WO2016156233A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen trennen von glas - Google Patents

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WO2016156233A1 PCT/EP2016/056611 EP2016056611W WO2016156233A1 WO 2016156233 A1 WO2016156233 A1 WO 2016156233A1 EP 2016056611 W EP2016056611 W EP 2016056611W WO 2016156233 A1 WO2016156233 A1 WO 2016156233A1
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laser beam
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glass ribbon
thin
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Thomas Rossmeier
Andreas Ortner
Jürgen Vogt
Andreas Habeck
Clemens Ottermann
Dirk Förtsch
Christian Breitbach
Stephan Behle
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Schott AG
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    • B65G49/064—Transporting devices for sheet glass in a horizontal position
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    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/023—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor the sheet or ribbon being in a horizontal position
    • C03B33/0235—Ribbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/023—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor the sheet or ribbon being in a horizontal position
    • C03B33/03—Glass cutting tables; Apparatus for transporting or handling sheet glass during the cutting or breaking operations

Definitions

  • the invention generally relates to the cutting of glass.
  • the invention relates to the separation of
  • Border areas so-called borders. It is advantageous to separate these bands after the production of the glass ribbon, inter alia, to facilitate the winding on a roll or generally the further processing in thin glasses. As a result, problems can be avoided such as caused by the thicker edges emergence
  • the glass ribbon tears along an initial damage along its longitudinal direction.
  • WO 2011/026074 A1 describes a method for inserting a slit into a glass substrate.
  • a laser beam is directed to damage and moved across the glass surface.
  • a fluid jet is directed directly at the laser spot on the glass surface, so that the glass is cooled, even before the temperature generated by the laser beam through completely the thickness of the glass substrate is equilibrated. As a result, the thermal stress is limited to a part of the thickness of the
  • Fluid jet a precise control of the location of impact of the fluid is advantageous for processing thin glass bands, in particular to ensure consistent edge quality and strength.
  • Object of the present invention is therefore, a
  • 1 is a schematic view of an apparatus for continuously separating glass
  • Fig. 2 is a perspective view of a curved levitation pad 3 with over it
  • Fig. 3 in the longitudinal direction of the thin glass ribbon considered a Levitationsunterlage with a flat surface and mounted thereon thin glass ribbon
  • Fig. 7 is a schematic view of another
  • FIG. 8 is a schematic view of another
  • 9 is a schematic side view of another embodiment of an apparatus for continuous separation of glass, 10 an asymmetrical beam profile,
  • FIG. 11 preferred forms of Einwirkfeldern.
  • Fig. 1 shows an example of a device 2 for
  • Thin glass bands 1 The method that can be carried out with the apparatus 2 for separating a thin glass band 1 along its longitudinal direction 100, in this case for separating edge regions, in particular braids 10, 11 of a
  • Thin glass bands 1 is based on the fact that a thin glass ribbon 1 with a thickness of at most 400 pm along its
  • Longitudinal direction 100 is guided by means of a transport device 5 via a Levitationsunterlage 3, wherein in the area of Levitationsunterlage 3, a laser beam 7 on the
  • Thin glass ribbon 100 is directed, which heats the thin glass ribbon 1 at the point of impact 70 of the laser beam 7 and on which the thin glass ribbon 1 in the longitudinal direction 100th
  • the cooling jet generator 14 is formed as an aerosol generator 141 when an aerosol is used as the cooling fluid.
  • the chiller beam generator 14 may also be formed as an ink jet printhead 142 having a nozzle 143 which ejects discrete liquid droplets.
  • the cooling fluid is by means of a
  • Cooling jet generator 14 is sprayed as a cooling jet 16 to the respective, previously heated by the laser beam 7 separation point, wherein the cooling jet 16 vapor of a liquid at a saturation ratio of at least 0.5 or
  • cooling fluid contains vapor of a liquid, i. a gaseous phase of a
  • the cooling jet 16 is an aerosol jet 161, if isolated liquid droplets are used, the cooling jet is a droplet jet 162.
  • thermal stress that is to a high Voltage difference in the glass can lead.
  • the contact angle 83 also called Benet tion angle, is - according to the common definition - the angle between the contact surface 81 of a located on the thin glass surface 103 liquid droplet 8 and a
  • Tangential surface 82 forms at the droplet surface through the three-phase point.
  • This definition of the contact angle 83 means in particular that the contact angle 83, which can generally assume values between 0 and 180 degrees depending on the surface energies of the substances involved, the wetting of the thin glass surface by the droplet being stronger, the smaller the contact angle.
  • the wetting is weaker the greater the contact angle.
  • the property of the liquid droplets contained in the cooling fluid to form with the surface 103 of the thin glass ribbon 1 a contact angle 83 which is smaller than that of water on the same surface thus means, in particular, that the liquid droplets strongly wet the thin glass surface 103.
  • Liquid droplet on the thin glass surface 103 is a controlled distribution of the cooling fluid on the
  • the location of the cooling fluid itself can therefore be precisely defined by the point of incidence of the cooling jet 16, since the droplets are affected by the high wetting Adhere to the glass surface immediately after impact.
  • the relative humidity is then at least 70 percent, more preferably at least 80 percent and still
  • a cooling fluid designed as moist air may e.g.
  • Air source in water flow out and rise in it.
  • the so moistened air can then the
  • Cooling jet generator 14 are supplied.
  • the volume flow ie the amount of cooling fluid per unit of time, which is sprayed by means of the cooling jet generator 14 on the previously heated by the laser beam 7 separation point, on the one hand should not be too low, otherwise the separation process start bad, run unsteady or can break off. On the other hand, the volume flow should not be too high, otherwise a thermal or
  • the volume flow in particular, may depend on the glass thickness of the thin glass ribbon 1. Surprisingly, it has been shown that with increasing glass thickness, a smaller amount of cooling air per unit time can be sufficient.
  • optimal cooling jet flux at a glass thickness of 100 pm is almost zero.
  • a certain cooling jet flow is always cheap. Completely without a cooling jet, the cutting process can become unstable or start badly and it can lead to demolition of the process, in which the crack stops propagating. On the other hand, too high a flow may cause thermally or mechanically Wave formation in the glass lead.
  • the cooling jet flow i. the cooling fluid volume flow
  • a volumetric flow rate of between 0.001 l / h and 0.3 l / h, preferably 0.05 l / h (in particular plus / minus 0.01 l / h) may be particularly be cheap.
  • a volumetric flow rate of between 5pm and 75pm e.g. for a glass thickness of 50pm
  • a flow rate between 0.06 1 / h and 1.0 1 / h, preferably from 0.4 1 / h (especially plus / minus 0.1 1 / h) may be particularly favorable.
  • the surfactant sets the
  • the liquid droplets may contain a monohydric or polyhydric alcohol.
  • Alcohols also generally have a lower surface tension than water.
  • the alcohol (s) may also be used in admixture with water. Especially suitable as
  • Part of the liquid droplets is also
  • Ethylene glycol Its surface tension is not only lower than that of water, but ethylene glycol also has a higher boiling point.
  • the glass surface is sprayed with a cooling fluid whose liquid droplets on the Glass surface have a contact angle of less than 40 °, more preferably less than 20 °.
  • a high boiling point of the liquid phase continues to be favorable.
  • Particularly suitable as a constituent of the liquid droplets in this regard is also ethylene glycol as a dihydric alcohol.
  • Ethylene glycol can be mixed with water in any mixing ratio.
  • the surface tension of ethylene glycol is not only lower than that of water, but
  • ethylene glycol also has a higher
  • Boiling point (197 ° C) on. If the boiling point is increased, the temperature point at which a decrease in the
  • Cooling done by the Leidenfrost effect be shifted to higher temperatures.
  • Scoring device 9 removed from the surface of the thin glass ribbon 1 and thus ends the damage.
  • the corresponding device 2 therefore preferably has a device for removing the scoring device 9 from the surface of the thin glass band 1 after initiation of the stress crack during the crack propagation. Unlike provided in US 2013/0126576 AI, so is preferably only scratched initially. It has been shown that crack propagation after initiation can also be effected solely on the basis of the temperature gradient which can be achieved by heating with the laser beam 7 and subsequent cooling with the cooling fluid.
  • scoring device 9 is preferably a scoring wheel 91, particularly preferably a scoring wheel with a structured scoring ⁇ or pressure surface used.
  • Fig. 1 shows the
  • Cooling fluid begins.
  • the cutting wheel comes with the
  • the glass ribbon is supported on the side facing away from the wheel by a roller 93 as an abutment 12.
  • abutment 12 can also others
  • the levitation pad 3 forms the counter bearing.
  • Pressure force of the scoring wheel 91 is preferably smaller as 4 N, more preferably at less than 1.5 N.
  • the inventive method is particularly for the
  • the glass ribbon 1 has a length of at least 10 meters, in particular in
  • the levitation pad 3 is a compressed fluid by means of a pressure source, such as a pump 33,
  • the compressed fluid preferably supplied air.
  • Levitationsunterlage 3 forms, which carries the thin glass ribbon 1 and stores. Instead of a pump 33 is
  • a reservoir with compressed fluid conceivable.
  • the thin glass ribbon 1 is thus transported floating in the vicinity of the cutting process by gas levitation, so that on the one hand the
  • Ambient air acts as a thermal insulator
  • the entire Rayleighin of the laser focus can be exploited as a cutting area.
  • the volume flow of the levitation transport is adjusted according to the glass thickness and the resulting weight force via the pressure of the compressed fluid to a optimal position of the band in the working volume of the laser 72 set.
  • the transport device 5 comprises according to a
  • Embodiment as also shown in Fig. 1, one or more conveyor belts 50, 51.
  • the transport device 5 acting at least in the levitation pad 3 tensile stress is exerted on the thin glass ribbon 1, wherein the tensile stress in the longitudinal direction 100th the thin glass band is located.
  • the glass ribbon 1 is thus held under tension. This is favorable, among other things, to undefined transport conditions, such as local deformations or changes in altitude
  • the transport units of the transport device 5 preferably comprise one or more conveyor belts.
  • the transport units of the transport device 5 preferably comprise one or more conveyor belts.
  • two conveyor belts wherein the conveyor belt 50 in the transport direction and the conveyor belt 51 in the transport direction behind the levitation pad.
  • Transport belt which in the transport direction in front of the
  • Levitationsunterlage 3 is arranged (in the example of FIG. 1, the conveyor belt 50), a vacuum suction 53, to the thin glass ribbon on the conveyor belt
  • At least 0.5 MPa preferred in order to fix the thin glass ribbon 1 well in its intended vertical position can.
  • Particularly preferred is a tensile stress along the longitudinal direction 100 in the range of 0.8 MPa to 3.5 MPa.
  • a tensile stress along the longitudinal direction 100 in the range of 0.8 MPa to 3.5 MPa.
  • According to one embodiment is in the field of
  • the levitation pad may also have a planar surface 30 or a surface 30 with a curvature axis 31 with a component along the longitudinal direction 100 of the thin glass ribbon 1, preferably parallel to the longitudinal direction 100.
  • a convexly curved surface as shown in FIG. 2 is preferred.
  • Levitationsunterlage 3 which has a curvature axis along the longitudinal direction 100 of the thin glass ribbon 1, shows the perspective view of Fig. 2.
  • Levitationsunterlage 30 with flat or curved parallel to the longitudinal axis convex curved surface leads to a curvature of the thin glass ribbon 1, the axis of curvature also extends in the longitudinal direction 100 of the thin glass ribbon.
  • the bulge of the thin glass results through the course of the pressure field.
  • Fig. 3 shows this schematically in
  • the thickened ribbons 10, 11 are closer to the surface 30, while the center area of the
  • Thin glass bands 1 whose axis of curvature lies in the longitudinal direction 100 of the thin glass band 1. This leads to a mechanical voltage difference between the upper side 101 and lower side 102 of the thin glass band 1. In particular, arises at the
  • Top 101 of the thin glass ribbon 1 a tensile stress G que r with direction transverse, in particular perpendicular to the longitudinal direction 100 of the band.
  • the upper side 101 is the side of the thin glass band 1 facing away from the levitation support 3 and the lower side 102 of the levitation support 3.
  • the direction of the tension G qU he is in Figs. 2 and Fig. 3 to
  • Tension trunks are separated, exercise to the Crack propagation support, even if the curvature and thus the resulting tensile stress are small.
  • the tensile stress transverse to the longitudinal direction causes a crack-expanding force acts on the crack end.
  • Thin glass band 1 is guided so that in the area of
  • Levitation pad 3 is a difference of less than 0.25 MPa between mechanical, acting in the longitudinal direction 100 of the tape stresses on top 101 and bottom 102 is present.
  • a difference of less than 0.25 MPa between mechanical, acting in the longitudinal direction 100 of the tape stresses on top 101 and bottom 102 is present.
  • the ratio ⁇ / ⁇ is less than 0.5.
  • ⁇ is the difference between the longitudinal tensile stresses on the upper side 101 and lower side 102 and ⁇ the tensile stress generated by the applied tensile force in the longitudinal direction.
  • the ratio ⁇ / ⁇ is less than 0.125.
  • Tensile stress on one of the sides of the thin glass strip 1 is particularly suitable for separating the borders Glasses with a low coefficient of thermal expansion.
  • the thermally induced here with laser and cooling fluid tensile stresses are corresponding to the smaller
  • Expansion coefficient lower.
  • this relates to glasses with linear coefficients of thermal expansion CC ⁇ 4 * 10 ⁇ 6 Kr 1 .
  • Such glasses are, for example, alkali-free borosilicate glasses which have a linear
  • Thermal expansion coefficient CC is at least 0.07 * 10 ⁇ 6 MPa * K _1 .
  • the factor CTE denotes the linear coefficient of thermal expansion, E the modulus of elasticity of the glass and ⁇ the temperature difference produced. This stress then leads to crack propagation if it is greater than the minimum breaking stress
  • Fracture toughness and the parameter a the critical crack length.
  • the critical crack length corresponds to half the crack width
  • the fracture toughness Ki c is also considered more critical
  • a temperature difference is generated by means of the laser and the cooling beam, which, with the combination of equations (1) to (3), at least the value having .
  • the device 2 can via a control device
  • control device can, for example, the pressure of the scoring device
  • a power control of the laser a flow control of the cooling jet generator 14, a pressure control for the Levitationsunterlage 3, a
  • a C02 ⁇ laser suitable.
  • two lasers 72 are provided in order to heat the dividing lines for the separation of the borders 10, 11 at both edges of the thin glass ribbon 1.
  • Preferred laser powers are without limitation to a specific laser type in the range up to 200W.
  • Thin glass bands 1 is by the feed by means of
  • Transport device 5 in the focus 71 of the laser such as a C02 ⁇ laser brought and there heated by the registered laser energy to a temperature T ⁇ T g and then rapidly cooled by spraying an aerosol by means of an aerosol generator 141.
  • the aerosol generator 141 and thus the exiting aerosol jet 161 are, according to one embodiment, at an angle in the range of -20 ° to + 20 ° with respect to the surface normal of the laser
  • the aerosol generator 141 is at an angle of 7 ° to the glass ribbon normal
  • Transport direction has.
  • the heated by the laser beam 7 glass can be cooled very quickly again.
  • the distance between laser spot and cooling jet generator 14, or more precisely the distance of the point of incidence 70 of the laser beam 7 to the point of impact of the cooling jet 16 is chosen such that the entire Volume in the thickness direction of the glass ribbon by means
  • the braids 10, 11 according to an embodiment of the invention initially move next to the
  • Thin glass band 1 continue and are then from
  • the crushing rollers finally separated from the thin glass band 1 and fed to a shard bunker.
  • the crushing rollers can be designed raised at two opposite positions, in order to ensure by mechanical stress exaggeration, the continuous opening of the crack.
  • FIGS. 7 to 9 Regardless of whether a cooling fluid is provided or which constituents or phases comprise the cooling fluid, those shown in FIGS. 7 to 9 can be used by way of example
  • Fig. 7 shows an example of a device 2 for
  • Edge regions, in particular of borders 10, 11 of a Thin glass bands 1. The method that can be carried out with the apparatus 2 for separating a thin glass band 1 along its longitudinal direction 100, in this case for separating edge regions, in particular braids 10, 11 of a
  • Thin glass bands 1 is generally based on, without limitation, the use of a cooling jet
  • Thin glass ribbon 1 is guided with a thickness of at most 400 pm along the longitudinal direction 100 by means of a transport device 5 via a Levitationsunterlage 3, wherein in the area of Levitationsunterlage 3 a laser beam 7 is directed to the thin glass ribbon 100, which
  • Thin glass ribbon 1 at the impact point 70 of the laser beam 7 heats up and on which the thin glass ribbon 1 in the longitudinal direction 100 is moved so that the laser beam 7 extends in the longitudinal direction 100 of the thin glass ribbon 1 track 71 and by the local heating in the longitudinal direction 100 along the track 71 of Laser beam 7 to a
  • the transport device 5, which is designed as a roller conveyor in the example of FIG. 7, generally comprises a roller arrangement 180, according to a development of the
  • Roller assembly 180 includes a conveyor roller 182 for
  • Counter roll 184 for pressing the thin glass ribbon 1 to the conveying roller 180.
  • the thin glass ribbon 1 is in each case between the roller assembly 180, in other words between the conveying roller 182 and the counter roller 184th passed along its longitudinal direction 100, preferably without slippage.
  • the thin glass band is thus pushed with a roller assembly 180 at the inlet of the system in this and guided through the system. This allows for safe guidance of the glass ribbon and allows unwanted lateral
  • a cooling fluid can be blown onto the track 71 heated by the laser beam 7 so that the area heated by the laser beam 7 is cooled again and an additional mechanical stress is generated, which causes it to propagate one the glass ribbon 1 in
  • the feed roller 182 of a roller assembly 180 is
  • a drive such as a motor
  • the counter roll 184 provides primarily for the pressure of the thin glass ribbon 1 to ensure sufficient friction for the feed.
  • two counter-rollers 184 can be provided, which in each case roll in the edge region of the thin-glass strip 1.
  • Thin glass bands 1 in the area between the counter rollers 184, ie in Gutglas Symposium Base 3 avoided. Furthermore, optionally a drift control can be provided, in that a different strong pressure by the marginal counter rollers 184 is exercised. In this way, the thin glass ribbon 1 can be controlled if necessary controlled.
  • the conveyor rollers 182 of the roller assemblies 180 in front of and behind the levitation pad 3 may have a coupled drive to provide synchronous feed
  • Tensile stress in the longitudinal direction 100 are exerted on the thin glass ribbon 1.
  • it may be provided to set the feed of the conveyor rollers differently.
  • Fig. 8 shows another example of a device 2 for cutting a thin glass ribbon 1 along its
  • Thin glass bands 1 The method that can be carried out with the apparatus 2 for separating a thin glass band 1 along its longitudinal direction 100, in this case for separating edge regions, in particular braids 10, 11 of a
  • Thin glass bands 1 is based on the fact that a thin glass ribbon 1 with a thickness of at most 400 pm along its
  • Longitudinal direction 100 is guided by means of a transport device 5 via a Levitationsunterlage 3, wherein in the area of Levitationsunterlage 3, a laser beam 7 on the
  • Thin glass ribbon 100 is directed, which heats the thin glass ribbon 1 at the point of impact 70 of the laser beam 7 and on which the thin glass ribbon 1 in the longitudinal direction 100th is moved past, so that the laser beam 7 a in
  • Traces 71 extending longitudinally 100 of the thin glass ribbon 1 and draws by the local heating in the longitudinal direction 100 along the track 71 of the laser beam 7 to a
  • Laser beam 7 heated track 71 are blown, so that the area heated by the laser beam 7 is cooled again and a mechanical stress is generated, which leads to the propagation of the glass ribbon 1 in the longitudinal direction 100 along the track 71 of the laser beam 7 severing stress crack 15.
  • the device 2 shown in FIG. 8 comprises a
  • Blower 190 in juxtaposition to the
  • spreading transverse waves are attenuated, for example, the breaking off of the borders 10, 11, mechanical shocks or guide vibrations
  • This solution can be provided as an alternative or in addition to the embodiment according to FIG. 7 in order to improve the belt stability.
  • blower 190 While the blower 190 is blowing a gas flow onto the top 101 of the thin glass ribbon 1, a gas flow is blown onto the bottom 102 of the thin glass ribbon 1 by the levitation pad 3, so that a total of
  • Blower 190 and the Levitationsunterlage 3 thus form a pneumatic damper for the
  • the fan 190 is powered by a pressure source, e.g. a pump 33, a compressed fluid, preferably supplied to air.
  • a pressure source e.g. a pump 33
  • a compressed fluid preferably supplied to air.
  • the blower 190 may have a plurality of openings on a surface facing the thin glass ribbon 1
  • Levitationsunterlage 3 and the blower 190 may also be connected to the same pump or compressed air source.
  • the volume flow of the blower 190 can thus the levitation pad 3, possibly after deduction of a
  • an apparatus 2 for separating a thin glass ribbon 1 comprises roller assemblies 180 in front of and behind the levitation pad 3, as well as a
  • Blower 190 in juxtaposition to the
  • a method for separating thin glass in particular a thin glass ribbon 1, having a thickness of less than 400 .mu.m, preferably less than 250 .mu.m, provided in which the thin glass along a a parting line forming track 71 along a feed direction, namely the longitudinal direction 100, is heated progressively with a laser beam 7, so that by the thus produced temperature difference of the heated glass to the surrounding glass, a mechanical stress is generated in the glass and a crack in the form of a stress crack 15 following the mechanical stress propagates along the dividing line and the thin glass
  • the laser beam 7 e.g. by means of a beam shaping optics, is shaped so that its
  • Beam profile 73 has an elongated shape, and wherein the laser beam 7 so on the surface of the
  • Thin glass is directed that the longitudinal direction 74 of the beam profile 73 is in the feed direction, and wherein the elongated shape of the beam profile is asymmetrical, so that the intensity profile at the ends 75, 76 of the beam profile 73 differs, such that the increase of the intensity at the the thin glass first sweeping forward end 75 is steeper than the drop in intensity of the opposite rear end 76.
  • 10 shows, by way of example, a beam profile 73 described above, together with the longitudinal direction 100 of the thin glass band 1.
  • the elongate shape of the beam profile is asymmetrical, with the ends 75, 76 of the beam profile
  • Distinguish beam profile wherein the front end 75, which sweeps over the first glass during the feed, is formed by a transversely to the feed direction 100 extending edge 77. Furthermore, the rear end 76 of the beam profile 73 has a steadily decreasing towards the end
  • the beam profile thus also has a shape tapering towards the rear end 76.
  • the beam profile 73 can be elliptical or pointed towards the end 76.
  • the use of such an asymmetric beam profile increases the process stability and thus also the strength and the defined course of the produced glass edges.
  • the shape of the profile can be easily produced, for example, by masking or shadowing one end of the laser spot.
  • a method for separating thin glass in particular a thin glass strip 1, having a thickness of less than 400 ⁇ m, preferably with a thickness in the range of 5 pm to
  • Dividing line 203 forming track 71 is progressively heated, wherein the heating of the glass by the energy of at least one energy source within a
  • Einwirkfeldes 204 this energy source, preferably by the energy of at least one laser beam 7 within the laser spot of this laser beam 7, is carried out on the thin glass, the Einwirkfeld 204 along the dividing line 203 is moved over the thin glass, so that through the
  • Dividing line 203 runs, such that in the portion of this spacing areas of the thin glass adjacent to the dividing line
  • the Einwirkfeld 204 is formed so that when moving the thin glass along the parting line 203, these portions in the direction of movement of the thin glass
  • the method described above can also be prepared in such a way that the thin glass is progressively heated along a track 71 forming a parting line 203, wherein the heating of the glass takes place by means of two energy sources, in particular two laser beams, each in an impact area 211, 212 the Glass, wherein the Einwirkfeld 204 is at least formed by the first and the second impact area, and wherein the energy sources are directed to the glass, that the impact areas 211, 212 are offset in the direction perpendicular to the separation line 203 laterally to each other, wherein the two impact areas 211, 212 in one
  • Dividing line 203 passes through this overlap area 213 and by the temperature difference of the means of
  • Fig. 11 (a) generally shows two impact areas 211, 212 which together form an impact field or zone 204. Due to the mutually oblique orientation of the two impact regions 211, 212, a cutout 214 is located between these two regions. The impact regions 211, 212 overlap in an overlap region 213. Accordingly, the highest energy density is also achieved in this region. The glass now passes through this
  • a portion of the Einwirkfeldes 204 can by a
  • FIG. 11 (b) shows, as an example, an exposure field 204 in FIG. 1 with a v-shaped cutout 214 facing its front, in the transport direction, which separates two subregions 242, 244 of the exposure field 204 so that they are spaced transversely to the parting line 203 the mutually facing edges of the sections run towards each other and in the
  • Such an exposure field 204 may also be generated with a single energy source by:
  • the energy source may be a laser beam, with a portion of the laser spot forming the impingement area being blanked to form the cutout 214.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrennen eines Dünnglasbands (1) mit einer Dicke von höchstens 400 μm entlang einer Längsrichtung (100), bei welchem das Dünnglasband (1) mittels einer Transporteinrichtung (5) entlang dessen Längsrichtung (100) über eine Levitationsunterlage (3) geführt wird, wobei im Bereich der Levitationsunterlage (3) ein Laserstrahl (7) auf das Dünnglasband (100) gerichtet wird, welcher das Dünnglasband (1) am Auftreffpunkt (70) des Laserstrahls (7) aufheizt und an welchem das Dünnglasband (1) in Längsrichtung (100) vorbeibewegt wird, so dass der Laserstrahl (7) eine in Längsrichtung (100) des Dünnglasbands (1) verlaufende Spur (71) zeichnet, und wobei mittels eines Kühlstrahlerzeugers (14) ein Kühlfluid auf die vom Laserstrahl (7) erwärmte Spur (71) geblasen wird, so dass der vom Laserstrahl (7) erwärmte Bereich wieder abgekühlt wird und eine mechanische Spannung erzeugt wird, welche zur Fortpflanzung eines das Glasband (1) in Längsrichtung (100) entlang der Spur (71) des Laserstrahls (7) durchtrennenden Spannungsrisses (15) führt, und wobei das Kühlfluid Dampf der Flüssigkeit bei einem Sättigungsverhältnis von mindestens 0,5 enthält oder Flüssigkeitströpfchen enthält, wobei die Flüssigkeitströpfchen auf der Oberfläche des Dünnglasbands (1) einen Kontaktwinkel bilden, der kleiner als der von Wasser auf derselben Oberfläche ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen von Glas
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein das Zerteilen von Glas. Insbesondere betrifft die Erfindung das Abtrennen von
Borten eines Glasbands. Ein gängiges Verfahren, um Glas zu zerteilen, ist das
Ritzbrechen. Dabei wird mechanisch, typischerweise mit einem Ritzrad eine linienförmige Schädigungszone in das Glas eingebracht. Durch Anwenden einer mechanischen
Spannung kann dann das Glas entlang dieser Schädigungszone leicht zerteilt werden. Nachteilig ist hieran allerdings, dass die Glaskante eines derart gewonnenen Glaselements noch Schädigungen der zuvor erzeugten Schädigungszone aufweisen kann. Da gerade die Kanten besonders kritisch in Bezug auf eine mechanische Beanspruchung des Glases mit Zugspannungen sind, kann ein Zerteilen eines Glases durch Ritzbrechen zu einer deutlichen Herabsetzung der
Festigkeit, insbesondere bei einer Biegebelastung führen.
Flachgläser, insbesondere Dünn- und Dünnstgläser mit Dicken unter 200 Mikrometer werden heutzutage vielfach in Form langer Bänder hergestellt. Herstellungsbedingt,
beispielsweise beim Wiederziehen eines Glasbands aus einer Vorform oder dem Ziehen aus einer Schmelze bilden sich typischerweise am Rand des Glasbands verdickte
Randbereiche, sogenannte Borten aus. Es ist günstig, diese Borten nach der Herstellung des Glasbands abzutrennen, unter anderem, um bei Dünngläsern das Aufwickeln auf eine Rolle oder allgemein die Weiterverarbeitung zu erleichtern. Dadurch können Probleme vermieden werden wie beispielsweise das durch die dickeren Borten bedingte Entstehen
mechanischer Spannungen, die eine Verwindung oder
Verwölbung (sogenannter „Warp") des Dünnglases mit sich bringen.
Aus der US 2013/0126576 AI sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Kantenabtrennung eines dünnen Glasbands bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden mit einer Ritzeinrichtung Anfangsschädigungen in das Glasband eingefügt. Die Ritzeinrichtung ist als Walze mit einem Abrasivmedium ausgeführt, welche Schädigungen quer zur Längsrichtung des Glasbands einfügt. Während das Glasband entlang seiner Längsrichtung über eine gebogene
Levitationsunterlage geführt wird, wird es mittels eines Laserstrahls erhitzt und durch einen Fluid abgekühlt, so dass innerhalb des Glasbands thermische Spannungen
induziert werden. Dadurch reißt das Glasband ausgehend von einer Anfangsschädigung entlang seiner Längsrichtung.
Nachteilig ist hierbei unter anderem, dass die
Anfangsschädigungen teilweise auch in den Qualitätsbereich des Glasbands hineinreichen, so dass randseitige
Schädigungen im zugeschnittenen Dünnglasband verbleiben können .
Die WO 2011/026074 AI beschreibt ein Verfahren zum Einfügen eines Schlitzes in ein Glassubstrat. Bei diesem Verfahren wird ein Laserstrahl auf eine Schädigung gerichtet und über die Glasoberfläche weiterbewegt. Darüber hinaus wird ein Fluidstrahl direkt auf den Laserspot auf der Glasoberfläche gerichtet, so dass das Glas abgekühlt wird, noch bevor die durch den Laserstrahl erzeugte Temperatur vollständig durch die Dicke des Glassubstrats äquilibiert ist. Dadurch ist die thermische Spannung auf einen Teil der Dicke des
Glassubstrats begrenzt und der entstehende Schlitz
erstreckt sich nur teilweise durch die Dicke des
Glassubstrats.
Sowohl bei der Vorrichtung und dem Verfahren aus der US 2013/0126576 AI sowie bei dem Verfahren aus der WO
2011/025074 wird der Ort, an welchem die thermischen
Spannungen zum Auftrennen des Glases erzeugt werden, durch den Auftreffort des Fluids auf der Glasoberfläche bestimmt. Nachteilig an der Vorrichtung und den Verfahren beider zitierter Schriften ist, dass der besagte Auftreffort des Fluids von demjenigen Ort auf der Glasoberfläche abweichen kann, auf den der Fluidstrahl gerichtet ist. Ursächlich dafür ist eine mögliche unkontrollierte Verteilung des Fluids auf der Glasoberfläche nach dem Auftreffen des
Fluidstrahls . Eine präzise Kontrolle des Auftrefforts des Fluids ist zur Bearbeitung von Dünnglasbändern allerdings vorteilhaft, insbesondere um gleichbleibende Kantenqualität und Festigkeit zu gewährleisten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
Dünnglas mit Dicken kleiner als 400 pm, bevorzugt kleiner 200 pm, insbesondere ein Dünnglasband mit verbesserter
Kantenqualität und Festigkeit durch Abtrennung von Borten des Glasbands zu bearbeiten. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer, auch anhand der beigeschlossenen Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen von Glas,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer gewölbten Levitationsunterlage 3 mit darüber geführtem
Dünnglasband,
Fig. 3 in Längsrichtung des Dünnglasbands betrachtet eine Levitationsunterlage mit ebener Oberfläche und darauf gelagertem Dünnglasband,
Fig. 4 ein Flüssigkeitströpfchen auf der Oberfläche des Dünnglasbands,
Fig. 5 einen Aerosolerzeuger,
Fig. 6 einen Tintenstrahldruckkopf,
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer weiteren
Ausführungsform einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen von Glas, Fig. 8 eine schematische Ansicht einer weiteren
Ausführungsform einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen von Glas,
Fig. 9 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen von Glas, Fig. 10 ein asymmetrisches Strahlprofil,
Fig. 11 bevorzugte Formen von Einwirkfeldern. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 2 zum
Auftrennen eines Dünnglasbands 1 entlang seiner
Längsrichtung 100, in diesem Fall zum Abtrennen von
Randbereichen, insbesondere von Borten 10, 11 eines
Dünnglasbands 1. Das mit der Vorrichtung 2 ausführbare Verfahren zum Auftrennen eines Dünnglasbands 1 entlang seiner Längsrichtung 100, in diesem Fall zum Abtrennen von Randbereichen, insbesondere von Borten 10, 11 eines
Dünnglasbands 1 basiert darauf, dass ein Dünnglasband 1 mit einer Dicke von höchstens 400 pm entlang dessen
Längsrichtung 100 mittels einer Transporteinrichtung 5 über eine Levitationsunterlage 3 geführt wird, wobei im Bereich der Levitationsunterlage 3 ein Laserstrahl 7 auf das
Dünnglasband 100 gerichtet wird, welcher das Dünnglasband 1 am Auftreffpunkt 70 des Laserstrahls 7 aufheizt und an welchem das Dünnglasband 1 in Längsrichtung 100
vorbeibewegt wird, so dass der Laserstrahl 7 eine in
Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1 verlaufende Spur 71 zeichnet. Mittels eines Kühlstrahlerzeugers 14 wird ein Kühlfluid auf die vom Laserstrahl 7 erwärmte Spur 71 geblasen, so dass der vom Laserstrahl 7 erwärmte Bereich wieder abgekühlt wird und eine mechanische Spannung erzeugt wird, welche zur Fortpflanzung eines das Glasband 1 in Längsrichtung 100 entlang der Spur 71 des Laserstrahls 7 durchtrennenden Spannungsrisses 15 führt.
Es ist vorgesehen, dass das Kühlfluid Dampf einer
Flüssigkeit bei einem Sättigungsverhältnis von mindestens 0,5 enthält oder Flüssigkeitströpfchen enthält, wobei die Flüssigkeitströpfchen auf der Oberfläche des Dünnglasbands 1 einen Kontaktwinkel bilden, der insbesondere kleiner als der von Wasser auf derselben Oberfläche ist. Als Kühlfluid können beispielsweise Luft mit einer relativen Luftfeuchte von mindestens 50 Prozent, ein Aerosol oder vereinzelte Flüssigkeitströpfchen zum Einsatz kommen. Wie Fig. 5 zeigt, ist der Kühlstrahlerzeuger 14 als ein Aerosolerzeuger 141 ausgebildet, wenn ein Aerosol als Kühlfluid zum Einsatz kommt. Wie Fig. 6 zeigt, kann der Kühlstrahlerzeuger 14 auch als ein Tintenstrahldruckkopf 142 mit einer Düse 143 ausgebildet sein, welche vereinzelte Flüssigkeitströpfchen ausstößt. Das Kühlfluid wird mittels eines
Kühlstrahlerzeugers 14 als Kühlstrahl 16 auf die jeweilige, zuvor vom Laserstrahl 7 erwärmte Trennstelle gesprüht, wobei der Kühlstrahl 16 Dampf einer Flüssigkeit bei einem Sättigungsverhältnis von mindestens 0,5 oder
Flüssigkeitströpfchen enthält. Enthält das Kühlfluid Dampf einer Flüssigkeit, d.h. eine gasförmige Phase einer
verdampften Flüssigkeit, kann es sich insbesondere um einen Luftstrahl mit einer relativen Luftfeuchte von mindestens 50 Prozent handeln. Kommt ein Aerosol zum Einsatz, handelt es sich bei dem Kühlstrahl 16 um einen Aerosolstrahl 161, kommen vereinzelte Flüssigkeitströpfchen zum Einsatz, handelt es sich bei dem Kühlstrahl um einen Tröpfchenstrahl 162.
Ein Kühlfluid, das Dampf oder Flüssigkeitströpfchen
enthält, kann vorgesehen sein, da durch die gasförmige bzw. flüssige Phase des Kühlfluids eine hohe Kühlleistung erreicht werden kann, die wiederum zu einer hohen
thermischen Spannung, das heißt zu einer hohen Spannungsdifferenz im Glas führen kann.
Wie Fig. 4 zeigt, benetzen die ggf. im Kühlfluid
enthaltenen Flüssigkeitströpfchen die Dünnglasoberfläche 103, sobald sie mit dieser in Kontakt kommen. Mitunter kann auch der ggf. im Kühlfluid enthaltende Dampf die
Dünnglasoberfläche 103 benetzen, wenn diese gasförmige Phase bei Kontakt kondensiert. Der Kontaktwinkel 83, auch Benet zungswinkel genannt, ist dabei - entsprechend der gängigen Definition - der Winkel, der sich zwischen der Berührungsfläche 81 eines auf der Dünnglasoberfläche 103 befindlichen Flüssigkeitströpfchens 8 und einer
Tangentialfläche 82 an der Tröpfchenoberfläche durch den Dreiphasenpunkt bildet. Diese Definition des Kontaktwinkels 83 bedeutet insbesondere, dass der Kontaktwinkel 83, der allgemein je nach den Oberflächenenergien der beteiligten Stoffe Werte zwischen 0 und 180 Grad annehmen kann, wobei die Benetzung der Dünnglasoberfläche durch das Tröpfchen umso stärker ist, je kleiner der Kontaktwinkel ist.
Entsprechend ist die Benetzung umso schwächer, je größer der Kontaktwinkel ist. Die Eigenschaft der im Kühlfluid enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, mit der Oberfläche 103 des Dünnglasbands 1 einen Kontaktwinkel 83 zu bilden, der kleiner ist als der von Wasser auf derselben Oberfläche, bedeutet also insbesondere, dass die Flüssigkeitströpfchen, die Dünnglasoberfläche 103 stark benetzen.
Vorteilhaft an einer hohen Benet zungsfähigkeit der
Flüssigkeitströpfchen auf der Dünnglasoberfläche 103 ist eine kontrollierte Verteilung des Kühlfluids auf der
Dünnglasoberfläche 103 nach dem Auftreffen des Kühlstrahls 16. Unter anderem wird durch die hohe Benet zungsfähigkeit der Flüssigkeitströpfchen erreicht, dass der Auftreffort des Kühlstrahls 16 auf der Dünnglasoberfläche 103 in möglichst genauer Übereinstimmung ist mit dem Auftreffort des Kühlfluids selbst. Der Auftreffort des Kühlfluids selbst kann somit durch den Auftreffort des Kühlstrahls 16 präzise definiert werden, da die Tröpfchen durch die hohe Benetzung sofort nach dem Auftreffen an der Glasoberfläche anhaften. Die Möglichkeit, den Auftreffort des Kühlfluids präzise, vorzugsweise vermöge des Kühlstrahls 16,
definieren zu können ist vorteilhaft, da an ebendiesem Ort die thermischen Spannungen erzeugt werden, durch welche das Glas aufgetrennt werden kann. Darüber hinaus wird durch die hohe Benet zungsfähigkeit der Flüssigkeitströpfchen und der daraus resultierenden großen Berührungsfläche 81 mit der Dünnglasoberfläche 103 eine hohe Kühlleistung des
Kühlfluids erreicht.
Als im Kühlfluid enthaltener Dampf einer Flüssigkeit ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Wasserdampf vorgesehen. Handelt es sich bei dem Kühlfluid um Luft, so bezeichnet das Sättigungsverhältnis des
Kühlfluids die relative Luftfeuchtigkeit. Die relative Luftfeuchtigkeit beträgt dann mindestens 70 Prozent, besonders bevorzugt mindestens 80 Prozent und noch
bevorzugter mindestens 90 Prozent.
Ein als feuchte Luft ausgebildetes Kühlfluid kann z.B.
erzeugt werden, indem man trockene Luft aus einer
Druckluftquelle in Wasser ausströmen und darin aufsteigen lässt. Die so angefeuchtete Luft kann dann dem
Kühlstrahlerzeuger 14 zugeführt werden. Der Volumenstrom, d.h. die Kühlfluidmenge pro Zeiteinheit, die mittels des Kühlstrahlerzeugers 14 auf die zuvor vom Laserstrahl 7 erwärmte Trennstelle gesprüht wird, sollte einerseits nicht zu gering gewählt werden, da sonst der Auftrennprozess schlecht starten, instabil verlaufen oder abreißen kann. Andererseits sollte der Volumenstrom nicht zu hoch gewählt werden, da sonst eine thermische bzw.
mechanische Wellenbildung im Glas hervorgerufen werden kann. Der Volumenstrom, kann insbesondere von der Glasdicke des Dünnglasbands 1 abhängen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit zunehmender Glasdicke eine geringere Kühlluftmenge pro Zeiteinheit ausreichen kann.
Es hat sich als günstig herausgestellt, den Fluss des Kühlstrahls, d.h. den Volumenstrom des Kühlfluids, abhängig von der Dicke des Glases zu wählen. Im Speziellen ist es günstig, den Kühlstrahl-Fluss bei einem dünneren Glas höher zu wählen. Wird also im Prozess von einem dickeren Glas auf ein dünneres Glas gewechselt, so wird der Kühlstrahl-Fluss erhöht, und umgekehrt. Insbesondere kann der Fluss auch proportional zur Glasdicke eingestellt werden. So erweist sich bei einer Glasdicke von 50 pm ein Fluss als günstig, der etwa doppelt so hoch ist, wie der Fluss, der besonders geeignet für ein 100 pm dickes Glas. Im Allgemeinen sind sehr niedrige Flüsse bereits ausreichend, wobei der
optimale Kühlstrahl-Fluss bei einer Glasdicke von 100 pm schon fast bei null liegt. Ein gewisser Kühlstrahl-Fluss ist aber stets günstig. Gänzlich ohne Kühlstrahl kann der Schneidprozess instabil werden oder schlecht starten und es kann zu Abrissen des Prozesses kommen, bei welchen sich der Riss nicht weiter fortpflanzt. Ein zu hoher Fluss kann andererseits zu thermisch oder mechanisch verursachter Wellenbildung im Glas führen.
Ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele kann der Kühlstrahl-Fluss , d.h. der Kühlfluid-Volumenstrom,
insbesondere zwischen 0,001 1/h (Liter pro Stunde) und
1,0 1/h betragen. Für Glasdicken zwischen 75pm und 400pm, z.B. für eine Glasdicke von lOOpm (insbesondere plus/minus 10pm) , kann ein Volumenstrom zwischen 0,001 1/h und 0,3 1/h, vorzugsweise von 0,05 1/h (insbesondere plus/minus 0,01 1/h) besonders günstig sein. Für Glasdicken zwischen 5pm und 75pm, z.B. für eine Glasdicke von 50pm
(insbesondere plus/minus 10pm) , kann ein Volumenstrom zwischen 0,06 1/h und 1,0 1/h, vorzugsweise von 0,4 1/h (insbesondere plus/minus 0,1 1/h) besonders günstig sein.
Als Flüssigkeitstropfen des Kühlfluids sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Tensid versehene
Wassertröpfchen geeignet. Das Tensid setzt die
Oberflächenspannung des Wassers herab und erhöht die
Benetzung. Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen
Ausführungsform können die Flüssigkeitströpfchen einen ein- oder mehrwertigen Alkohol enthalten. Auch Alkohole weisen im Allgemeinen eine geringere Oberflächenspannung als Wasser auf. Der oder die Alkohole können auch in Mischung mit Wasser verwendet werde. Besonders geeignet als
Bestandteil der Flüssigkeitströpfchen ist dabei auch
Ethylenglykol . Dessen Oberflächenspannung ist nicht nur geringer als die von Wasser, sondern Ethylenglykol weist darüber hinaus auch einen höheren Siedepunkt auf.
Vorzugsweise wird die Glasoberfläche mit einem Kühlfluid besprüht, dessen Flüssigkeitströpfchen auf der Glasoberfläche einen Kontaktwinkel von weniger als 40°, besonders bevorzugt weniger als 20° aufweisen.
Neben einem kleinen Kontaktwinkel ist weiterhin auch ein hoher Siedepunkt der Flüssigphase günstig. Besonders geeignet als Bestandteil der Flüssigkeitströpfchen ist diesbezüglich auch Ethylenglykol als zweiwertiger Alkohol. Ethylenglykol kann mit Wasser in jedem Mischungsverhältnis gemischt werden. Die Oberflächenspannung von Ethylenglykol ist nicht nur geringer als die von Wasser, sondern
Ethylenglykol weist darüber hinaus auch einen höheren
Siedepunkt (197°C) auf. Wird der Siedepunkt erhöht, kann der Temperaturpunkt, an welchem eine Abnahme der
Kühlleistung durch den Leidenfrost-Effekt erfolgt, zu höheren Temperaturen verschoben werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird mittels einer Ritzeinrichtung 9 am Anfang des Dünnglasbands 1 vor dem Auftreffen des Laserstrahls 7 eine Schädigung,
beziehungsweise ein Initialdefekt eingefügt, welcher durch den Auftreffpunkt 70 des Laserstrahls 7 läuft, um den
Spannungsriss zu initiieren.
Nach dem Initiieren des Spannungsrisses während der
Rissfortpflanzung wird dann vorzugsweise die
Ritzeinrichtung 9 von der Oberfläche des Dünnglasbands 1 entfernt und damit die Schädigung beendet. Die
entsprechende Vorrichtung 2 weist daher vorzugsweise eine Einrichtung auf, um nach dem Initiieren des Spannungsrisses während der Rissfortpflanzung die Ritzeinrichtung 9 von der Oberfläche des Dünnglasbands 1 zu entfernen. Anders als in der US 2013/0126576 AI vorgesehen, wird also vorzugsweise nur anfänglich geritzt. Es hat sich dabei gezeigt, dass eine Rissfortpflanzung nach Initiierung auch alleine aufgrund des Temperaturgradienten, der durch das Aufheizen mit dem Laserstrahl 7 und dem darauffolgenden Abkühlen mit dem Kühlfluid, erfolgen kann.
Als Ritzeinrichtung 9 wird bevorzugt ein Ritzrad 91, insbesondere bevorzugt ein Ritzrad mit strukturierter Ritz¬ oder Andruckfläche verwendet. Fig. 1 zeigt dabei das
Dünnglasband nach dem Einfügen der Initialschädigung in
Form eines Anrisses. Demgemäß sind hier die Ritzrädchen 91 angehoben und berühren die Glasoberfläche nicht mehr. Das Spannungsrisstrennen erfolgt dementsprechend zum
dargestellten Zeitpunkt alleine aufgrund einer
Rissfortpflanzung, wobei der Spannungsriss 15 sich entlang der Bewegungsrichtung des Dünnglasbands 1 fortpflanzt und typischerweise im Bereich des Auftreffbereichs des
Kühlfluids beginnt. Das Schneidrad wird mit der
Glasoberfläche also kurzzeitig in Kontakt gebracht und fügt dem Glasband eine Initialverletzung in Form eines Anrisses zu, während die weitere Rissbildung und Rissfortpflanzung durch den mittels der Erwärmung mit dem Laser und der nachfolgenden Kühlung durch das Kühlfluid erzeugten
Temperaturgradienten erfolgt. Um das definierte Einbringen des Anrisses zu gewährleisten wird das Glasband auf der dem Rädchen abgewandten Seite von einer Walze 93 als Gegenlager 12 unterstützt. Als Gegenlager 12 können auch andere
Einrichtungen oder Mittel zum Einsatz kommen. Möglich ist beispielsweise auch, die Ritzeinrichtung über der
Levitationsunterlage 3 anzuordnen. In diesem Fall bildet dann die Levitationsunterlage 3 das Gegenlager. Die
Andruckkraft des Ritzrads 91 liegt vorzugsweise bei kleiner als 4 N, besonders bevorzugt bei kleiner 1,5 N.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für das
Abtrennen sehr langer Randbereiche oder Borten,
dementsprechend besonders für das randseitige Zuschneiden langer Glasbänder geeignet. Insbesondere ist in
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Glasband 1 eine Länge von mindestens 10 Metern, insbesondere im
Bereich von 10 bis 1000 Metern aufweist, wobei Randbereiche in Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1 abgetrennt werden.
Der Levitationsunterlage 3 wird mittels einer Druckquelle, wie etwa einer Pumpe 33 ein komprimiertes Fluid,
vorzugsweise Luft zugeführt. Das komprimierte Fluid
entweicht durch Öffnungen an dessen dem Dünnglasband 1 zugewandten Oberfläche, so dass sich ein Gaspolster
zwischen dem Dünnglasband 1 und der Oberfläche der
Levitationsunterlage 3 bildet, welches das Dünnglasband 1 trägt und lagert. Anstelle einer Pumpe 33 ist
beispielsweise ein Reservoir mit komprimiertem Fluid denkbar. Weiterhin kann auch ein Reservoir und/oder eine Drossel der Pumpe 33 und der Levitationsunterlage 3
zwischengeschaltet sein, um einen gleichmäßigen
Ausgangsdruck bereitzustellen. Das Dünnglasband 1 wird also in der Umgebung des Schneidprozesses durch Gaslevitation schwebend transportiert, so dass einerseits die
Umgebungsluft als thermischer Isolator wirkt und
andererseits die gesamte Rayleighlänge des Laserfokus als Schneidbereich ausgenutzt werden kann. Vorzugsweise wird der Volumenstrom des Levitationstransportes entsprechend der Glasdicke und der sich daraus ergebenden Gewichtskraft über den Druck des komprimierten Fluids angepasst, um eine optimale Lage des Bandes im Arbeitsvolumen der Laser 72 einzustellen. Für die bevorzugten Glasdicken des
Dünnglasbands 1 von kleiner 400 pm, vorzugsweise kleiner 200 pm, liegt gemäß einer Ausführungsform der Druck des der Levitationsunterlage zugeführten Fluids im Bereich von 0,1 bis 4 bar, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 2 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1,0 bar.
Die Transporteinrichtung 5 umfasst gemäß einer
Ausführungsform, wie auch in Fig. 1 dargestellt, ein oder mehrere Transportbänder 50, 51. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird dabei mittels der Transporteinrichtung 5 eine zumindest im Bereich der Levitationsunterlage 3 wirkende Zugspannung auf das Dünnglasband 1 ausgeübt, wobei die Zugspannung in Längsrichtung 100 des Dünnglasbands liegt. Während des Transportprozesses wird das Glasband 1 also unter Zugspannung gehalten. Dies ist unter anderem günstig, um Undefinierte Transport zustände, wie lokale Deformationen oder Höhenänderungen beim
Levitationstransport zu vermeiden. Dazu wird von den einzelnen Transporteinheiten vor und nach dem
Laserschneidprozess eine vorzugsweise von Einheit zu
Einheit wachsende Zugspannung auf das Band aufgebracht. Die Transporteinheiten der Transporteinrichtung 5 umfassen bevorzugt ein oder mehrere Transportbänder. Im Beispiel der Fig. 1 sind zwei Transportbänder, wobei das Transportband 50 in Transportrichtung vor und das Transportband 51 in Transportrichtung hinter der Levitationsunterlage 3
angeordnet sind. Besonders günstig ist es, wenn ein
Transportband, welches in Transportrichtung vor der
Levitationsunterlage 3 angeordnet ist (im Beispiel der Fig. 1 also das Transportband 50), eine Unterdruckansaugung 53 aufweist, um das Dünnglasband am Transportband
festzusaugen. Dies ermöglicht die Ausübung hinreichend hoher Zugkräfte, ohne dass diese sich gegebenenfalls auf vorgelagerte Prozessschritte, wie beispielsweise einem
Ziehprozess aus einer Schmelze oder einem Vorkörper, oder auch einem Abwickeln des Dünnglasbands von einer Rolle auswirken . Generell, ohne Beschränkung auf das spezielle
Ausführungsbeispiel der Fig. 1, ist es für das
erfindungsgemäße Spannungsrisstrennen günstig, wenn die im Bereich der Levitationsunterlage 3 auf das Dünnglasband 1 ausgeübte Zugspannung in Längsrichtung höchstens 10 MPa beträgt. Weiterhin wird auch eine Zugspannung von
mindestens 0,5 MPa bevorzugt, um das Dünnglasband 1 gut in seiner vorgesehenen vertikalen Lage fixieren zu können. Besonders bevorzugt wird eine Zugspannung entlang der Längsrichtung 100 im Bereich von 0,8 MPa bis 3,5 MPa. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Bereich der
Levitationsunterlage 3, hier speziell im Auftreffbereich des Kühlfluids eine Zugspannung von 2 MPa ausgeübt.
Alternativ zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann die Levitationsunterlage auch eine ebene Oberfläche 30 oder eine Oberfläche 30 mit einer Krümmungsachse 31 mit einer Komponente entlang der Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1, vorzugsweise parallel zur Längsrichtung 100 aufweisen. Insbesondere wird dabei eine wie in Fig. 2 gezeigte konvex gekrümmte Oberfläche bevorzugt. Eine solche
Levitationsunterlage 3, die eine Krümmungsachse entlang der Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1 aufweist, zeigt die perspektivische Ansicht der Fig. 2. Die
Levitationsunterlage 30 mit eben ausgebildeter oder mit Krümmungsachse parallel zur Längsrichtung konvex gekrümmter Oberfläche führt zu einer Wölbung des Dünnglasbands 1, deren Krümmungsachse ebenfalls in Längsrichtung 100 des Dünnglasbands verläuft. Im Falle einer ebenen Oberfläche ergibt sich die Aufwölbung des Dünnglases durch den Verlauf des Druckfeldes. An den gegenüberliegenden Kanten mit den abzutrennenden Borten ist der Druck durch entweichendes Gas geringer, so dass der Abstand zur Levitationsunterlage 3 hier geringer ist. Fig. 3 zeigt hierzu schematisch in
Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1 betrachtet die
Levitationsunterlage 3 mit dem darauf gelagerten
Dünnglasband 1. Die verdickten Borten 10, 11 liegen dichter zur Oberfläche 30, während sich der Mittenbereich des
Dünnglasbands 1 aufwölbt. Bei beiden Ausführungsformen der Fig. 2 und Fig. 3 ergibt sich mithin eine Wölbung des
Dünnglasbands 1, dessen Krümmungsachse in Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1 liegt. Dies führt zu einer mechanischen Spannungsdifferenz zwischen Oberseite 101 und Unterseite 102 des Dünnglasbands 1. Insbesondere entsteht an der
Oberseite 101 des Dünnglasbands 1 eine Zugspannung Gquer mit Richtung quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung 100 des Bands. Als Oberseite 101 wird im Sinne der Erfindung hier die von der Levitationsunterlage 3 abgewandte und als Unterseite 102 die der Levitationsunterlage 3 zugewandte Seite des Dünnglasbands 1 bezeichnet. Die Richtung der Zugspannung GqUer ist in den Fig. 2 und Fig. 3 zur
Erläuterung eingezeichnet. Es ist besonders vorteilhaft, eine solche Zugspannung im Bereich der Levitationsunterlage 3, also dort, wo die Borten 10, 11 durch
Spannungsrisstrennen abgetrennt werden, auszuüben, um die Rissfortpflanzung zu unterstützen, selbst wenn die Wölbung und damit die entstehende Zugspannung nur klein sind. Die Zugspannung quer zur Längsrichtung führt dazu, dass auf das Rissende eine risserweiternde Kraft wirkt.
Demgegenüber sind die Spannungsdifferenzen in
Längsrichtung, anders als bei der aus der US 2013/0126576 AI bekannten Anordnung, nur gering. Zwar wird, wie oben erläutert, das Anlegen einer in Längsrichtung wirkenden Zugkraft bevorzugt, diese wirkt aber gleichermaßen an
Oberseite 101 und Unterseite 102 des Dünnglasbands 1.
Insbesondere ist daher gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das
Dünnglasband 1 so geführt wird, dass im Bereich der
Levitationsunterlage 3 eine Differenz von weniger als 0,25 MPa zwischen mechanischen, in Längsrichtung 100 des Bands wirkenden Spannungen an Oberseite 101 und Unterseite 102 vorliegt . Vorzugsweise gilt weiterhin, dass mit einer in
Längsrichtung ausgeübten Zugkraft auf das Dünnglasband im Bereich der Levitationsunterlage 3 das Verhältnis Δσ/σ kleiner als 0,5 ist. Dabei ist Δσ die Differenz der in Längsrichtung wirkenden Zugspannungen an Oberseite 101 und Unterseite 102 und σ die durch die angelegte Zugkraft in Längsrichtung erzeugte Zugspannung. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis Δσ/σ weniger als 0,125.
Die durch die mit der erfindungsgemäßen Führung des
Dünnglasbands 1 über der Levitationsunterlage 3 bewirkte
Zugspannung an einer der Seiten des Dünnglasbands 1 eignet sich besonders auch für das Abtrennen der Borten bei Gläsern mit geringem Temperaturausdehnungskoeffizienten. Die hier thermisch mit Laser und Kühlfluid induzierten Zugspannungen sind entsprechend des kleineren
Ausdehnungskoeffizienten geringer. Insbesondere betrifft dies Gläser mit linearen Temperaturausdehnungskoeffizienten CC<4*10~6 Kr1. Solche Gläser sind beispielsweise alkalifreie Borosilikatgläser, die einen linearen
Temperaturausdehnungskoeffizienten von kleiner als 3,5*10~6 K 1 aufweisen. Vorzugsweise wird hier im Bereich der
Levitationsunterlage 3, insbesondere am Auftreffpunkt 70 des Laserstrahls 7 durch Wölbung des Dünnglasbands 1 eine Zugspannung senkrecht zur Längsrichtung 100 ausgeübt, so dass das Verhältnis σ/ von Zugspannung σ zu linearem
Temperaturausdehnungskoeffizienten CC mindestens 0,07*10~6 MPa*K_1 beträgt.
Mit der durch die Erwärmung mittels des Lasers und
anschließender Abkühlung durch den Kühlstrahl erzeugten Temperaturdifferenz verbunden ist die mechanische Spannung σ =—CTE■ E■AT
(l) 2
In dieser Gleichung bezeichnet der Faktor CTE den linearen Temperaturausdehnungskoeffizienten, E den Elastizitätsmodul des Glases und ΔΤ die erzeugte Temperaturdifferenz. Diese Spannung führt dann zum Rissfortschritt, wenn sie größer ist als die minimale Bruchspannung
Figure imgf000020_0001
In dieser Beziehung bezeichnet der Parameter Kic die
Bruchzähigkeit und der Parameter a die kritische Risslänge. Die kritische Risslänge entspricht der halben Rissbreite Die Bruchzähigkeit Kic wird auch als kritischer
Spannungsintensität sfaktor bezeichnet. Besonders
vorteilhafte Schneideigenschaften ergeben sich dabei für eine Spannung
σ > -σπ
(3)
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird also mittels des Lasers und des Kühlstrahls eine Temperaturdifferenz erzeugt, welche unter Kombination der Gleichungen (1) bis (3) mindestens den Wert
Figure imgf000021_0001
aufweist .
Die Vorrichtung 2 kann über eine Steuereinrichtung
verfügen, die Steuer- und Regelvorgänge des
erfindungsgemäßen Verfahrens steuert. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise den Andruck der Ritzeinrichtung
und/oder das Entfernen oder Abheben der Ritzeinrichtung steuern. Weitere Beispiele sind eine Leistungsregelung des Lasers, eine Durchflussregelung der Kühlstrahlerzeuger 14, eine Druckregelung für die Levitat ionsunterlage 3, eine
Einstellung einer in Längsrichtung auf das Dünnglasband 1 wirkenden Zugkraft.
Als Laser 72 zur Erzeugung eines Laserstrahls 7 ist
beispielsweise ein C02~Laser geeignet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel sind dabei zwei Laser 72 vorgesehen, um die Trennungslinien zur Abtrennung der Borten 10, 11 an beiden Kanten des Dünnglasbands 1 zu erwärmen. Bevorzugte Laserleistungen liegen dabei, ohne Beschränkung auf einen bestimmten Lasertyp im Bereich bis 200W.
Der initial vorgeschädigte Oberflächenbereich des
Dünnglasbands 1 wird durch den Vorschub mittels der
Transporteinrichtung 5 in den Fokus 71 des Lasers, wie etwa eines C02~Lasers gebracht und dort durch die eingetragene Laserenergie auf eine Temperatur T < Tg erwärmt und anschließend durch Aufsprühen eines Aerosols mittels eines Aerosolerzeugers 141 schnell abgekühlt. Der Aerosolerzeuger 141 und damit der austretende Aerosolstrahl 161 sind gemäß einer Ausführungsform unter einem Winkel im Bereich von - 20° bis +20° gegenüber der Oberflächennormale des
Dünnglasbands, beziehungsweise entsprechend auch der
Normale der Oberfläche der Levitationsunterlage 3 geneigt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Aerosolerzeuger 141 unter einem Winkel von 7° gegen die Glasbandnormale
geneigt. Insbesondere wird eine Neigung bevorzugt, bei welcher der Aerosolstrahl 161 eine
Geschwindigkeitskomponente antiparallel zur
Transportrichtung hat.
Durch die Verwendung eines Kühlfluids, das
Flüssigkeitströpfchen enthält, kann das vom Laserstrahl 7 erwärmte Glas sehr schnell wieder abgekühlt werden. Hierbei ist es günstig, wenn der Abstand zwischen Laserspot und Kühlstrahlerzeuger 14, beziehungsweise genauer der Abstand des Auftreffpunkts 70 des Laserstrahls 7 zum Auftreffpunkt des Kühlstrahls 16 so gewählt wird, dass das gesamte Volumen in Dickenrichtung des Glasbandes mittels
Wärmeleitung durchwärmt wurde.
Nach dem erfindungsgemäß durchgeführten lasergestützten Spannungsrisstrennen bewegen sich die Borten 10, 11 gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zunächst neben dem
Dünnglasband 1 weiter und werden anschließend von
Brechwalzen endgültig vom Dünnglasband 1 getrennt und einem Scherbenbunker zugeführt. Die Brechwalzen können an zwei gegenüberliegenden Positionen erhaben ausgeführt sein, um durch mechanische Spannungsüberhöhung das kontinuierliche Öffnen des Risses zu gewährleisten.
Bei der Bearbeitung langer Dünnglasbänder zeigt sich allgemein, unabhängig von der Art und Weise des Auftrenn- Verfahrens, dass die Führung des Bandes problematisch sein kann, da das Band nur eine geringe Steifigkeit aufweist. Dadurch kann es zum seitlichen Verlaufen des Bands, sowie auch zu wellenförmigen Verbiegungen des Bandes kommen.
Diese Effekte können den Schneidprozess stören und zu Ungenauigkeiten in den Maßen des Bandes führen.
Unabhängig davon, ob ein Kühlfluid vorgesehen wird oder welche Bestandteile bzw. Phasen das Kühlfluid umfasst können die in den Fig. 7 bis Fig. 9 beispielhaft
dargestellten Ausführungsformen vorgesehen sein, mit welchen die vorgenannten Probleme gelöst werden können.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 2 zum
Auftrennen eines Dünnglasbands 1 entlang seiner
Längsrichtung 100, in diesem Fall zum Abtrennen von
Randbereichen, insbesondere von Borten 10, 11 eines Dünnglasbands 1. Das mit der Vorrichtung 2 ausführbare Verfahren zum Auftrennen eines Dünnglasbands 1 entlang seiner Längsrichtung 100, in diesem Fall zum Abtrennen von Randbereichen, insbesondere von Borten 10, 11 eines
Dünnglasbands 1 basiert allgemein, ohne Beschränkung auf die Verwendung eines Kühlstrahls darauf, dass ein
Dünnglasband 1 mit einer Dicke von höchstens 400 pm entlang dessen Längsrichtung 100 mittels einer Transporteinrichtung 5 über eine Levitationsunterlage 3 geführt wird, wobei im Bereich der Levitationsunterlage 3 ein Laserstrahl 7 auf das Dünnglasband 100 gerichtet wird, welcher das
Dünnglasband 1 am Auftreffpunkt 70 des Laserstrahls 7 aufheizt und an welchem das Dünnglasband 1 in Längsrichtung 100 vorbeibewegt wird, so dass der Laserstrahl 7 eine in Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1 verlaufende Spur 71 zeichnet und durch die lokale Aufheizung in Längsrichtung 100 entlang der Spur 71 des Laserstrahls 7 zu einer
Rissfortpflanzung des das Dünnglasband durchtrennenden Spannungsrisses 15 führt.
Die Transporteinrichtung 5, welche im Beispiel der Fig. 7 als Rollenförderer ausgebildet ist, umfasst allgemein eine Walzenanordnung 180, gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung wie im dargestellten Beispiel jeweils unmittelbar vor und hinter der Levitationsunterlage 3. Eine
Walzenanordnung 180 umfasst eine Förderwalze 182 zum
Vorschieben des Dünnglasbands 1 und eine gegenläufige und in Gegenüberstellung zur Förderwalze 182 angeordnete
Gegenwalze 184 zum Andrücken des Dünnglasbands 1 an die Förderwalze 180. Das Dünnglasband 1 wird jeweils zwischen der Walzenanordnung 180 hindurch, mit anderen Worten zwischen der Förderwalze 182 und der Gegenwalze 184 hindurch entlang seiner Längsrichtung 100 vorgeschoben, vorzugsweise ohne Schlupf.
Das Dünnglasband wird demnach mit einer Walzenanordnung 180 am Einlauf der Anlage in diese hineingeschoben und durch die Anlage geführt. Dies erlaubt eine sichere Führung des Glasbands und ermöglicht es, unerwünschte seitliche
Auslenkung sowie Vibrationen zu minimieren. Optional kann ebenso wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 mittels eines Kühlstrahlerzeugers 14 ein Kühlfluid auf die vom Laserstrahl 7 erwärmte Spur 71 geblasen werden, so dass der vom Laserstrahl 7 erwärmte Bereich wieder abgekühlt wird und eine zusätzliche mechanische Spannung erzeugt wird, welche zur Fortpflanzung eines das Glasband 1 in
Längsrichtung 100 entlang der Spur 71 des Laserstrahls 7 durchtrennenden Spannungsrisses 15 führt.
Die Förderwalze 182 einer Walzenanordnung 180 ist
vorzugsweise mit einem Antrieb, etwa einem Motor,
verbunden, während eine Gegenwalze 184 nicht zwangsläufig einen Antrieb benötigt. Die Gegenwalze 184 sorgt in erster Linie für den Andruck des Dünnglasbands 1, um ausreichend Reibung für den Vorschub zu gewährleisten.
Wie in Fig. 7 vereinfacht dargestellt, können insbesondere zwei Gegenwalzen 184 vorgesehen sein, welche jeweils im Randbereich des Dünnglasbands 1 abrollen. Mittels solcher randständiger Gegenwalzen 184 kann ein Zerkratzen des
Dünnglasbands 1 im Bereich zwischen den Gegenwalzen 184, d.h. im Gutglasbereich, vermieden werden. Ferner kann optional eine Driftkontrolle vorgesehen sein, dadurch, dass ein unterschiedlich starker Andruck durch die randständigen Gegenwalzen 184 ausgeübt wird. Auf diese Weise kann das Dünnglasband 1 ggf. kontrolliert gelenkt werden. Die Förderwalzen 182 der Walzenanordnungen 180 vor und hinter der Levitationsunterlage 3 können einen gekoppelten Antrieb aufweisen, um einen synchronen Vorschub zu
gewährleisten . Andererseits kann mittels der beidseits der
Levitationsunterlage 3 angeordneten Walzenanordnungen 180 eine im Bereich der Levitationsunterlage 3 wirkende
Zugspannung in Längsrichtung 100 auf das Dünnglasband 1 ausgeübt werden. Dazu kann vorgesehen sein, den Vorschub der Förderwalzen unterschiedlich einzustellen.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung 2 zum Auftrennen eines Dünnglasbands 1 entlang seiner
Längsrichtung 100, in diesem Fall zum Abtrennen von
Randbereichen, insbesondere von Borten 10, 11 eines
Dünnglasbands 1. Das mit der Vorrichtung 2 ausführbare Verfahren zum Auftrennen eines Dünnglasbands 1 entlang seiner Längsrichtung 100, in diesem Fall zum Abtrennen von Randbereichen, insbesondere von Borten 10, 11 eines
Dünnglasbands 1 basiert darauf, dass ein Dünnglasband 1 mit einer Dicke von höchstens 400 pm entlang dessen
Längsrichtung 100 mittels einer Transporteinrichtung 5 über eine Levitationsunterlage 3 geführt wird, wobei im Bereich der Levitationsunterlage 3 ein Laserstrahl 7 auf das
Dünnglasband 100 gerichtet wird, welcher das Dünnglasband 1 am Auftreffpunkt 70 des Laserstrahls 7 aufheizt und an welchem das Dünnglasband 1 in Längsrichtung 100 vorbeibewegt wird, so dass der Laserstrahl 7 eine in
Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1 verlaufende Spur 71 zeichnet und durch die lokale Aufheizung in Längsrichtung 100 entlang der Spur 71 des Laserstrahls 7 zu einer
Rissfortpflanzung des das Dünnglasband durchtrennenden Spannungsrisses 15 führt. Optional kann mittels eines Kühlstrahlerzeugers 14 ein Kühlfluid auf die vom
Laserstrahl 7 erwärmte Spur 71 geblasen werden, so dass der vom Laserstrahl 7 erwärmte Bereich wieder abgekühlt wird und eine mechanische Spannung erzeugt wird, welche zur Fortpflanzung eines das Glasband 1 in Längsrichtung 100 entlang der Spur 71 des Laserstrahls 7 durchtrennenden Spannungsrisses 15 führt.
Die in Fig. 8 gezeigte Vorrichtung 2 umfasst eine
Gebläseeinrichtung 190 in Gegenüberstellung zur
Levitationsunterlage 3, wobei die Gebläseeinrichtung 190 einen Gasstrom auf die Oberseite 101 des Dünnglasbands 1 bläst. Dadurch können sich über das Dünnglasband 1
ausbreitende transversale Wellen gedämpft werden, die beispielsweise auf das Abbrechen der Borten 10, 11, mechanische Stöße oder Führungserschütterungen
zurückzuführen sein können. Diese Lösung kann alternativ oder zusätzlich zu der Ausführungsform gemäß Fig. 7 vorgesehen sein, um die Bandstabilität zu verbessern.
Während die Gebläseeinrichtung 190 einen Gasstrom auf die Oberseite 101 des Dünnglasbands 1 bläst, wird durch die Levitationsunterlage 3 ein Gasstrom auf die Unterseite 102 des Dünnglasbands 1 geblasen, so dass insgesamt ein
beidseitiges Gaspolster gebildet wird. Die
Gebläseeinrichtung 190 und die Levitationsunterlage 3 bilden demnach einen pneumatischen Dämpfer für das
Dünnglasband 1.
Der Gebläseeinrichtung 190 wird mittels einer Druckquelle, z.B. einer Pumpe 33 ein komprimiertes Fluid, vorzugsweise Luft zugeführt. Ebenso wie die Levitationsunterlage 3 kann die Gebläseeinrichtung 190 kann eine Vielzahl von Öffnungen an einer dem Dünnglasband 1 zugewandten Oberfläche
aufweisen. Das komprimierte Fluid entweicht durch Öffnungen an dessen dem Dünnglasband 1 zugewandten Oberfläche, so dass sich ein Gaspolster zwischen dem Dünnglasband 1 und der Oberfläche der Gebläseeinrichtung 190 bildet, welches als Dämpfer für das Dünnglasband 1 wirkt. Hinsichtlich der Pumpe 33 bzw. alternativer Druckluftquellen gilt das zur Levitationsunterlage 3 Gesagte. Insbesondere können die
Levitationsunterlage 3 und die Gebläseeinrichtung 190 auch mit derselben Pumpe oder Druckluftquelle verbunden sein. Der Volumenstrom der Gebläseeinrichtung 190 kann somit dem der Levitationsunterlage 3, ggf. nach Abzug eines dem
Glasgewicht entsprechenden Anteils, entsprechen.
Bezugnehmend auf Fig. 9 umfasst eine Vorrichtung 2 zum Auftrennen eines Dünnglasbands 1 Walzenanordnungen 180 vor und hinter der Levitationsunterlage 3 sowie eine
Gebläseeinrichtung 190 in Gegenüberstellung zur
Levitationsunterlage 3. In dem in Fig. 9 gezeigten Beispiel wird das Dünnglasband 1 nach Verlassen der Walzenanordnung 180 hinter der Levitationsunterlage 3, d.h. nach dem
Auftrennprozess , zur Entkopplung in eine Schlaufe 195 geführt und danach auf eine Rolle 200 aufgewickelt.
Besonders für die Trennung dünner Gläser erweisen sich weiterhin bestimmte Strahlprofile als günstig, um einen Temperaturgradienten zwischen Oberseite 101 und Unterseite 102 zu erzeugen. Ein solcher Temperaturgradient ist
besonders vorteilhaft, um eine hohe Richtungsstabilität bei der Rissfortpflanzung zu erzielen.
Dazu ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung allgemein, ohne Beschränkung auf die Verwendung eines Kühlstrahls ein Verfahren zum Trennen von Dünnglas, insbesondere eines Dünnglasbands 1, mit einer Dicke kleiner als 400 pm, vorzugsweise kleiner als 250 pm, vorgesehen, bei welchem das Dünnglas entlang einer eine Trennlinie bildende Spur 71 entlang einer Vorschubrichtung, nämlich der Längsrichtung 100, fortschreitend mit einem Laserstrahl 7 erwärmt wird, so dass durch den so hergestellten Temperaturunterschied des erwärmten Glases zum umgebenden Glas eine mechanische Spannung im Glas erzeugt wird und ein Riss in Form eines Spannungsrisses 15 sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie fortpflanzt und das Dünnglas
durchtrennt, wobei der Laserstrahl 7, z.B. mittels einer Strahlformungsoptik, so geformt wird, dass dessen
Strahlprofil 73 eine langgestreckte Form aufweist, und wobei der Laserstrahl 7 so auf die Oberfläche des
Dünnglases gerichtet wird, dass die Längsrichtung 74 des Strahlprofils 73 in Vorschubrichtung liegt, und wobei die langgestreckte Form des Strahlprofils asymmetrisch ist, so dass sich der Intensitätsverlauf an den Enden 75, 76 des Strahlprofils 73 unterscheidet, derart, dass der Anstieg der Intensität an dem das Dünnglas zuerst überstreichenden vorderen Ende 75 steiler ist, als der Abfall der Intensität des gegenüberliegenden hinteren Endes 76. Fig. 10 zeigt beispielhaft ein vorstehend beschriebenes Strahlprofil 73 zusammen mit der Längsrichtung 100 des Dünnglasbands 1. Die langgestreckte Form des Strahlprofils ist asymmetrisch wobei sich die Enden 75, 76 des
Strahlprofils unterscheiden, wobei das vordere Ende 75, welches beim Vorschub das Glas zuerst überstreicht, durch eine quer zur Vorschubrichtung 100 verlaufende Kante 77 gebildet wird. Weiterhin weist das hintere Ende 76 des Strahlprofils 73 eine stetig zum Ende hin abfallende
Intensität auf. Das Strahlprofil weist damit auch eine zum hinteren Ende 76 hin zulaufende Form auf. Beispielsweise kann das Strahlprofil 73 zum Ende 76 hin elliptisch oder spitz zulaufen. Die Verwendung eines solchen asymmetrischen Strahlprofils erhöht die Prozessstabilität und damit auch die Festigkeit und den definierten Verlauf der hergestellten Glaskanten. Die Form des Profils kann in einfacher Weise beispielsweise durch Maskieren oder Abschatten eines Endes des Laserspots hergestellt werden.
Außerdem ist es günstig, das Strahlprofil und damit das Temperaturprofil so auszubilden, dass eine Führung der Rissfortpflanzung erzielt wird, so dass der Riss stabil der Vorschubrichtung folgt und nicht seitlich ausbricht. Auch dies erweist sich gerade bei dünnen Gläsern als schwierig, da der Spannungsgradient, der durch die Erwärmung aufgebaut werden kann, ohnehin kleiner ist, als bei dicken Gläsern. Hierzu ist gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ein Verfahren zum Trennen von Dünnglas, insbesondere eines Dünnglasbands 1, mit einer Dicke kleiner als 400 pm, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 5 pm bis
150 pm, bei welchem das Dünnglas entlang einer eine
Trennlinie 203 bildenden Spur 71 fortschreitend erwärmt wird, wobei das Erwärmen des Glases durch die Energie zumindest einer Energiequelle innerhalb eines
Einwirkfeldes 204 dieser Energiequelle, vorzugsweise durch die Energie zumindest eines Laserstrahls 7 innerhalb des Laserspots dieses Laserstrahls 7, auf dem Dünnglas erfolgt, wobei das Einwirkfeld 204 entlang der Trennlinie 203 über das Dünnglas bewegt wird, so dass durch den
Temperaturgradienten des mittels der zumindest einen
Energiequelle aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas eine mechanische Spannung im Glas erzeugt wird, durch welche ein Riss in Form eines Spannungsrisses 15 sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie 203 fortpflanzt, und wobei zwei Teilbereiche des Einwirkfelds 204 lateral beabstandet zur Trennlinie 203 sind, und im Einwirkfeld 204 einen Ausschnitt 214 einrahmen, durch welchen die
Trennlinie 203 läuft, derart, dass im Abschnitt dieser Beabstandung Bereiche des Dünnglases neben der Trennlinie
203 stärker erwärmt werden, als Bereiche auf der Trennlinie 203, und wobei das Einwirkfeld 204 so geformt ist, dass bei Bewegung des Dünnglases entlang der Trennlinie 203 diese Teilbereiche in Bewegungsrichtung des Dünnglases
zusammenlaufen und sich auf der Trennlinie 203 treffen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann insbesondere auch derart hergerichtet sein, dass das Dünnglas entlang einer eine Trennlinie 203 bildenden Spur 71 fortschreitend erwärmt wird, wobei das Erwärmen des Glases mittels zweier Energiequellen, insbesondere zweier Laserstrahlen, erfolgt, welche jeweils in einem Auftreffgebiet 211, 212 auf das Glas treffen, wobei das Einwirkfeld 204 zumindest von dem ersten und dem zweiten Auftreffgebiet gebildet wird, und wobei die Energiequellen so auf das Glas gerichtet werden, dass die Auftreffgebiete 211, 212 in Richtung senkrecht zur Trennlinie 203 lateral zueinander versetzt sind, wobei die beiden Auftreffgebiete 211, 212 sich in einem
Überlappungsgebiet 213 überschneiden, so dass die
Trennlinie 203 durch dieses Überlappungsgebiet 213 läuft und durch den Temperaturunterschied des mittels der
Energiequellen aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas, insbesondere zum entlang der Trennlinie 203 in das
Überlappungsgebiet einlaufenden Glas eine mechanische
Spannung im Glas erzeugt wird, durch welche ein Riss in Form eines Spannungsrisses 15 sich der mechanischen
Spannung folgend entlang der Trennlinie 203 fortpflanzt.
Fig. 11 (a) zeigt allgemein zwei Auftreffgebiete 211, 212, die zusammen ein Einwirkfeld oder Einwirkzone 204 bilden. Aufgrund der zueinander schrägen Ausrichtung der beiden Auftreffgebiete 211, 212 befindet sich zwischen diesen beiden Gebieten ein Ausschnitt 214. Die Auftreffgebiete 211, 212 überlappen sich in einem Überlappungsbereicht 213. In diesem Bereich wird dementsprechend auch die höchste Energiedichte erzielt. Durchläuft das Glas nun diesen
Überlappungsbereich 213, kommt es zu einem sehr steilen Temperaturanstieg gegenüber dem kalten Glas, welches entlang der Trennlinie 203 in den Überlappungsbereich einläuft. Entsprechend kommt es hier zu einem hohen
Spannungsgradienten und der Fortpflanzung des Risses. Die beiden nicht überlappenden Bereiche der Auftreffgebiete sorgen nun für eine stabile Führung des Risses. Bei einer Abweichung des Verlaufs von der Trennlinie sinkt durch die ebenfalls vorhandene Aufheizung des Glases in diesen
Gebieten der Temperatur- und damit der Spannungsgradient .
Ein Teil des Einwirkfeldes 204 kann durch eine
Maskierungseinrichtung (hier nicht gezeigt) maskiert werden, wodurch der Ausschnitt 214 gebildet wird. Fig. 11 (b) zeigt als Beispiel ein Einwirkfeld 204 in mit einem mit seinem vorderen, in Transportrichtung zeigenden v-förmigen Ausschnitt 214, welcher zwei Teilbereiche 242, 244 des Einwirkfelds 204 trennt, so dass diese quer zur Trennlinie 203 beabstandet sind, wobei die einander zugewandten Ränder der Teilbereiche aufeinander zu laufen und sich im
Schnittpunkt der Trennlinie 203 mit dem Einwirkfeld 204 treffen. Ein solches Einwirkfeld 204 kann auch mit einer einzelnen Energiequelle erzeugt werden, indem
beispielsweise wie gesagt eine Maskierung vorgenommen wird. Beispielsweise kann die Energiequelle ein Laserstrahl sein, wobei ein Teil des das Auftreffgebiet bildenden Laserspots ausgeblendet wird, um den Ausschnitt 214 zu bilden.

Claims

Patentansprüche :
Verfahren zum Auftrennen eines Dünnglasbands (1) mit einer Dicke von höchstens 400 pm entlang einer
Längsrichtung (100) des Dünnglasbands (1),
vorzugsweise zum Abtrennen von Randbereichen,
insbesondere von Borten (10, 11) des Dünnglasbands
(1), wobei das Dünnglasband (1) mittels einer
Transporteinrichtung (5) entlang dessen Längsrichtung
(100) über eine Levitationsunterlage (3) geführt wird, wobei im Bereich der Levitationsunterlage (3) ein Laserstrahl (7) auf das Dünnglasband (100) gerichtet wird, welcher das Dünnglasband (1) am Auftreffpunkt
(70) des Laserstrahls (7) aufheizt und an welchem das Dünnglasband (1) in Längsrichtung (100) vorbeibewegt wird, so dass der Laserstrahl (7) eine in
Längsrichtung (100) des Dünnglasbands (1) verlaufende Spur (71) zeichnet, und wobei mittels eines
Kühlstrahlerzeugers (14) ein Kühlfluid auf die vom Laserstrahl (7) erwärmte Spur (71) geblasen wird, so dass der vom Laserstrahl (7) erwärmte Bereich wieder abgekühlt wird und eine mechanische Spannung erzeugt wird, welche zur Fortpflanzung eines das Glasband (1) in Längsrichtung (100) entlang der Spur (71) des
Laserstrahls (7) durchtrennenden Spannungsrisses (15) führt, und wobei das Kühlfluid Dampf einer Flüssigkeit bei einem Sättigungsverhältnis von mindestens 0,5 enthält oder Flüssigkeitströpfchen enthält, wobei die Flüssigkeitströpfchen auf der Oberfläche des
Dünnglasbands (1) einen Kontaktwinkel bilden, der kleiner als der von Wasser auf derselben Oberfläche ist . Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstrahlerzeuger (14) als ein Aerosolerzeuger (141) ausgebildet ist, der als Kühlfluid ein Aerosol auf die vom Laserstrahl (7) erwärmte Spur bläst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstrahlerzeuger (14) als ein
Tintenstrahldruckkopf (142) ausgebildet ist, der als Kühlfluid Flüssigkeitströpfchen auf die vom
Laserstrahl (7) erwärmte Spur sprüht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer
Ritzeinrichtung (9) am Anfang des Dünnglasbands (1) vor dem Auftreffen des Laserstrahls (7) ein
Initialdefekt eingefügt wird, welcher durch den
Auftreffpunkt (70) des Laserstrahls (7) läuft, um den Spannungsriss zu initiieren.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Initiieren des
Spannungsrisses während der Rissfortpflanzung die Ritzeinrichtung (9) von der Oberfläche des
Dünnglasbands (1) entfernt und damit die Schädigung beendet wird.
Verfahren gemäß einem der zwei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzeinrichtung (9) ein Ritzrad (91) umfasst, wobei die Andruckkraft des Ritzrads (91) beim Einbringen des Initialdefekts kleiner als 4 N, bevorzugt kleiner 1,5 N beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Borten (10, 11) von einem Dünnglasband (1) mit einer Länge von mindestens 10 Metern, insbesondere im Bereich von 10 bis 1000 Metern in Längsrichtung (100) des Dünnglasbands (1)
abgetrennt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Levitationsunterlage (3) ein Fluid zugeführt wird, welches einen Druck im Bereich von 0,1 bis 4 bar, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 2 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1,0 bar aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der
Transporteinrichtung (5) eine zumindest im Bereich der Levitationsunterlage (3) wirkende Zugspannung in
Längsrichtung (100) auf das Dünnglasband (1) ausgeübt wird .
Verfahren gemäß einem der zwei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der
Levitationsunterlage (3) auf das Dünnglasband (1) eine Zugspannung in Längsrichtung im Bereich von 0,5 MPa bis 10 MPa, vorzugsweise im Bereich von 0,8 MPa bis 3,5 MPa ausgeübt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnglasband (1) zwischen einer Walzenanordnung (180) hindurch entlang seiner Längsrichtung (100) vorgeschoben wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnglasband (1) zwischen Walzenanordnungen (180) beidseits der
Levitationsunterlage (3) hindurch entlang seiner Längsrichtung (100) vorgeschoben wird, insbesondere derart, dass eine im Bereich der Levitationsunterlage (3) wirkende Zugspannung in Längsrichtung (100) auf das Dünnglasband (1) ausgeübt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (101) des Dünnglasbands im Bereich der Levitationsunterlage (3) mit einem Gasstrom angeblasen wird, insbesondere, um sich über das Dünnglasband (1) ausbreitende
transversale Wellen zu dämpfen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlfluid aufgesprüht wird, dessen Flüssigkeitströpfchen
- mit Tensid versehenes Wasser und/oder
- einen ein- oder mehrwertigen Alkohol, vorzugsweise Ethylenglykol enthalten.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasoberfläche mit einem Kühlfluid besprüht wird, dessen
Flüssigkeitströpfchen auf der Glasoberfläche einen Kontaktwinkel von weniger als 40°, besonders bevorzugt weniger als 20° aufweisen. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnglasband (1) so geführt wird, dass im Bereich der Levitationsunterlage
(3) eine Differenz von weniger als 0,25 MPa zwischen mechanischen, in Längsrichtung (100) des Dünnglasbands
(1) wirkenden Spannungen an Oberseite (101) und
Unterseite (102) vorliegt. 17. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass auf das Dünnglasband (1) eine Zugkraft in Längsrichtung (100) ausgeübt wird, wobei im Bereich der Levitationsunterlage (3) das Verhältnis Δσ/σ kleiner als 0,5, vorzugsweise kleiner als 0,125 ist, wobei Δσ die Differenz der in Längsrichtung wirkenden Zugspannungen an Oberseite (101) und
Unterseite (102) und σ die durch die angelegte
Zugkraft in Längsrichtung (100) erzeugte Zugspannung bezeichnen .
18. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass durch Wölbung des
Dünnglasbands (1) am Auftreffpunkt (70) des
Laserstrahls (7) eine Zugspannung senkrecht zur
Längsrichtung des Dünnglasbands (100) ausgeübt wird, so dass das Verhältnis σ/ von Zugspannung σ zu linearem Temperaturausdehnungskoeffizienten CC
mindestens 0,07*10~6 MPa*^1 beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz ΔΤ, die durch das Aufheizen mittels des Laserstrahls (7) und das Abkühlen mittels des Kühlfluids erreicht wird, mindestens den Wert ΔΓ = (7 · Klc) /(5· '2■ CTE- E) annimmt, wobei der Parameter Kic die Bruchzähigkeit, der Parameter a die kritische Risslänge, der Faktor CTE den linearen Temperaturausdehnungskoeffizienten und E den Elastizitätsmodul des Glases bezeichnet.
20. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (7) so geformt wird, dass dessen Strahlprofil (73) eine langgestreckte Form aufweist, und wobei der
Laserstrahl (7) so auf die Oberfläche des Dünnglases gerichtet wird, dass die Längsrichtung (74) des
Strahlprofils (73) in Vorschubrichtung liegt, und wobei die langgestreckte Form des Strahlprofils asymmetrisch ist, so dass sich der Intensitätsverlauf an den Enden (75, 76) des Strahlprofils (73)
unterscheidet, derart, dass der Anstieg der Intensität an dem das Dünnglas zuerst überstreichenden vorderen Ende (75) steiler ist, als der Abfall der Intensität des gegenüberliegenden hinteren Endes (76) .
21. Vorrichtung (2) zum Auftrennen eines Dünnglasbands (1) mit einer Dicke von höchstens 400 pm entlang einer Längsrichtung (100) des Dünnglasbands (1),
insbesondere zum Abtrennen von Randbereichen,
insbesondere von Borten (10, 11) des Dünnglasbands (1), ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welche eine Levitat ionsunterlage (3) und eine Transporteinrichtung
(5) umfasst, um das Dünnglasband (1) entlang dessen Längsrichtung (100) über die Levitat ionsunterlage (3) zu führen, wobei die Vorrichtung (2) einen Laser (72) umfasst, um im Bereich der Levitationsunterlage (3) ein Laserstrahl (7) auf das Dünnglasband (100) zu richten und das Dünnglasband (1) am Auftreffpunkt (70) des Laserstrahls (7) aufzuheizen, so dass der
Laserstrahl (7) eine in Längsrichtung (100) des
Dünnglasbands (1) verlaufende Spur (71) zeichnet, wenn das Dünnglasband (1) mittels der Transporteinrichtung
(5) am Laserstrahl (7) in Längsrichtung (100)
vorbeibewegt wird, und wobei die Vorrichtung (2) weiterhin einen Kühlstrahlerzeuger (14) aufweist, um ein Kühlfluid auf die vom Laserstrahl (7) erwärmte Spur (71) zu blasen, so dass der vom Laserstrahl (7) erwärmte Bereich wieder abgekühlt wird und eine mechanische Spannung erzeugt wird, welche zur
Fortpflanzung eines das Glasband (1) in Längsrichtung
(100) entlang der Spur (71) des Laserstrahls (7) durchtrennenden Spannungsrisses (15) führt, und wobei die Vorrichtung (2) weiterhin zumindest ein
Flüssigkeitsreservoir umfasst, das eine Flüssigkeit beinhaltet, die zur Erzeugung eines Kühlfluids
vorgesehen ist, das Dampf der Flüssigkeit bei einem Sättigungsverhältnis von mindestens 0,5 enthält oder Flüssigkeitströpfchen enthält, wobei die
Flüssigkeitströpfchen auf der Oberfläche des
Dünnglasbands (1) einen Kontaktwinkel bilden, der kleiner als der von Wasser auf derselben Oberfläche ist . 22. Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstrahlerzeuger (14) als ein Aerosolerzeuger (141) ausgebildet ist, der als Kühlfluid ein Aerosol auf die vom Laserstrahl (7) erwärmte Spur bläst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstrahlerzeuger (14) als ein
Tintenstrahldruckkopf (142) ausgebildet ist, der als Kühlfluid Flüssigkeitströpfchen auf die vom
Laserstrahl (7) erwärmte Spur bläst.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Levitationsunterlage (3) eine ebene Oberfläche (30) oder eine Oberfläche (30) mit einer Krümmungsachse mit einer Komponente entlang der Längsrichtung (100) des Dünnglasbands (1) aufweist .
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung
(5) eine Walzenanordnung (180) umfasst, wobei die Walzenanordnung (180) zumindest eine Förderwalze (182) zum Vorschieben des Dünnglasbands (1) und zumindest eine gegenläufige und in Gegenüberstellung zur
Förderwalze (182) angeordnete Gegenwalze (184) zum Andrücken des Dünnglasbands (1) an die Förderwalze
(180) umfasst, um das Dünnglasband (1) zwischen der Förderwalze (182) und der Gegenwalze (184) hindurch entlang seiner Längsrichtung (100) vorzuschieben.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (5) Walzenanordnungen (180) beidseits der
Levitationsunterlage (3) umfasst, insbesondere, um eine im Bereich der Levitationsunterlage (3) wirkende Zugspannung in Längsrichtung (100) auf das
Dünnglasband (1) auszuüben.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend eine Gebläseeinrichtung (190) in
Gegenüberstellung zur Levitationsunterlage (3) , wobei die Gebläseeinrichtung (190) einen Gasstrom auf die Oberseite (101) des Dünnglasbands (1) bläst,
insbesondere, um sich über das Dünnglasband (1) ausbreitende transversale Wellen zu dämpfen.
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