DE60102940T2

DE60102940T2 - Verfahren und vorrichtung zum trennen von glasgegenständen

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Publication number: DE60102940T2
Application number: DE60102940T
Authority: DE
Inventors: Georges Cuvelier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: ATE264818T1; EP1335884B1; TR200401483T4; CN1646437A; SK287910B6; EP1335884A1; CN100378018C; US20040016729A1; CZ2003919A3; BE1013787A3; WO2002034682A1; AU2002210285A1; CZ299088B6; US7002101B2; HUP0400514A2; SK4512003A3; PT1335884E; DE60102940D1; KR20030041162A; JP2004511423A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Trennen von Werkstücken aus Glas.
Dieses Verfahren und diese Anlage können sowohl in der Flachglasindustrie als auch in der Hohlglasindustrie verwendet werden, werden jedoch für ihre Anwendung auf Hohlglas ausführlicher beschrieben.
Die Herstellung von Gegenständen aus Hohlglas, wie Trinkgläser, Vasen usw., umfasst im Allgemeinen einen Arbeitsgang, der Entfernung der Kappe bzw. Absprengung genannt wird.
Die Absprengung ist ein Arbeitsgang, bei dem man von dem Glasteil, der das eigentliche endgültige Werkstück aus Glas bildet, eine Glasmasse abtrennt, die nicht das eigentliche endgültige Werkstück aus Glas bildet, sondern sich aus dem Warmformungsprozess ergibt; es handelt sich dabei im Allgemeinen um den Teil, an dem die Glasmasse, die anfangs dazu bestimmt war, das Werkstück aus Glas zu bilden, in den Arbeitsgängen des Pressens oder Blasens gehalten wurde, die ausgeführt wurden, während das Glas sich im breiförmigen Zustand befindet, um ihm die gewünschte Form zu verleihen, die der des Werkstücks aus Glas entspricht. Dieser Teil des Glaswerkstücks, der nicht den eigentlichen endgültigen Artikel bildet, wird im Allgemeinen "Kappe" genannt.
Die Absprengung kann in einem Heißverfahren oder in einem Kaltverfahren durchgeführt werden.
Bei der Heißabsprengung wird das Glas in Nähe des Bereichs, in dem die Absprengung stattfinden soll, auf eine Temperatur gebracht, die über dem Erweichungspunkt liegt und bei der es geschmeidig wird: die Abtrennung findet nun statt, indem die beiden zu trennenden Glasstücke weit genug voneinander entfernt werden; wenn die beiden Glasmassen sich trennen, wirken die Oberflächenspannungen so, dass ein dicker und abgerundeter Rand gebildet wird. Dieses Verfahren ist im Allgemeinen Billigartikeln vorbehalten.
Bei dem Kaltabsprengen wird das Glas in Nähe der Zone, in der das Absprengen stattfinden soll, auf eine Temperatur gebracht, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Heißabsprengung stattfindet. Das Glas bleibt im brüchigen Bereich und diese Wiedererhitzung hat nur die Aufgabe, mechanische Spannungen einzuführen, die, indem sie sich beispielsweise unter der Wirkung des Kontakts mit einem kalten Metallobjekt oder unter der Einwirkung eines Kaltluftstrahls befreien, einen Riss erzeugen, der, indem er sich in dem brüchigen Material fortpflanzt, die Absprengung bewirkt. Im Fall der Kaltabsprengung umfasst das eingesetzte Verfahren häufig einen Anreißschritt, der die Aufgabe hat, an der Oberfläche des Glasartikels durch mechanische Einwirkung eines Werkzeugs, das härter als Glas ist, einen Oberflächenfehler zu erzeugen, den man mit einer Anzeichnung vergleichen kann und der dazu dient, die Fortpflanzung des Risses zu dem Zeitpunkt, zu dem er plötzlich entsteht, zu führen. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist ein dünner, scharfer Rand, der, um die für das fertige Glaswerkstück erforderlichen Eigenschaften zu besitzen, verschiedenen Arbeitsgängen des Polierens mit Hilfe von Schleifwerkzeugen, im Allgemeinen Verkollern oder Planschleifen genannt, des Abfasens, des Feuerpolierens und des Härtens, um ihm eine ausreichende mechanische Festigkeit zu verleihen, unterzogen werden muss. Das Endergebnis ist ein dünner und ausreichend fester Rand. Der Arbeitsgang des Kaltabsprengens ist komplizierter in seiner Ausführung als die Heißabsprengung und ist hochwertigeren Glaswerkstücken vorbehalten.
Der Arbeitsgang des Planschleifens wird insbesondere in der Schrift BE-A-670 504 beschrieben.
Wird der Arbeitsgang der Kaltabsprengung unter den bestmöglichen Bedingungen durchgeführt, so kann man einen Rand erhalten, der so nahe wie möglich an seine endgültige Form herankommt und so wenig wie möglich Fehler aufweist, so dass der Arbeitsgang des Planschleifens leicht durchgeführt werden kann, ohne eine große Materialabnahme zu erfordern.
Die Kaltabsprengung mit Hilfe der herkömmlichen Verfahren liefert bei Glaswerkstücken mit besonderen Formen, wie beispielsweise ausgeweiteten Gläsern oder im Wesentlichen zylindrischen Gläsern, jedoch mit polygonalem Querschnitt, nicht immer gute Ergebnisse oder Ergebnisse, die unzureichend reproduzierbar sind. Die Vorrichtungen, die zur Durchführung des Anreißens mit Hilfe einer Diamantspitze, einer Spitze oder einer Scheibe aus Carbid oder aus Keramikmaterial verwendet werden, müssen eine Vielzahl von Einstellungen erlauben, um sich an die verschiedenen Formen der zu bearbeitenden Gläser anpassen zu können; in allen Fällen erfordern sie eine ständige Wartung und bei jedem Produktionswechsel den Eingriff von Facharbeitern.
Vor einiger Zeit wurden dem Kaltabsprengverfahren verwandte Verfahren vorgeschlagen, bei denen ein oder mehrere Laserstrahlenbündel verwendet werden, um den Werkstoff zu erhitzen und in ihm Fehler zu erzeugen, die dem Gitter des Werkzeugs entsprechen.
Aus der Patentanmeldung WO-A-98/56722 ist ein Glasabsprengverfahren bekannt, das zwei aufeinander folgende Schritte umfasst:

im ersten Schritt setzt man ein rotierendes abzusprengendes Werkstück der Einwirkung eines kontinuierlichen Laserstrahlenbündels oder mehrerer kontinuierlicher Laserstrahlenbündel aus;
im zweiten Schritt setzt man die Zone, die im ersten Schritt der Einwirkung des oder der kontinuierlichen Laserstrahlenbündel ausgesetzt worden war, im Wesentlichen während einer Drehung des abzusprengenden Werkstücks oder während mindestens einer Drehung des abzusprengenden Werkstücks der Einwirkung mindestens eines fokussierten gepulsten Laserstrahlenbündels so aus, dass eine Reihe von voneinander entfernten aufeinander folgenden Punkten gebildet wird, wobei diese Reihe eine im Wesentlichen kontinuierliche Linie bildet, längs welcher im Wesentlichen die Absprengung stattfindet. Das Ergebnis ist ein sehr regelmäßiger, fast ebener abgesprengter Rand, mit Ausnahme von Unregelmäßigkeiten kleiner Amplitude, die durch eine leichte, wenig Kosten verursachende und leicht durchzuführende Planschleifung entfernbar sind. Bei manchen Glaswerkstücken, und zwar insbesondere bei Werkstücken einfacher Form, beispielsweise bei zylindrischen oder im Wesentlichen zylindrischen Werkstücken, und bei Glaswerkstücken mit einer Wanddicke von im Allgemeinen weniger als 2 mm gestattet dieses Verfahren die Herstellung eines abgesprengten Rands, der direkt in einer Feuerpolierstation bearbeitet werden kann, ohne zuvor plangeschliffen werden zu müssen.

Der Hauptnachteil des in der Patentanmeldung WO-A-98/56722 beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass es die Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Laserstrahlenbündeln von verschiedener Natur erfordert: ein kontinuierliches Laserstrahlenbündel und ein gepulstes Laserstrahlenbündel, was die Anlage zur Durchführung des Verfahrens kompliziert macht und ihre Investions- und Betriebskosten erhöht.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, die einerseits die in WO-A-98/56722 beschriebenen Vorteile besitzen und andererseits diese Nachteile beseitigen und außerdem andere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten bieten.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bearbeitung eines Glaswerkstücks zum Zweck des Schneidens dieses Werkstücks längs einer vorbestimmten Schnittlinie auf seiner Oberfläche, wobei dieses Verfahren umfasst:

– mindestens einen Schritt, Anreißschritt genannt, in dem ein durch ein Fokussierungsmittel fokussiertes Laserstrahlenbündel die vorbestimmte Schnittlinie durchläuft, wobei das Bündel im Wesentlichen auf diese vorbestimmte Schnittlinie fokussiert ist, und
– mindestens einen weiteren Schritt, Erhitzungsschritt genannt, in dem ein Laserstrahlenbündel die vorbestimmte Schnittlinie durchläuft, ohne auf diese Linie fokussiert zu sein, wobei der von dem Laserbündel bestrahlte Bereich der Oberfläche die vorbestimmte Schnittlinie übergreift.

In diesem erfindungsgemäßen Verfahren durchläuft das gleiche Laserstrahlenbündel die vorbestimmte Schnittlinie in einem Anreißschritt und in einem Erhitzungsschritt, wobei das Fokussierungsmittel ein verstellbares Fokussierungsmittel ist, das in einem Anreißschritt das Laserstrahlenbündel im Wesentlichen auf die vorbestimmte Schnittlinie fokussiert und das in einem Erhitzungsschritt bewirkt, dass der Brennpunkt dieses Bündels von der vorbestimmten Schnittlinie deutlich entfernt ist.
Es ist zu bemerken, dass, wenn das Laserstrahlenbündel in dem erfindungsgemäßen Verfahren die vorbestimmte Schnittlinie durchläuft, dies eine Relativbewegung zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und dem Laserstrahl impliziert, was durch eine Bewegung des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder durch eine Laserstrahlbewegung erhalten wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren so beschaffen, dass das fokussierte Laserstrahlenbündel in einem Anreißschritt die vorbestimmte Schnittlinie dadurch durchläuft, dass das Werkstück aus Glas so bewegt wird, dass die vorbestimmte Schnittlinie zu jedem Zeitpunkt mit dem Brennpunkt des Laserbündels im Wesentlichen zusammenfällt, und dass das Laserstrahlenbündel in einem Erhitzungsschritt die vorbestimmte Linie dadurch durchläuft, dass das Werkstück aus Glas so bewegt wird, dass der von dem Bündel bestrahlte Oberflächenbereich zu jedem Zeitpunkt die vorbestimmte Schnittlinie übergreift.
Das Mittel zum Fokussieren des Bündels kann insbesondere aus einer Sammellinse bestehen. In diesem Fall kann die Einstellung der Fokussierung des Bündels insbesondere durch eine Bewegung der Linse gemäß der Achse des Bündels stattfinden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Bewegung der Linse gemäß der Achse des Bündels durch die Bewegung der Achse eines linearen Schrittmotors bewirkt und gesteuert.
Das Laserstrahlenbündel, das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks aus Glas gerichtet wird, kann ein gepulstes Laserstrahlenbündel sein.
Wie oben erwähnt wurde, ist das Laserstrahlenbündel in einem Anreißschritt im Wesentlichen auf die vorbestimmte Schnittlinie auf der Oberfläche des Werkstücks fokussiert. Hierzu ist zu bemerken, dass in dem Anreißschritt der Brennpunkt des Bündels, der der Stelle entspricht, an der das Bündel geometrisch am schmalsten ist und an dem die Leistung des Strahls am konzentriertesten ist, auf der Oberfläche des Werkstücks oder nur in einem kleinen Abstand (beispielsweise von einigen Millimetern) vor oder hinter dieser Fläche gelegen ist. Es ist wichtig, dass die bestrahlte Oberfläche an der Stelle des Aufschlags des fokussierten Bündels auf der Oberfläche des Glaswerkstücks sehr klein ist (beispielsweise mit einem Durchmesser von weniger als 500 µm oder sogar weniger als 100 µm).
Das Laserstrahlenbündel, das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks aus Glas gerichtet wird, kann ein gepulstes Laserstrahlenbündel sein.
In diesem Fall erzeugt das gepulste Laserstrahlenbündel auf der Oberfläche des Werkstücks aus Glas eine Folge von Aufschlagzonen, die einen Durchmesser von weniger als 500 µm haben und in einem gegenseitigen Abstand von weniger als 2 mm angeordnet sind.
Der Durchmesser dieser Aufschlagzonen ist beispielsweise kleiner als 100 µm und sogar kleiner als 50 µm.
Diese Aufschlagzonen sind vorzugsweise in einem gegenseitigen Abstand von weniger als 1 mm angeordnet. Dieser Abstand beträgt beispielsweise 100 bis 800 µm.
Die physikalischen Merkmale des gepulsten Laserstrahlenbündels sind vorteilhafterweise so gewählt, dass die Aufschlagzonen der Einwirkung dieses Bündels mit einer Strahlungsdichte ausgesetzt sind, die so hoch ist, dass auf der Oberfläche des Werkstücks aus Glas punktförmige Fehler erscheinen, die im Wesentlichen mit dieser vorbestimmten Schnittlinie zusammenfallen.
Das Wort "punktförmig" kann hier natürlich nicht im streng geometrischen Sinn verstanden werden, vielmehr sind diese punktförmigen Fehler im Allgemeinen kleine Krater, deren Durchmesser im Allgemeinen kleiner als 500 µm oder auch kleiner als 50 µm ist.
Das Laserstrahlenbündel, das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks aus Glas gerichtet wird, kann jedoch auch ein kontinuierliches Laserstrahlenbündel sein. In diesem Fall erzeugt das kontinuierliche Laserstrahlenbündel, das in diesem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks aus Glas gerichtet wird, auf dieser Oberfläche eine kontinuierliche Aufschlaglinie mit einer Breite von weniger als 500 µm. Diese kontinuierliche Linie hat beispielsweise eine Breite von weniger als 100 µm und sogar von weniger als 50 µm.
Die physikalischen Merkmale des kontinuierlichen Laserstrahlenbündels, das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks aus Glas gerichtet wird, sind insbesondere so gewählt, dass die kontinuierliche Aufschlaglinie mit einer Bestrahlungsdichte bestrahlt wird, die so hoch ist, dass auf der Oberfläche des Werkstücks aus Glas ein Riss erscheint, der mit der vorbestimmten Schnittlinie zusammenfällt.
Das Laserstrahlenbündel, das in einem Erhitzungsschritt auf die Oberfläche des Werkstücks aus Glas gerichtet wird, kann ein gepulstes oder kontinuierliches Laserstrahlenbündel sein.
Dieses Bündel erzeugt auf der Oberfläche des Werkstücks aus Glas eine Aufschlaglinie mit einer Breite zwischen 2 mm und 10 mm. Diese Linie hat beispielsweise eine Breite von etwa 3 oder 4 mm.
In einem Erhitzungsschritt sind die physikalischen Merkmale des Laserstrahlenbündels und die Bestrahlungsbedingungen so gewählt, dass der bestrahlte Oberflächenbereich einer solchen Bestrahlungsdichte ausgesetzt ist, dass die Geometrie dieser Oberfläche nicht beeinträchtigt wird, aber dass die Erhitzung der bestrahlten Zone in der Glasmasse dieser Zone mechanische Spannungen erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens einen Anreißschritt und mindestens einen Erhitzungsschritt.
Es können jedoch verschiedene Bearbeitungszyklen angewandt werden.
So kann ein Bearbeitungszyklus insbesondere umfassen:

– einen Anreißschritt, auf den ein Erhitzungsschritt folgt, oder
– nacheinander einen Anreißschritt, einen Erhitzungsschritt und einen Anreißschritt, oder
– einen Erhitzungsschritt, auf den ein Anreißschritt folgt, oder
– nacheinander einen Erhitzungsschritt, einen Anreißschritt und einen Erhitzungsschritt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Trennen von Werkstücken aus Glas, die sowohl hinsichtlich ihrer Zusammensetzung als auch hinsichtlich ihrer Form sehr unterschiedlich sind.
Diese Werkstücke können insbesondere aus "gewöhnlichem" Glas (z.B. Alkali-Kalk-Glas) oder aus Bleiglas (Kristall) hergestellt sein.
Das Werkstück kann ein Werkstück aus Flachglas oder ein Werkstück aus Hohlglas sein.
Im Fall von Hohlglaswerkstücken, wie Trinkgläser (mit oder ohne Fuß), Vasen usw., bildet die vorbestimmte Schnittlinie im Allgemeinen eine geschlossene Kurve.
Diese geschlossene Kurve liegt im Allgemeinen in einer Ebene. In diesem Fall wird das Werkstück aus Hohlglas mindestens in einem Erhitzungsschritt und mindestens in einem Anreißschritt um eine zu dieser Ebene senkrechte Achse in Drehung versetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als sehr vorteilhaft zum Absprengen von Werkstücken aus Hohlglas herausgestellt, und zwar nicht nur bei Werkstücken zylindrischer Form, sondern auch bei Glaswerkstücken mit ausgeweitetem oder einspringendem Profil. Die Dicke des Glaswerkstücks an der Stelle der Absprengung kann gegebenenfalls kleiner als 1 mm sein, wobei diese Dicke jedoch auch wesentlich größer sein kann, beispielsweise bis zu 5 mm oder mehr als 5 mm.
Das Verfahren gestattet die Herstellung eines abgesprengten Rands, der sehr regelmäßig und nahezu eben ist, mit Ausnahme von Unregelmäßigkeiten kleiner Amplitude, die durch ein leichtes Planschleifen entfernt werden können, das wenig kostet und leicht durchzuführen ist; das Verfahren gestattet die Herstellung dieses regelmäßigen Randes auf sehr reproduzierbare Weise. Bei manchen Werkstücken aus Glas, insbesondere bei Werkstücken einfacher Form, beispielsweise bei zylindrischen oder im Wesentlichen zylindrischen Werkstücken, und bei Werkstücken aus Glas, deren Wanddicke im Allgemeinen weniger als 2 mm beträgt, gestattet dieses Verfahren ferner die Herstellung eines abgesprengten Rands, der direkt in einer Feuerpolierstation bearbeitet werden kann, ohne zuvor plangeschliffen werden zu müssen.
Es wurde oben angegeben, dass das Laserstrahlenbündel, das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks aus Glas gerichtet wird, ein kontinuierliches oder gepulstes Laserstrahlenbündel sein kann. Das Laserstrahlenbündel, das in einem Erhitzungsschritt auf diese Oberfläche gerichtet wird, kann ebenfalls ein gepulstes oder kontinuierliches Bündel sein.
Der Bündeltyp, der für die Erhitzung verwendet wird, kann gegebenenfalls von dem Bündeltyp für das Anreißen verschieden sein: beispielsweise ein kontinuierliches Bündel für die Erhitzung und ein gepulstes Bündel für das Anreißen.
Der verwendete Bündeltyp kann jedoch auch für das Erhitzen und für das Anreißen derselbe sein. So konnte man feststellen, dass man bei den meisten Anwendungen sehr gute Ergebnisse erhält, wenn man dasselbe Laserstrahlenbündel, das mit derselben Frequenz gepulst wird, für einen Anreißschritt und für einen Erhitzungsschritt verwendet, wobei nur die Stellung des Brennpunkts des Bündels bei dem Übergang von einem Schritt auf den folgenden geändert wird.
Hier ist natürlich von dem Typ des Laserstrahlenbündels, das auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks aus Glas gerichtet wird, die Rede, und nicht um den Typ der Laserquelle.
Indem man nämlich eine kontinuierliche Laserquelle verwendet, kann man natürlich auf das zu bearbeitende Werkstück ein kontinuierliches Laserbündel richten.
Wenn man eine kontinuierliche Laserquelle verwendet, kann man jedoch auch durch elektronisches Zerhacken ein gepulstes Bündel erhalten, das nun auf das zu behandelnde Werkstück gerichtet werden kann.
Ebenso kann man bei Verwendung einer gepulsten Laserquelle einerseits auf das zu bearbeitende Werkstück ein gepulstes Laserbündel richten.
Man kann dabei jedoch auch ein "pseudokontinuierliches" Laserbündel erhalten, indem man die Pulsfrequenz sowie das Zyklusverhältnis erhöht, das heißt, das Verhältnis zwischen der Dauer der Emission mit hoher Energie während eines Zyklus und der Dauer des Gesamtzyklus. Ein solches "pseudokontinuierliches" Laserbündel, bei dem die Emissionsenergie um ein Energieniveau herum leicht schwankt, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein kontinuierliches Laserbündel zu betrachten.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anlage zur Bearbeitung eines Werkstücks aus Glas zum Zweck des Schneidens dieses Werkstücks längs einer vorbestimmten Schnittlinie auf der Oberfläche des Werkstücks, wobei diese Anlage umfasst:

– eine Laserstrahlenbündelquelle,
– ein System zum Führen dieses Bündels, umfassend ein Fokussierungsmittel und
– eine Steuervorrichtung,

Bei der erfindungsgemäßen Anlage ist das Fokussierungsmittel ein verstellbares Fokussierungsmittel, das dafür ausgelegt ist, in einem Anreißschritt ein von der Laserstrahlenquelle ausgestrahltes Laserstrahlenbündel auf die vorbestimmte Schnittlinie zu fokussieren, und dafür ausgelegt ist, so zu wirken, dass der Brennpunkt desselben, auf die vorbestimmte Schnittlinie gerichteten Laserstrahlenbündels in einem Erhitzungsschritt von dieser Linie deutlich entfernt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage kann das Fokussierungsmittel insbesondere eine Sammellinse für Laser sein.
Das Fokussierungsmittel kann insbesondere ein bewegliches Fokussierungsmittel sein, das in einem Anreißschritt eine solche Stellung einnimmt, dass das Laserstrahlenbündel auf die vorbestimmte Schnittlinie fokussiert ist, und in einem Erhitzungsschritt eine solche Stellung einnimmt, dass der Brennpunkt des Laserstrahlenbündels von der vorbestimmten Schnittlinie deutlich entfernt ist.
Das System zum Führen des Bündels kann einen Wagen aufweisen, auf dem das Fokussierungsmittel montiert ist. Gemäß einer Ausführungsform der Anlage kann der Wagen das Fokussierungsmittel längs der Achse des Laserstrahlenbündels bewegen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform besitzt die Anlage einen linearen Elektromotor, der den Wagen bewegen kann.
Das Fokussierungsmittel wird vorteilhafterweise durch eine automatisierte Steuervorrichtung eingestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Fokussierungsmittel ein bewegliches Fokussierungsmittel, das in einem Anreißschritt eine solche Stellung einnimmt, dass das Laserstrahlenbündel auf die vorbestimmte Schnittlinie fokussiert wird und in einem Erhitzungsschritt eine solche Stellung einnimmt, dass der Brennpunkt des Laserstrahlenbündels von der vorbestimmten Schnittlinie deutlich entfernt ist, wobei die Steuervorrichtung die Stellung des Fokussierungsmittels einstellt.
In diesem Fall kann das Führungssystem einen Wagen aufweisen, auf dem das Fokussierungsmittel montiert ist, wobei die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Stellung des Fokussierungsmittels durch Steuerung der Bewegung des Wagens einzustellen.
Die Steuervorrichtung kann insbesondere dafür ausgelegt sein, die Bewegung des Wagens in einer zum Laserstrahlenbündel parallelen Richtung zu steuern.
Die Anlage kann ein System zum Erfassen der Stellung der vorbestimmten Schnittlinie auf der Oberfläche des Glasgegenstands aufweisen, wobei die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Stellung des Fokussierungsmittels in Abhängigkeit von der erfassten Stellung der vorbestimmten Schnittlinie einzustellen.
Die Anlage besitzt vorteilhafterweise eine Modulationsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, die Frequenz und den Pulsmodus des Laserstrahlenbündels einzustellen.
Diese Modulationsvorrichtung kann durch die Steuervorrichtung gesteuert werden.
Diese Modulationsvorrichtung gestattet die Einstellung der Frequenz und des Pulsmodus (insbesondere das Zyklusverhältnis) des Laserstrahlenbündels, das auf das zu behandelnde Objekt aus Glas gerichtet wird, und zwar sowohl während eines Anreißschrittes als auch während eines Erhitzungsschrittes.
In einer erfindungsgemäßen Anlage kann das Führungssystem mindestens einen Laserspiegel aufweisen, der dafür ausgelegt ist, die Richtung des Laserstrahlenbündels zu ändern. Dieses Führungssystem kann mindestens einen Laserspiegel mit verstellbarer Stellung und/oder Ausrichtung aufweisen.
In diesem Fall kann die Steuervorrichtung dafür ausgelegt sein, die Richtung des Laserstrahlenbündels durch Steuerung der Änderung der Stellung und/oder der Ausrichtung mindestens eines Laserspiegels zu verstellen.
Wenn in einem solchen Fall die Anlage auch ein die Stellung der vorbestimmten Schnittlinie abtastendes System aufweist, kann die Steuervorrichtung dafür ausgelegt sein, die Stellung und/oder die Ausrichtung mindestens eines Laserspiegels in Abhängigkeit von der erfassten Stellung der vorbestimmten Schnittlinie einzustellen.
Eine erfindungsgemäße Anlage besitzt im Allgemeinen mindestens eine Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, das zu bearbeitende Werkstück aus Glas zu halten. Diese Vorrichtung kann eine bewegliche Vorrichtung sein, die dafür ausgelegt ist, das Werkstück aus Glas zu bewegen, und kann insbesondere dafür ausgelegt sein, das Werkstück aus Glas in einer zur Achse des Laserstrahlenbündels senkrechten Ebene zu bewegen.
Diese Vorrichtung kann insbesondere dafür ausgelegt sein, das Glaswerkstück in Drehung zu versetzen (insbesondere um eine Achse, die zu der Achse des auf das Werkstück gerichteten Laserstrahlenbündels senkrecht ist).
Eine erfindungsgemäße Anlage kann eine Vielzahl von Vorrichtungen umfassen, die dafür ausgelegt sind, eine Vielzahl von zu bearbeitenden Glaswerkstücken zu halten, zu bewegen und gegebenenfalls in Drehung zu versetzen.
In einem solchen Fall kann die Anlage eine Vorrichtung zur schrittweisen Translation der Vorrichtungen, die zum Halten der Glaswerkstücke ausgelegt sind, umfassen.
Die Anlage kann insbesondere Vorrichtungen umfassen, die dafür ausgelegt sind, Hohlglaswerkstücke zu halten, in Drehung zu versetzen und schrittweise anzutreiben.
Diese Vorrichtungen, die dafür ausgelegt sind, die zu bearbeitenden Glaswerkstücke zu halten, zu bewegen und gegebenenfalls in Drehung zu versetzen, können durch die Steuervorrichtung gesteuert werden.
Die Laserstrahlenbündelquelle mit der die Anlage ausgerüstet ist, kann eine Quelle mit verstellbarer Leistung sein. Diese Quelle kann auch eine Quelle mit verstellbarer Stellung und/oder Ausrichtung sein.
In diesem Fall kann die Steuervorrichtung dafür ausgelegt sein, die Leistung und/oder die Stellung und/oder die Ausrichtung der Laserquelle zu regeln.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Anlage besitzt das Führungssystem mindestens einen Ablenker, der ein Laserstrahlenbündel in zwei oder mehrere abgelenkte Laserstrahlenbündel teilen kann. Jeder dieser abgeleiteten Laserstrahlen kann nun zur Bearbeitung eines Glasartikels gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit Hilfe einer Anlage der oben beschriebenen An verwendet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung. In dieser zeigen:
1 und 2 zwei Diagramme (Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Zeit) eines auf zwei verschiedene Weise modulierten gepulsten Laserstrahlenbündels,
3 und 4 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines Teils der erfindungsgemäßen Anlage und eines in dieser Anlage in einem Anreißschritt bearbeiteten Glaswerkstücks,
5 und 6 den 3 und 4 entsprechende Ansichten, die sich auf den Erhitzungsschritt beziehen,
7 eine Ansicht des bearbeiteten Glaswerkstücks gemäß den Pfeilen C-C der 4 und 6,
8 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Details von 7 und
9 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anlage.
Das Diagramm von 1 zeigt die Emissionsleistung eines gepulsten Laserstrahlenbündels in Abhängigkeit von der Zeit. Man sieht, dass bei dieser Modulationsart des Bündels Emissionsleistungspeaks deutlich durch Zeiträume, in denen die Emissionsleistung Null ist, getrennt sind.
Die Frequenz der Emissionszyklen sowie das Zyklusverhältnis, das heißt, das Verhältnis zwischen der Emissionsdauer mit hoher Energie und der Dauer des gesamten Emissionszyklus, und die Leistung des Lasers während seiner Emissionszeit mit hoher Energie sind alles steuerbare und an die Verwendungsbedingungen anpassbare Parameter.
Durch Erhöhung der Frequenz und des Zyklusverhältnisses eines gepulsten Laserstrahls kann man ein pseudokontinuierliches Laserbündel erhalten, wie das Diagramm von 2 zeigt. In diesem Fall schwankt die Emissionsleistung (mit einer geringen Amplitude) um einen bestimmten Leistungswert.
Gemäß der in den 3 bis 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das zu bearbeitende Glaswerkstück 1 ein hohler Rotationskörper mit einem Fuß 2 und einem ausgeweiteten Teil 3.
Die vorbestimmte Schnittlinie 4 bildet auf der Außenfläche des Glaswerkstücks 1 eine geschlossene Kurve. Die vorbestimmte Schnittlinie 4 liegt in einer zur Symmetrieachse A–A des Werkstücks 1 senkrechten Ebene.
Das Glaswerkstück 1 wird an seinem Fuß 2 in einer rotierenden Spindel 10 gehalten. Der Fuß 2 des Glaswerkstücks 1 ist nach oben gewandt, der ausgeweitete Teil 3 nach unten.
Die rotierende Spindel 4 ist Teil einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung.
Das Glaswerkstück 1 wird um seine Symmetrieachse A–A in Drehung versetzt.
Das Glaswerkstück 1 wird mit Hilfe einer Anlage bearbeitet, die eine Laserstrahlenquelle 20 und ein Führungssystem 30 für ein Laserstrahlenbündel 50 besitzt.
Das Führungssystem 30 besitzt einen Spiegel 31 für Laserstrahlen und ein Fokussierungsmittel 32 für Laserstrahlen.
Die Laserstrahlenquelle 20 strahlt ein nach unten gerichtetes Laserstrahlenbündel 50 aus.
Dieses Laserstrahlenbündel 50 trifft auf den Spiegel 31 auf. Der Spiegel 31 ist so ausgerichtet, dass das reflektierte Laserstrahlenbündel 51 auf das zu bearbeitende Glaswerkstück 1 gerichtet ist.
Die Achse des reflektierten Laserstrahlenbündels 51 liegt in der Ebene der Schnittlinie 4 und durchquert die Symmetrie- und Drehachse A–A des Glaswerkstücks 1. Die Achse des reflektierten Laserstrahlenbündels 51 ist also zu dieser Symmetrie- und Drehachse A–A senkrecht.
Bevor das reflektierte Laserstrahlenbündel 51 auf das Glaswerkstück 1 auftrifft, durchquert es das Fokussierungsmittel 32.
Das Fokussierungsmittel 32 ist eine Laser-Sammellinse.
Die Linse 32 ist so gerichtet, dass sie die Ausrichtung der Achse des Laserstrahlenbündels nicht ändert.
Die Achse des aus dem Fokussierungsmittel 32 austretenden fokussierten Laserstrahlenbündels 52 fällt also mit der Achse des von dem Spiegel 31 reflektierten Laserstrahlenbündels 51 zusammen.
Das Fokussierungsmittel 32 ist auf einem Wagen 33 über einen Halter 34 montiert.
Der Wagen 33 gleitet auf einer Schiene 35.
Das Fokussierungsmittel 32 ist ein Fokussierungsmittel, das dadurch verstellbar ist, dass eine Bewegung des Wagens 33 und damit der Linse 32 die Verstellung der Stellung des Brennpunkts 53 des fokussierten Laserstrahlenbündels 52 gestattet.
Der Wagen 33 gleitet spielfrei auf der Schiene 35 über ein in den Wagen 33 integriertes vorgespanntes Kugelumlaufsystem.
Der Halter 34 des Fokussierungsmittels 32 ist über eine elastische Kupplung 36 mit der Welle 39 eines linearen Motors 37 verbunden, der auf einem Halter 38 montiert ist.
Der Spiegel 31, das Fokussierungsmittel 32, der Wagen 33 und der Halter 34, die Schiene 35, die elastische Kupplung 36 und der Motor 37 und seine Welle 39 sind alle Teil des Führungssystems 30.
Die Bewegungsrichtung der Achse 39 des linearen Motors 37 ist zur Achse der Schiene 35 parallel, die ihrerseits zu den Achsen des reflektierten Laserstrahlenbündels 51 und des fokussierten Laserstrahlenbündels 52 parallel ist.
Die elastische Kupplung 36 gestattet dem Halter 34 des Fokussierungsmittels 32, ohne seitliche Störspannung über den Wagen 33 auf der Schiene 35 zu gleiten.
Die Stellung des Wagens 33, des Halters 34 und des Fokussierungsmittels 32 auf der Schiene 35 wird durch die Stellung der Achse 39 des linearen Motors 37 bestimmt.
Die Stellung der Achse 39 des linearen Motors wird durch das nicht dargestellte System zur elektronischen Regelung des linearen Motors 37 eingestellt.
Das elektronische Regelungssystem wird durch die nicht dargestellte Steuervorrichtung der Anlage gesteuert.
Diese Steuervorrichtung bestimmt die Stellung, die Bewegungsgeschwindigkeit und die Beschleunigung der Bewegung der Achse 39 des linearen Motors 37.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens einen Anreißschritt und mindestens einen Erhitzungsschritt.
Die 3 und 4 veranschaulichen die Arbeitsweise der Anlage in einem Anreißschritt.
In einem Anreißschritt erhält das elektronische Regelsystem des linearen Motors 37 von der Steuervorrichtung den Befehl, die Achse 39 des linearen Motors 37 und damit das Fokussierungsmittel 32 so zu positionieren, dass der Brennpunkt 53 des fokussierten Laserstrahlenbündels im Wesentlichen mit der vorbestimmten Schnittlinie 4 auf der Oberfläche des Glaswerkstücks 1 zusammenfällt.
Der Bereich 60 der Oberfläche des Glaswerkstücks 1, der zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem Anreißschritt bestrahlt wird, ist in den 7 und 8 dargestellt. Dieser Bereich 60 entspricht einem Punkt, der auf der vorbestimmten Schnittlinie 4 liegt, wobei dieser Bereich 60 einen Durchmesser von weniger als 0,5 mm, typischerweise von etwa 0,1 mm, besitzt.
Da die rotierende Spindel 10 das Glaswerkstück 1 um seine Symmetrieachse A–A in Drehung hält, durchläuft das fokussierte Laserstrahlenbündel 52 auf der vorbestimmten Schnittlinie 4 in einer Umdrehung des Glaswerkstücks 1 diese ganze Linie 4.
Die Drehgeschwindigkeit des Glaswerkstücks 1 beträgt typischerweise etwa 100 bis 500 U/min.
Die 5 und 6 veranschaulichen die Arbeitsweise der Anlage in einem Erhitzungsschritt.
In einem Erhitzungsschritt erhält das elektronische System zur Regelung des linearen Motors 37 von der Steuervorrichtung den Befehl, die Achse 39 des linearen Motors 37 und damit das Fokussierungsmittel 32 so zu positionieren, dass der Brennpunkt 53 des fokussierten Laserstrahlenbündels 52 von der vorbestimmten Schnittlinie 4 auf der Oberfläche des Glaswerkstücks 1 deutlich entfernt ist. Der Abstand zwischen dem Schnittpunkt des fokussierten Laserstrahlenbündels 52 mit der Schnittlinie 4 und dem Brennpunkt 53 des fokussierten Laserstrahlenbündels 52 beträgt typischerweise etwa 20 bis 150 mm.
Der Bereich 61 der Oberfläche des Glaswerkstücks 1, der zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem Erhitzungsschritt bestrahlt wird, ist ebenfalls in den 7 und 8 dargestellt. Dieser Bereich 61, der in einem Erhitzungsschritt bestrahlt wird, ist wesentlich größer als der Bereich 60, der in einem Anreißschritt bestrahlt wird.
Der Bereich 61, der in einem Erhitzungsschritt bestrahlt wird, entspricht einer Zone, die die vorbestimmte Schnittlinie 4 übergreift und deren Durchmesser typischerweise etwa 2 bis 8 mm beträgt.
Da die rotierende Spindel 10 das Glaswerkstück 1 um seine Symmetrieachse A-A in Drehung hält, durchläuft das fokussierte Laserstrahlenbündel 52, dessen Brennpunkt 53 von der vorbestimmten Schnittlinie 4 entfernt ist, in einer Drehung des Glaswerkstücks 1 diese ganze Schnittlinie 4.
Nach einem oder mehreren Anreißschritten und einem oder mehreren Erhitzungsschritten kommen die Wirkungen dieser einzelnen Schritte so zusammen, dass die Trennung des Teils 5 des Glaswerkstücks 1 im Wesentlichen längs der vorbestimmten Schnittlinie 4 bewirkt wird.
Der unterhalb der vorbestimmten Schnittlinie 4 gelegene Teil 5 des Glaswerkstücks (wenn das Glaswerkstück von der rotierenden Spindel 10 gehalten wird), wird mit dem technischen Begriff "Kappe" bezeichnet.
Das in den 3 bis 6 dargestellte Verfahren ist also ein Verfahren zum Absprengen der; Kappe eines Glaswerkstücks.
Die in 9 dargestellte Anlage zur Bearbeitung von Glaswerkstücken ist eine erfindungsgemäße Anlage, die folgende Stationen aufweist:

– zwei Anreiß- und Erhitzungsstationen 100, 100',
– eine Kühlstation 200,
– eine Planschleifstation 300,
– eine Abfassstation 400,
– eine Wasch- und Abstreifstation 500 und
– eine Feuerpolierstation 600.

Die Anlage gemäß 9 ist für die gleichzeitige Bearbeitung von vier Glaswerkstücken mit Hilfe eines Verfahrens, wie es in Anspruch 1 definiert ist, eingerichtet.
Die Glaswerkstücke 1 sind hohle Rotationskörper. Jedes dieser Glaswerkstücke 1 wird von einer rotierenden Spindel gehalten, die das Glaswerkstück 1 um seine Symmetrieachse in. Drehung hält.
Die vorbestimmte Schnittlinie dieser Glaswerkstücke 1 liegt in einer Ebene, die zu dieser Symmetrieebene senkrecht ist.
Die rotierenden Spindeln sind Teil des Schrittantriebssystems.
Die rotierenden Spindeln sind an einem geschlossenen Förderband befestigt, das sich schrittweise in der Richtung D bewegt. Das Förderband bewegt sich schrittweise über eine Strecke, die einem Abschnitt dieses Bandes entspricht, der vier rotierende Spindeln besitzt.
Das Antriebssystem bringt auf diese Weise nacheinander vier Glaswerkstücke 1 zu den beiden Anreiß- und Erhitzungsstationen 100, 100'. Jede der beiden Anreiß- und Erhitzungsstationen 100, 100' bearbeitet gleichzeitig zwei Glaswerkstücke 1.
Die Erhitzungs- und Anreißstationen 100, 100' unterscheiden sich von der in den 3 bis 6 dargestellte Anreiß- und Erhitzungsstation darin, dass sie eine Ablenkeinrichtung 140, 140' aufweisen, die das von dem Laserspiegel 131, 131' reflektierte Laserstrahlenbündel 151, 151' in zwei abgeleitete Laserstrahlenbündel 154, 154' und 155, 155' teilt.
Das Führungssystem der beiden Anreiß- und Erhitzungsstationen besitzt ferner Mittel 140, 140' und 141, 141', die dafür ausgelegt sind, jeweils zwei Laserstrahlenbündel 154, 154' und 155, 155' so zu einem Glaswerkstück 1 zu leiten, dass die Achse dieser Laserstrahlenbündel in der Ebene der vorbestimmten Schnittlinie gelegen ist und die Symmetrie- und Drehachse des entsprechenden Glaswerkstücks 1 durchquert.
Die Einstellung der Fokussierung der Laserstrahlenbündel 154, 154' und 155, 155' in einem Anreißschritt und in einem Erhitzungsschritt wird auf die im nachstehenden beschriebene Weise durchgeführt, die in den 3 bis 6 dargestellt ist.
Nach dem Absprengen der Kappen der vier Glaswerkstücke 1, die sich vor zwei Anreiß- und Erhitzungsstationen befinden, bewegt das Schrittantriebssystem diese vier von ihrer Kappe befreiten Glaswerkstücke zu der Kühlstation 200, und bringt gleichzeitig vier neue von ihrer Kappe zu befreiende Glaswerkstücke vor die beiden Absprengstationen 100, 100'.
Die Kühlstation 200 ist mit vier Kappendetektoren 201 ausgerüstet.
Jeder Kappendetektor 201 prüft, ob das vor dem Kappendetektor 201 positionierte Glaswerkstück noch seine Kappe besitzt. In dem Fall, in dem die Kappe nicht von dem Glaswerkstück abgetrennt wurde, wird das Glaswerkstück mit seiner Kappe automatisch ausgestoßen.
Nach dem Abkühlen der Glaswerkstücke bringt das Schrittantriebssystem diese vor die Planschleifstation 300, in der der abgesprengte Rand der von ihrer Kappe befreiten Glaswerkstücke plangeschliffen wird.
Nach dem Planschleifen des Rands der abgesprengten Glaswerkstücke bringt das Schrittantriebssystem die von der Kappe befreiten Glaswerkstücke zu der Station 400 zum Abschrägen des Randes der Glaswerkstücke.
Nach dem Abschrägen des Randes der von ihrer Kappe befreiten Glaswerkstücke bringt das Antriebssystem diese Glaswerkstücke zu der Wasch- und Abstreifstation 500.
Nach dem Waschen und Abstreifen der von ihrer Kappe befreiten Glaswerkstücke bringt das Schrittantriebssystem diese zu der Trocknungsstation 600 und dann zu einer Feuerpolierstation 700, die vorteilhafterweise ein System zum Härten des Rands der von ihrer Kappe befreiten Glaswerkstücke aufweisen kann.
BEISPIEL 1
Man nimmt die Absprengung der Kappe von Hohlglasartikeln mit Hilfe einer Anlage vor, wie sie oben beschrieben wurde und wie sie schematisch in den 3, 4, 5, 6 und 8 dargestellt ist, und die eine Laserquelle von 250 W aufweist.
Der herzustellende Artikel, der aus Alkali-Kalk-Glas besteht, ist von dem in 3 dargestellten Typ, das heißt ein Glas mit einem Fuß und von ausgeweiteter Form (etwa 45° zur Symmetrieachse), das an der Stelle der Absprenglinie einen Durchmesser von 105 mm und eine Dicke von 1,2 mm besitzt. Der von seiner Kappe zu befreiende Artikel wird mit der Basis des Fußes in einer Spindel befestigt, deren Drehachse mit der Symmetrieachse des Glasartikels zusammenfällt, und wird mit einer Geschwindigkeit von 250 U/min in Drehung versetzt.
An diesem rotierenden Artikel wird der folgende Bearbeitungszyklus ausgeführt:

– Anreißen des Artikels während 3 s mit dem mit 10 kHz gepulsten Laserbündel (Zyklusverhältnis 30 %), das auf die Oberfläche des Artikels fokussiert ist (an der Stelle der vorbestimmten Schnittlinie);
– Bewegung des fokussierenden Elements (in weniger als 0,1 s) so, dass dasselbe Laserbündel an der Stelle, an der es den Artikel berührt, einen Durchmesser von 4 mm aufweist;
– Erhitzung der ringförmigen Zone (die die vorbestimmte Schnittlinie übergreift) mit diesem Laserbündel während 2 s.
– Stattfinden der Absprengung.

Die erhaltene Absprengung folgt dank der Führung des Bruchs mit Hilfe der Vorspur einwandfrei einer zum Fuß des Artikels parallelen Ebene.
BEISPIEL 2
Mit Hilfe einer Anlage, die der in Beispiel 1 verwendeten Anlage entspricht, jedoch mit einer Laserquelle von 200 W ausgerüstet ist, nimmt man die Absprengung der Kappe eines Kristallglasartikels vor.
Dieser Kristallglasartikel, der eine Seitenwand in Form eines Rotationszylinders mit einem Durchmesser von 80 mm hat und der an der Stelle der Absprengung eine Dicke von 2 mm besitzt, wird nach seiner Formung durch eine Flammpolierung mit einer reflektierenden Bleioxidschicht bedeckt.
Dieser Kristallglasartikel wird mit einer Drehgeschwindigkeit von 200 U/min in Drehung versetzt und dem folgenden Bearbeitungszyklus unterzogen:

– Anreißen des Artikels während 1,5 s mit dem mit 5 kHz gepulsten Laserbündel (Zyklusverhältnis von 50 %), das auf die Oberfläche des Artikels fokussiert ist (an der Stelle der vorbestimmten Schnittlinie);
– Bewegung der fokussierenden Linse (in weniger als 0,1 s) so, dass dasselbe Laserstrahlenbündel an der Stelle, an der es den Kristallglasartikel berührt, einen Durchmesser von 3 mm aufweist;
– Erhitzung der ringförmigen Zone (die die vorbestimmte Schnittlinie übergreift) mit diesem Laserbündel während 3,5 s;
– neuerliche Bewegung der Linse (in weniger als 0,1 s) so, dass das Bündel wieder auf die Oberfläche des Artikels fokussiert ist;
– Anreißen des Artikels mit dem mit 5 kHz gepulsten Laserbündel (Zyklusverhältnis von 50 %), das auf die Schnittlinie fokussiert ist;
– Stattfinden der Absprengung.

Die Absprengung ist von guter Qualität. In dem an dem Artikel vorgenommenen Bearbeitungszyklus gestattet der erste Anreißschritt die Durchdringung der reflektierenden Bleioxidschicht und verbessert die Tiefenerhitzung. Der abschließende Anreißschritt bewirkt die Absprengung, indem eine Linie von Mikrofehlern erzeugt wird, die den Riss hervorrufen.
BEISPIEL 3
Mit Hilfe derselben Anlage, wie sie in Beispiel 1 verwendet wird, die mit einer Laserquelle von 250 W ausgerüstet ist, nimmt man die Absprengung der Kappe eines Hohlglasartikels vor.
Der herzustellende Artikel (der aus Alkali-Kalk-Glas besteht) hat eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand und eine ebene Basis und im Querschnitt die Form eines Quadrats mit abgerundeten Ecken. Der mittlere Durchmesser beträgt 60 mm und das Glas hat an der Stelle der Absprengung eine Dicke von 2 mm.
Der Glasartikel, der um seine Längsachse in eine Drehung mit einer Drehgeschwindigkeit von 350 U/min versetzt wird, wird dem folgenden Bearbeitungszyklus unterzogen:

– Erhitzung einer ringförmigen Zone, die die vorbestimmte Schnittlinie übergreift, mit Hilfe des mit 10 kHz gepulsten Laserbündels (Zyklusverhältnis von 30 %) während 3,5 s. Dieses Bündel ist nicht auf die Oberfläche des Artikels fokussiert, sondern auf eine solche Stelle, dass der Durchmesser des Bündels an der Stelle, an der es den Artikel berührt, etwa 4 mm beträgt;
– Bewegung der fokussierenden Linse (in weniger als 0,1 s) so, dass dasselbe Bündel im Wesentlichen mit der Oberfläche des Artikels zusammenfällt;
– Anreißen des Artikels während 0,5 s mit dem mit 10 kHz gepulsten Laserbündel (Zyklusverhältnis von 5 %), das auf die Oberfläche des Artikels fokussiert ist;
– Stattfinden der Absprengung.

Die erhaltene Absprengung folgt einwandfrei einer zur Basis des Artikels parallelen Ebene. Der (abschließende) Anreißschritt gestattet die Auslösung des Bruchs durch Einführung von Mikrofehlern auf der vorbestimmten Schnittlinie.
Die Tiefenschärfe des Fokussierungselements gestattet eine akzeptable Fokussierung auf die Oberfläche des Artikels, obwohl diese keine Rotationsfläche ist.
Es ist zu bemerken, dass bei dem in Beispiel 3 bearbeiteten Artikel der Radius des Artikels (an der Stelle der Sprenglinie) nur um ±3 mm um den mittleren Wert des Radius schwankt).
Zur Bearbeitung von Artikeln, die keine Rotationskörper sind und bei denen der Abstand zwischen der vorbestimmten Schnittlinie von der Achse sich stärker von einem Mittelwert entfernt (beispielsweise um mehr als 5 mm), kann es vorteilhaft oder erforderlich sein, die Stellung des Fokussierungselements in Abhängigkeit von der Form des Artikels so zu steuern, dass der Brennpunkt des Strahls in einem Anreißschritt auf der Oberfläche des rotierenden Artikels gehalten wird.

Claims

Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (1) aus Glas zum Zweck des Schneidens dieses Werkstücks längs einer vorbestimmten Schnittlinie (4) auf seiner Oberfläche, wobei dieses Verfahren umfasst: – mindestens einen Schritt, Anreißschnitt genannt, in dem ein durch ein Fokussierungsmittel (32) fokussiertes Laserstrahlenbündel die vorbestimmte Schnittlinie (4) durchläuft, wobei das Bündel (52) im wesentlichen auf diese vorbestimmte Schnittlinie fokussiert ist, und – mindestens einen weiteren Schritt, Erhitzungsschritt genannt, in dem ein Laserstrahlenbündel die vorbestimmte Schnittlinie (4) durchläuft, ohne auf diese Linie (4) fokussiert zu sein, wobei der von dem Laserbündel bestrahlte Bereich (61) der Oberfläche die vorbestimmte Schnittlinie (4) überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass das gleiche Laserstrahlenbündel (52) die vorbestimmte Schnittlinie in einem Anreißschritt und in einem Erhitzungsschritt durchläuft, wobei das Fokussierungsmittel (32) ein verstellbares Fokussierungsmittel ist, das in einem Anreißschritt das Laserstrahlenbündel (52) im wesentlichen auf die vorbestimmte Schnittlinie (4) fokussiert und das in einem Erhitzungsschritt bewirkt, dass der Brennpunkt (53) dieses Bündels (52) von der vorbestimmten Schnittlinie (4) deutlich entfernt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fokussierte Laserstrahlenbündel (52) in einem Anreißschritt die vorbestimmte Schnittlinie (4) dadurch durchläuft, dass das Werkstück aus Glas so bewegt wird, dass die vorbestimmte Schnittlinie (4) zu jedem Zeitpunkt mit dem Brennpunkt (53) des Laserbündels (52) im wesentlichen zusammenfällt, und dass das Laserstrahlenbündel (52) in einem Erhitzungsschritt die vorbestimmte Schnittlinie (4) dadurch durchläuft, dass das Werkstück (1) aus Glas so bewegt wird, dass der von dem Bündel (52) bestrahlte Oberflächenbereich (61) zu jedem Zeitpunkt die vorbestimmte Schnittlinie überdeckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (32) zum Fokussieren des Bündels aus einer Laser-Sammellinse besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Fokussierung des Bündels durch eine Bewegung der Linse (32) längs der Achse des Bündels vor sich geht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Linse (32) durch die Bewegung der Achse eines linearen Elektromotors (37) bewirkt und gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlenbündel (52), das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, ein gepulstes Laserstrahlenbündel ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gepulste Laserstrahlenbündel (52), das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, auf dieser Oberfläche eine Folge von Aufschlagzonen (60) erzeugt, die einen Durchmesser von weniger als 500 µm haben und in einem gegenseitigen Abstand von weniger als 2 mm angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlagzonen (60) einen Durchmesser von weniger als 100 µm haben.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlagzonen (60) einen Durchmesser von weniger als 50 µm haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlagzonen (60) in einem gegenseitigen Abstand von weniger als 1 mm angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Aufschlagzonen (60) in einem gegenseitigen Abstand von 100 µm bis 800 µm angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Merkmale des gepulsten Laserstrahlenbündels so gewählt sind, dass die Aufschlagzonen (60) der Einwirkung dieses Bündels mit einer Strahlungsdichte ausgesetzt sind, die so hoch ist, dass auf der Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas punktförmige Fehler erscheinen, die im wesentlichen mit dieser vorbestimmten Schnittlinie (4) zusammenfallen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlenbündel (52), das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, ein kontinuierliches Laserstrahlenbündel ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche Laserstrahlenbündel, das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, auf dieser Oberfläche eine kontinuierliche Aufschlaglinie mit einer Breite von weniger als 500 µm erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Aufschlaglinie eine Breite von weniger als 100 µm hat.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Aufschlaglinie eine Breite von weniger als 50 µm hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Merkmale des kontinuierlichen Laserstrahlenbündels, das in einem Anreißschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, so gewählt sind, dass die kontinuierliche Aufschlaglinie mit einer Bestrahlungsdichte bestrahlt wird, die so hoch ist, dass auf der Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas ein Riss erscheint, der mit der vorbestimmten Schnittlinie zusammenfällt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlenbündel (52), das in einem Erhitzungsschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, ein kontinuierliches Laserstrahlenbündel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlenbündel (52), das in einem Erhitzungsschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, ein gepulstes Laserstrahlenbündel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlenbündel (52), das in einem Erhitzungsschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, auf dieser Oberfläche eine Aufschlaglinie erzeugt, die eine Breite zwischen 2 mm und 10 mm hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Merkmale des Laserstrahlenbündels (52), das in einem Erhitzungsschritt auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aus Glas gerichtet wird, und die Bestrahlungsbedingungen in diesem Erhitzungsschritt so gewählt sind, dass der bestrahlte Oberflächenbereich (61) einer solchen Bestrahlungsdichte ausgesetzt ist, dass die Geometrie dieser Oberfläche nicht beeinträchtigt wird, aber dass die Erhitzung der bestrahlten Zone in der Glasmasse dieser Zone mechanische Spannungen erzeugt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Anreißschritt umfasst, auf den ein Erhitzungsschritt folgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es nacheinander einen Anreißschritt, einen Erhitzungsschritt und einen Anreißschritt umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Erhitzungsschritt umfasst, auf den ein Anreißschritt folgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es nacheinander einen Erhitzungsschritt, einen Anreißschritt und einen Erhitzungsschritt umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) aus Glas ein Werkstück aus Hohlglas ist, wobei die vorbestimmte Schnittlinie (4) eine geschlossene Kurve bildet.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Kurve in einer Ebene liegt, wobei das Werkstück aus Hohlglas in einem Anreißschritt und in einem Erhitzungsschritt um eine zu dieser Ebene senkrechte Achse in Drehung versetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) aus Glas ein Werkstück aus Flachglas ist.
Anlage zur Bearbeitung eines Werkstücks aus Glas zum Zweck des Schneidens dieses Werkstücks längs einer vorbestimmten Schnittlinie (4) auf der Oberfläche des Werkstücks (1), wobei diese Anlage umfasst: – eine Laserstrahlenbündelquelle (20), – ein System (30) zum Führen dieses Bündels, umfassend ein Fokussierungsmittel (32) und – eine Steuervorrichtung, wobei diese Anlage dafür ausgelegt ist, auf die Oberfläche dieses Werkstücks (1) in mindestens einem Schritt, Anreißschritt genannt, ein Laserstrahlbündel (52) zur richten, das die vorbestimmte Schnittlinie (4) durchläuft, wobei dieses Laserstrahlenbündel (52) durch das Fokussierungsmittel im wesentlichen auf diese vorbestimmte Schnittlinie (4) fokussiert wird, in mindestens einem Schritt, Erhitzungsschritt genannt, ein Laserstrahlenbündel zu richten, das die vorbestimmte Schnittlinie (4) durchläuft, wobei dieses Laserstrahlenbündel nicht auf die Schnittlinie (4) fokussiert ist und der von dem Laserstrahlenbündel bestrahlte Bereich (61) die Schnittlinie (4) überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierungsmittel (32) ein verstellbares Fokussierungsmittel ist, das dafür ausgelegt ist, in einem Anreißschritt ein von der Laserstrahlenquelle (2) ausgestrahltes Laserstrahlenbündel (52) auf die vorbestimmte Schnittlinie (4) zu fokussieren, und dafür ausgelegt ist, so zu wirken, dass der Brennpunkt (54) desselben, auf die vorbestimmte Schnittlinie (4) gerichteten Laserstrahlenbündels (54) in einem Erhitzungsschritt von dieser Linie (4) deutlich entfernt ist.
Anlage nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierungsmittel (32) eine Sammellinse für Laser ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 29 und 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierungsmittel (32) ein bewegliches Fokussierungsmittel ist, das in einem Anreißschritt eine solche Stellung einnimmt, dass das Laserstrahlenbündel (52) auf die vorbestimmte Schnittlinie (4) fokussiert ist, und in einem Erhitzungsschritt eine solche Stellung einnimmt, dass der Brennpunkt (53) des Laserstrahlenbündels (52) von der vorbestimmten Schnittlinie (4) deutlich entfernt ist.
Anlage nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssystem (30) einen Wagen (33) aufweist, auf dem das Fokussierungsmittel (32) montiert ist.
Anlage nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagen (33) das Fokussierungsmittel (32) längs der Achse des ausgestrahlten Laserstrahlenbündels (52) bewegen kann.
Anlage nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen linearen Elektromotor (37) aufweist, der den Wagen (33) bewegen kann.
Anlage nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierungsmittel (32) durch die Steuervorrichtung eingestellt wird.
Anlage nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierungsmittel (32) ein bewegliches Fokussierungsmittel ist, das in einem Anreißschritt eine solche Stellung einnimmt, dass das Laserstrahlenbündel (52) auf die vorbestimmte Schnittlinie (4) fokussiert wird, und in einem Erhitzungsschritt eine solche Stellung einnimmt, dass der Brennpunkt (53) des Laserstrahlenbündels (52) von der vorbestimmten Schnittlinie (4) deutlich entfernt ist, wobei die Steuervorrichtung die Stellung des Fokussierungsmittels (32) einstellt.
Anlage nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssystem (30) einen Wagen (33) aufweist, auf dem das Fokussierungsmittel (32) montiert ist, wobei die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Stellung des Fokussierungsmittels (32) durch Steuerung der Bewegung des Wagens (33) einzustellen.
Anlage nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Bewegung des Wagens (33) in einer zum Laserstrahlenbündel (52) parallelen Richtung zu steuern.
Anlage nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein System aufweist, das die Stellung der vorbestimmten Schnittlinie (4) erfasst, und dass die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Stellung des Fokussierungsmittels (32) in Abhängigkeit von der erfassten Stellung der vorbestimmten Schnittlinie (4) einzustellen.
Anlage nach einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Modulationsvorrichtung aufweist, die dafür ausgelegt ist, die Frequenz und den Pulsmodus des Laserstrahlenbündels einzustellen.
Anlage nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsvorrichtung durch die Steuervorrichtung gesteuert wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssystem (30) mindestens einen Laserspiegel (31) aufweist, der dafür ausgelegt ist, die Richtung des Laserstrahlenbündels zu ändern.
Anlage nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssystem (30) mindestens einen Laserspiegel (31) mit verstellbarer Stellung und/oder Ausrichtung aufweist.
Anlage nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Richtung des Laserstrahlenbündels durch Steuerung der Änderung der Stellung und/oder der Ausrichtung mindestens eines Laserspiegels (31) zu verstellen.
Anlage nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein System aufweist, das die Stellung der vorbestimmten Schnittlinie (4) erfasst, und dass die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Stellung und/oder die Ausrichtung mindestens eines Laserspiegels (31) in Abhängigkeit von der erfassten Stellung der vorbestimmten Schnittlinie (4) einzustellen.
Anlage nach einem der Ansprüche 29 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung (10) aufweist, die dafür ausgelegt ist, das zu bearbeitende Werkstück (1) aus Glas zu halten.
Anlage nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10), die dafür ausgelegt ist, das Werkstück (1) aus Glas zu halten, eine bewegliche Vorrichtung ist, die das Werkstück (1) aus Glas bewegen kann.
Anlage nach einem der Ansprüche 46 und 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10), die dafür ausgelegt ist, das Werkstück aus Glas zu halten, das Werkstück (1) aus Glas in einer zur Achse des Laserstrahlenbündels (52) senkrechten Ebene bewegen kann.
Anlage nach einem der Ansprüche 46 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10), die dafür ausgelegt ist, das Werkstück (1) aus Glas zu halten, das Werkstück (1) aus Glas in Drehung versetzen kann.
Anlage nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10), die dafür ausgelegt ist, das Werkstück (1) aus Glas zu halten, das Werkstück (1) aus Glas um eine zur Achse des Laserstrahlenbündels (52) senkrechte Achse (A-A) in Drehung versetzen kann.
Anlage nach einem der Ansprüche 46 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10), die das Werkstück (1) aus Glas halten kann, so vervielfacht ist, dass eine Übertragungskette gebildet wird, die dafür ausgelegt ist, eine Vielzahl von Werkstücken aus Glas zu halten.
Anlage nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungskette eine Schrittantriebsvorrichtung ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 46 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungskette dafür ausgelegt ist, dass Werkstücke aus Hohlglas in Drehung versetzt werden.
Anlage nach einem der Ansprüche 46 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10), die dafür ausgelegt ist, das Werkstück (1) aus Glas zu halten, durch die Steuervorrichtung gesteuert wird.
Anlage nach einem der Ansprüche 29 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlenbündelquelle (20) eine Quelle mit verstellbarer Leistung ist.
Anlage nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Leistung der Laserstrahlenbündelquelle (20) zu verstellen.
Anlage nach einem der Ansprüche 29 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlenbündelquelle (20) eine Quelle mit verstellbarer Stellung und/oder Ausrichtung ist.
Anlage nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dafür ausgelegt ist, die Stellung und/oder die Ausrichtung der Laserstrahlenbündelquelle (20) zu verstellen.
Anlage nach einem der Ansprüche 29 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungssystem mindestens ein Ablenkorgan aufweist, das ein Laserstrahlenbündel in zwei oder mehrere abgeleitete Laserstrahlenbündel teilen kann.