in der Spiegelsymmetrieebene der zu zerteilenden Gegenstände liegen. Es hat sich jetzt jedoch in Versuchen überraschenderweise herausgestellt, daß man sich bei Vorgabe geeigneter technischer Maßnahmen von solchen Einschränkungen befreien kann.In accordance with the general opinion and previous experience was also the applicant herself (see DE-PS 29 06 881 and DE-OS 30 03 383) so far assumed that the creation of approximately flat interfaces with the help of thermally induced stresses would only be possible if severing cuts were to be carried out individually are provided that meet the geometric condition that they are in the mirror plane of symmetry of the objects to be cut. However, it has now surprisingly been tried out It was found that if suitable technical measures are specified, they can be different from those Can free you from restrictions.

Das Verfahren sieht als ersten Schritt die an sich bekannte Erzeugung einer Schwachstelle vor, an der später der Trennvorgang eingeleitet wird. Im vorliegenden Fall soll hierfur die von der vorgesehenen Trennebene und der Oberfläche des Werkstücks gebildete Schnittlinie möglichst in vollertänge angeritzt werden, da eine umlaufende Kerblinie beim anschließenden Spalten zugleich eine gewisse Führung ausübt. Die perspektivische Darstellung in Fig. 1 zeigt ein Werkstück (1) mit einer solchen, in der vorgesehenen Trennebene (2) des Werkstücks verlaufenden geschlossenen Kerblinie (3).The first step in the process is the production, which is known per se a weak point at which the separation process is initiated later. In the present The case should be that of the intended parting plane and the surface of the workpiece formed cutting line should be scored in full length if possible, as a circumferential Score line at the same time exerts a certain guidance during the subsequent splitting. the perspective illustration in Fig. 1 shows a workpiece (1) with such, closed notch line running in the intended parting plane (2) of the workpiece (3).

Um das Werkstück (1) entlang der vorgesehenen Trennebene (2) zu zerteilen, muß die Verteilung der das Material trennenden Spannungen annähernd symmetrisch zu dieser Ebene sein. Dies wird durch Aufbringen von geeigneten Temperaturänderungen erreicht. Die nötigen geeigneten Temperaturänderungen werden nach den Kennzeichen der vorliegenden Erfindung am Werkstück erzeugt, indem dieses entweder auf seiner gesamten Oberfläche ungleichmäßig oder nur in Teilbereichen seiner Oberfläche, und zwar dann - je nach Lage dieser Teilbereiche in Bezug auf die vorgesehene Trennebene - gleichmäßig oder ungleichmäßig thermisch beaufschlagt wird. (Wenn die vorgesehene Trennebene nahe bei der Spiegelsymnetrieebene des Werkstücks liegt, kann unter speziellen geometrischen Bedingungen auch eine gleichmäßige thermische Beaufschlagung des Werkstücks hinreichend ebene Trennflächen ergeben.) Um das mit einer umlaufenden Kerb-linie (3) in asymmetrischer Lage versehene Werkstück (1) mit Hilfe von thermisch induzierten Spannungen entlang der vorgesehenen Trennebene (2) zu zerteilten, wird das Werkstück zunächst im zweiten Verfahrensschritt (= erster thermischer Verfahrensschritt) in an sich bekannter Weise gekühlt. Dies bewirkt eine Kontraktion seiner gekühlten, oberflächennahen Bereiche, die jedoch durch den noch warmen Innenbereich behindert wird. Dadurch geraten das gekühlte Außere des Werkstücks bis in eine gewisse Tiefe unter Zug, das Innere hingegen unter Druck. Erfolgt die Kühlung mit geeignet bemessener Intensität und zeitlicher Dauer, so wird das Werkstück entlang der vorgesehenen Trennebene bis auf eine Restfläche getrennt. Dies vollzieht sich in solcher Weise, daß ein Riß von der Kerblinie auf der Oberfläche ausgeht und sich - vereinfacht ausgedrückt - über diejenigen Bereiche der vorgesehenen Trennfläche ausdehnt, in denen sich senkrecht zum Riß Zugspannungen ausbilden. Daß das Werkstück dabei in der vorgesehenen Trennfläche zunächst nicht vollständig getrennt wird, ist grundsätzlich bedingt und geht darauf zurück, daß in der Restfläche gemäß dem Prinzip des Kräfteglelchgewichts während der Kühlung Druckspannungen vorliegen.To cut the workpiece (1) along the intended parting line (2), the distribution of the stresses separating the material must be approximately symmetrical to be at that level. This is done by applying suitable temperature changes achieved. The necessary suitable temperature changes are according to the characteristics of the present invention generated on the workpiece by this either on his entire surface unevenly or only in parts of its surface, and then - depending on the position of these sub-areas in relation to the intended parting plane - Evenly or unevenly thermally applied will. (If the intended parting plane is close to the mirror symmetry plane of the workpiece, can, under special geometric conditions, also have a uniform thermal Application of the workpiece result in sufficiently flat separating surfaces.) workpiece (1) provided with a circumferential notch line (3) in an asymmetrical position with the help of thermally induced stresses along the intended parting plane (2) to be divided, the workpiece is first in the second process step (= first thermal process step) cooled in a manner known per se. this causes a contraction of its cooled, superficial areas, which, however, is caused by the warm interior is obstructed. As a result, the cooled exterior of the Workpiece to a certain depth under tension, the inside, however, under pressure. If the cooling takes place with a suitably measured intensity and duration, so the workpiece is cut along the intended parting line to a residual area. This is done in such a way that a crack from the score line is on the surface goes out and - to put it simply - beyond those areas of the intended Separation area expands, in which tensile stresses are formed perpendicular to the crack. That the workpiece is initially not completely separated in the intended separation surface is, is basically conditional and goes back to the fact that in the remaining area according to Due to the principle of the balance of forces, there are compressive stresses during cooling.

Um das Werkstück nun längs dieser Restfläche in der vorgesehenen Trennebene zu zerteilen, müssen in der Restfläche an Stelle von Druckspannungen zu der Fläche senkrechte Zugspannungen erzeugt werden. Das vorliegende Verfahren sieht hierfür als dritten Verfahrensschritt (= zweiter thermischer Verfahrensschritt) vor, daß das Werkstück im Anschluß an den Kühl vorgang in an sich bekannter Weise über seine Oberfläche erwärmt wird. Die Umkehr der Richtung der Temperaturgra dienten bewirkt ein Vertauschen der bisherigen Lage von Zug- und Druckspannungsbereichen im Werkstück. Auf Grund der nun an der bisher unzertrennten Restfläche angreifenden Zugspannungen setzt sich die Rißausbreitung bei geeignet gewählter Temperaturerhöhung anforderungsgemäß, d.h. entlang der vorgesehenen Trennebene, bis zur vollständigen Spaltung des Werkstücks in die vorgesehenen ungleich langen Teilstücke fort.Around the workpiece now along this remaining surface in the intended parting plane To divide up must be in the remaining area instead of compressive stresses to the area perpendicular tensile stresses are generated. The present procedure provides for this as a third process step (= second thermal process step) before, that the workpiece in connection with the cooling process in a known manner its surface is heated. The reversal of the direction of the temperature gradients served causes the previous position of tensile and compressive stress areas to be interchanged in the workpiece. Due to the now attacking the previously undivided remaining area The crack propagation sets in tensile stresses with a suitably selected temperature increase as required, i.e. along the intended parting line, up to the complete Splitting of the workpiece into the intended sections of unequal length.

Um mögliche Störungen infolge der besonderen Randbedingungen an den Enden des zu zerteilenden Werkstücks gering zu halten (die sonst zu Verwölbungen auf der Trennfläche fuhren könnten), hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Endfläche (4) am kürzeren gewünschten Teilstück (la) - je nach Versuchsführung -ganz, teilweise oder in einem über die Endfläche (4) hinausgehenden Teil wärmeisoliert ist.To avoid possible disruptions due to the special boundary conditions at the To keep the ends of the workpiece to be cut small (which would otherwise lead to warping could lead to the interface), has proven to be advantageous if the end surface (4) on the desired shorter section (la) - depending on how the experiment was carried out -wholly, partially or in a part that goes beyond the end face (4), thermally insulated is.

Daneben kann es für die technische Durchfuhrung des Verfahrens günstig sein, wenn die Ausgangstemperatur des zu zerteilenden Werkstücks höher als die Raumtemperatur ist. Eine höhere Ausgangstemperatur läßt sich durch Erwärmen erreichen oder liegt schon, z.B. bedingt durch die Herstellung des Werkstücks, von vornherein vor. Mindestens im zweiten Fall muß dann der Verfahrensschritt des Aufbringens einer Kerblinie auf der Oberfläche des Werkstücks bei der höheren Temperatur ausgeführt werden.In addition, it can be favorable for the technical implementation of the process when the starting temperature of the workpiece to be cut is higher than room temperature is. A higher starting temperature can be reached by heating or is already, e.g. due to the manufacture of the workpiece, in advance. At least in the second case, the process step of applying a score line must then be applied the surface of the workpiece can be carried out at the higher temperature.

Vorteile der Erfindung sind vor allem die Einfachheit des Verfahrens und seiner Anwendung, der geringe Aufwand an technischen Mitteln und die relativ kurze Dauer des Bearbeitungsprozesses. Das Verfahren liefert ebene, glatte Trennflächen, so daß in vielen Fällen eine nur geringe Nachbearbeitung erforderlich ist. Werkzeugverschleiß wird weitgehend vermieden. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bietet einen sauberen Arbeitsplatz mit geringer Umweltbelastung, da Glasstaub, Splitter, Lärm usw. praktisch nicht auftreten.The main advantages of the invention are the simplicity of the process and its application, the low level of technical resources and the relative short duration of the machining process. The process provides flat, smooth interfaces, so that in many cases little post-processing is required. Tool wear will largely avoided. An apparatus for performing the method offers one clean workplace with low environmental pollution, because of glass dust, splinters, noise etc. practically do not occur.

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein zylindrischer Glasstab (Länge 450 mm, Durchmesser 35 mm) im Abstand von 30 mm von einem Stabende ringsum an der Manteilfläche angeritzt und bei senkrecht ausgerichteter Stabachse mit dem näher zur Kerblinie liegenden Stabende 60 mm tief für eine Dauer von etwa 50 s in die Flüssigkeit eines Kühl bades eingetaucht, wobei eine Temperaturdifferenz von 1020 aufgebracht wurde (Raumtemperatur 210C). Alsdann wurde der teilweise gespaltene Glasstab 60 s lang in entsprechender Weise in ein Wasserbad (Temperatur 180C) eingebracht, wonach die Trennung vollendet war.In one embodiment, a cylindrical glass rod (length 450 mm, diameter 35 mm) at a distance of 30 mm from one end of the rod all around the Scored percentage area and with the bar axis aligned vertically with the closer the end of the rod lying to the score line 60 mm deep for a duration of about 50 s into the Liquid immersed in a cooling bath, with a temperature difference of 1020 was applied (room temperature 210C). Then the partially split Glass rod placed in a water bath (temperature 180C) for 60 s in the same way, after which the separation was complete.

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Claims

Claims: method for separating solid objects (1) made of brittle material, such as glass, which is perpendicular to a direction (axis) have approximately the same cross-sections by dividing them along such a cross-sectional area (Parting plane (2)) with the help of thermally induced stresses in two sections, initially a material weakening in the form of a circumferential score line (3) the surface of the object (1) is generated at the intended parting plane (2) and then the object (1) is cooled so that it is thereby produced Thermal stress - starting from the score line (3) - in the intended parting plane (2) is separated except for a residual area, and the object (1) subsequently to the cooling process is heated over its surface, so that it is along the previously unseparated remaining area in the intended parting plane (2) is divided, thereby characterized in that for the separation of the object (1) along the intended separation plane (2) in two sections of unequal length (la, lb) such known measures be made that - despite the asymmetrical position of the intended parting plane (2) - but voltages that are approximately symmetrical to the parting plane (2) are generated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the thermal Loading of the object to be cut (1) is uneven.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Object to be cut (1) only in the area of the intended parting plane (2) thermally is applied.

4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in, that the end face (4) on the shorter desired portion (la) of the to be divided Object (1) is thermally insulated.

5. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that that a portion of the end face (4) on the shorter desired portion (la) of the to be divided object (1) is thermally insulated.

6. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that that a part of the shorter desired section which goes beyond the end face (4) (la) the object to be cut (1) is thermally insulated.

7. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that that the starting temperature of the object to be cut (1) is higher than room temperature is.