WO2016156234A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen trennen von glas - Google Patents

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WO2016156234A1
WO2016156234A1 PCT/EP2016/056612 EP2016056612W WO2016156234A1 WO 2016156234 A1 WO2016156234 A1 WO 2016156234A1 EP 2016056612 W EP2016056612 W EP 2016056612W WO 2016156234 A1 WO2016156234 A1 WO 2016156234A1
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WO
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glass
thin glass
dividing line
impact
thin
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PCT/EP2016/056612
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Jürgen Vogt
Thomas Rossmeier
Dirk Förtsch
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Schott Ag
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    • C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam

Definitions

  • the invention generally relates to the cutting of glass.
  • the invention relates to the cutting of glass by stress risers.
  • Retraction of a glass ribbon from a preform or drawing from a melt typically form edge regions thickened at the edge of the glass ribbon
  • 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 jet of fluid 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 is completely equilibrated by the thickness of the glass substrate.
  • the thermal stress is limited to a part of the thickness of the
  • Glass substrate Glass edges produced by laser-induced stress cracking typically have no or very few damage, especially at the corners of the edge profile. Now the strength of a glass and its
  • edges made with laser-induced tension riser should inherently have a high strength and thus produced
  • Breaking strength which however varies greatly from sample to sample, can be a higher
  • C0 2 lasers are preferably used. The procedure was originally for the
  • Stress crack causes necessary heat energy to generate the voltage gradient only via the power of the heat source above the surface of the beam geometry into the glass. So far, this is done by means of a specific beam geometry, as well as an adjustable and variable power density. Due to the two-dimensional extent of the laser spot on the surface of the glass, on which almost the entire power of the laser is absorbed, there are no sharp temperature gradients. These are more or less diffuse depending on local power density and thermal conductivity. This can then lead to the fact that the drive of the stress crack does not take place exactly on the intended track. The same applies in the opposite case also for the targeted cooling of the glass surface.
  • the invention is therefore based on the object, the
  • Laying voltage gradients in the plane of the glass, according to the invention at least one energy source with a Einwirkfeld or a Einwirkzone provided.
  • the glass to be cut thus absorbs the energy and is heated very quickly due to its small thickness.
  • the heat conduction begins in the volume of
  • a method for separating thin glass with a thickness of less than 1.2 mm, preferably with a thickness in the range of 5 ⁇ m to 150 ⁇ m, is provided, in which the thin glass is separated by a dividing line
  • the Einwirkfeld is moved along the parting line on the thin glass, so that by the temperature gradient of the heated by the at least one energy source glass to the surrounding glass, a mechanical stress is generated in the glass, through which propagates a crack of the mechanical stress along the dividing line, and wherein two portions of the Einwirkfeldes laterally spaced from the dividing line and in the Einwirkfeld a cutout
  • the impact field thus has a shape in which its front end, which first sweeps the glass in the cutting process, has two forwardly projecting, converging on the intended parting line areas.
  • Einwirkfeld has in this way at the front end a convex cut, or a section through which the dividing line passes.
  • the invention provides a method of separating thin glass having a thickness smaller than 1.2 mm, in which the thin glass is separated along a parting line is heated progressively, wherein the heating of the glass takes place by means of two energy sources, which each meet in a Text Economics capable on the glass and heat it up.
  • the two impact areas here form the Einwirkfeld or the Einwirkzone.
  • Energy sources are directed onto the glass so that the impact areas are offset laterally in the direction perpendicular to the separation line. These impact areas laterally offset from each other transversely to the dividing line lead accordingly to a high tension in a lateral direction transversely to the dividing line. This also allows the safe
  • the two energy sources can hit the glass in time intervals.
  • the impact areas are in particular also arranged side by side, transversely to the cutting direction.
  • the areas have the same form and intensity according to a development of the invention.
  • the thin glass is then preferably cooled with a cooling jet, the cooling jet continuing to be directed onto the glass so that its point of incidence lies on the dividing line.
  • the crack propagation already takes place by the heating in the overlap area and the associated temperature difference to the surrounding glass.
  • the cooling jet is used in particular that already through
  • the procedure can generally be applied to thin glasses with a
  • Thickness of 1.2 millimeters or less can be applied. However, particular advantages are found in very thin glasses with thicknesses in the range from 5 ⁇ m to 150 ⁇ m,
  • the cooling jet may be a gas jet, in particular a
  • Air jet, or even an aerosol beam are air-water and air / alcohol mixtures.
  • the cooling jet may be a liquid jet or a droplet jet.
  • the droplet jet can be easily generated by means of an inkjet printhead. It has turned out to be favorable to the flow of
  • Cooling jet i. to choose the volume flow of the cooling fluid depending on the thickness of the glass.
  • the flow can also be adjusted in proportion to the glass thickness.
  • a glass thickness of 50 pm a flow which is about twice as high as the flux, which is particularly suitable for a glass of 100 ⁇ m, proves to be favorable.
  • very low flows are already sufficient, with the
  • 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.
  • too high a flow can lead to thermal or mechanical wave formation in the glass.
  • Energy maxima can be determined by beam geometry, laser power, positioning of both laser beams,
  • Feed rate and possibly other more adapted are also adapted.
  • a device for separating thin glass with a thickness less than 1.2 mm, preferably with a thickness in the range of 5 pm to
  • 150 pm comprising at least one energy source and means for causing the energy of the energy source to act on the thin glass in an exposure field so that the thin glass is heated in the region of the exposure field, and wherein a feeding device is provided for the thin glass and the impact field relative to each other to move along a designated dividing line, so that by the temperature difference of the heated by the energy sources glass to the surrounding glass, a mechanical stress is generated in the glass, through which a crack following the mechanical stress along the dividing line is provided, wherein a device is provided which generates the Einwirkfeld with a shape, which two
  • Dividing line which fringe in the Einwirkfeld a section through which the dividing line runs, such that in the portion of this spacing regions of the thin glass adjacent the dividing line are heated more than areas on the dividing line, so that when moving the thin glass along the dividing line, these partial areas in
  • Moving direction of the thin glass converge and meet on the dividing line.
  • a corresponding device for separating thin glass accordingly has a device for providing at least two energy sources
  • a feed device is provided in order to move the thin glass and the impact regions relative to one another along an intended separation line, so that the temperature difference between the glass heated by the energy sources and the surrounding glass, in particular along the parting line into the overlap region
  • incoming glass is a mechanical stress generated in the glass, through which a crack propagates following the mechanical stress along the dividing line.
  • a cooling jet generator is according to a preferred
  • the feed ultimately depends on the relative movement of glass and energy sources to each other. Accordingly, it is both possible to keep the energy sources stationary and move the thin glass or vice versa
  • the impact areas are mirror-symmetrical to one another, with a mirror axis that runs along the path.
  • a particularly high symmetry is achieved when the
  • Dividing line, or the path represents the reflection axis and also the impact area of the cooling jet is on the path.
  • the crack generated by the method may be a crack, which thus does not yet split the thin glass.
  • Cutting can then be done by applying a bending moment to the dividing line.
  • the invention then corresponds to scratching.
  • the crack can in particular also completely cut through the thickness of the thin glass, so that after the crack propagation the glass is cut at the crack.
  • a particularly suitable geometry for generating the high mechanical stresses in the glass is achieved by impact areas, the inner, mutually facing edges extending obliquely to the dividing line, such that for a given point on the dividing line in the progressing along the dividing line heating these inner edges run to the point. If this point is crossed by the inner edges, the overlap area begins, which then passes over the point.
  • Very suitable energy sources are laser beams.
  • the two laser beams as energy sources can originate from a single laser and, for example, through Beam splitting of a single beam of the laser can be generated.
  • the facility includes
  • the laser is in particular an infrared laser, whose light is already absorbed in very close to the surface regions of the glass. This is especially true for glass above 3 pm. Very suitable is a CC> 2 laser. This laser type emits infrared radiation with wavelengths greater than 5 pm, which leads to a very high absorption at the surface and low reflection in the glass. This makes a C02 laser for heating very efficient.
  • the invention is particularly suitable for braiding a thin glass in the form of a thin glass ribbon
  • borders can be production-related edge regions with a greater glass thickness than the central quality region.
  • the invention is also suitable for cutting
  • Fig. 1 shows an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • Fig. 2 shows typical forms of Einwirkfeldern,
  • Fig. 3 shows the surface of a thin glass
  • FIG. 4 shows a variant of the example shown in FIG. 2 with a further cooling jet.
  • Fig. 5 shows beam profiles of an energy source before and after beam shaping with a diaphragm.
  • Fig. 8 as a comparative example, a diagram of
  • Fig. 9 is a graph of the fracture probabilities of thin glass samples depending on an applied
  • Thin glass element in the form of a glass roller Thin glass element in the form of a glass roller.
  • Fig. 1 shows an example of an inventive
  • the device 2 according to a preferred application of the invention for separating
  • a method for separating glass especially here for separating ribbons 101, 102 of a thin glass ribbon based on the fact that a thin glass ribbon 1 with a thickness of at most 1.2 mm, preferably at most 400 pm, more preferably in the range of 5 pm to 150 pm along a feed direction 103 by means of a transport device 20 via a
  • Trace energy sources in the feed direction 103 of the thin glass ribbon traces along the intended dividing lines 3.
  • the feed direction 103 is expediently in the longitudinal direction of the thin glass ribbon.
  • a cooling jet generator 40 a cooling jet 5 is blown onto the heated track, so that the heated area is cooled again and by cooling a
  • Combination point of both laser beams cut edges is generated in order to avoid the contact of both edges in the further course of transport which in turn would lead to damage to the edges and thus to a reduction in the edge strength.
  • a second cooling jet generator 41 may also be provided for each cut to be carried out
  • Cooling jet 6 hits the glass before the impact of the energy sources.
  • a second cooling jet 6 is used whose impingement 52 lies in the feed direction in front of the impact areas 11, 12 of the energy sources 9, 10, so that a point of the thin glass 1 on the parting line during feeding first the impingement 52 of the second cooling jet, then the overlapping area and then traverses the impingement of the first cooling jet 5.
  • a gas jet in particular an air jet can be used.
  • aerosol jets are particularly preferred as cooling jets. Due to the liquid phase of the aerosol, a higher cooling capacity is achieved and thus also a higher negative thermal expansion is achieved. Moist air has also proved to be advantageous for stabilizing the cutting process. This is the case even if initially no liquid phase is present in the air, so the air is not present as an aerosol, at least before the gas outlet.
  • a relative humidity of the gas used for the cooling jet preferably air as gas from 70% to 100%, preferably greater than 80%, particularly preferably greater than 90%.
  • a droplet jet may also be used
  • Liquid jet for example, a water jet can be used for cooling.
  • a droplet jet can according to a development in a simple manner by means of a
  • Inkjet printhead are generated. Both a
  • Droplet stream, as well as a liquid jet offer the advantage of having a high cooling capacity on a very
  • a cooling jet which is a humidified gas jet with a relative humidity of 70% to 100% or comprises a liquid phase, be it as aerosol droplets, in the form of a liquid jet or as a droplet jet with one after the other ejected droplets.
  • the cooling jet generator 40 then comprises a device for producing a moistened gas jet with a relative humidity of 70% to 100%, in particular moistened by water vapor, or a cooling jet with a liquid phase.
  • the relative humidity of the gas jet may preferably be greater than 80%, particularly preferably greater than 90%.
  • the cooling jet flow i. the cooling fluid volume flow can be in particular between 0.001 l / h (liters per hour) and 1.0 l / h.
  • glass thicknesses between 75 pm and 400 pm e.g. for one
  • Glass thickness of 100 pm (in particular 100 pm plus / minus 10 pm), generally a volume flow between 0.001 l / h and 0.3 l / h, preferably of 0.05 l / h (in particular plus / minus 0.01 l / h) very cheap.
  • a volume flow is between 0.06 l / h and 1.0 l / h, preferably 0.4 l / h (in particular
  • the embodiment with the separation of the thin glass 1 on a levitation pad 21 is of course not limited to the illustrated specific example.
  • the thin glass 1 is stored on a gas cushion generated with a Levitationsunterlage or over the gas cushion, the impact areas of the energy sources and the impact area of the cooling jet 5 in the area supported by the gas cushion of the thin glass 1 lie.
  • the laser beam of the laser 8 by means of a beam splitter in two partial beams 81, 82 as energy sources 9, 10th
  • the cooling jet is directed onto the dividing line 3 and therefore, in the longitudinal direction 103 of the thin glass ribbon, strikes centrally between the areas of incidence of the laser beams 81, 82.
  • Laser beam 81, 82 heated area runs to the
  • Scoring device 9 removed from the surface of the thin glass ribbon 1 and thus ends the damage.
  • corresponding device 2 therefore preferably has one
  • scoring device 89 is preferably a scriber, especially preferred wheel with structured
  • FIG. 1 shows the thin glass ribbon after inserting the initial damage in the form of a
  • the levitation pad 21 is compressed by a pressure source, such as a pump 33.
  • the compressed fluid preferably supplied air.
  • Levitationsunterlage 21 forms, which carries the thin glass 1 and stores. Instead of a pump 33 is
  • a reservoir with compressed fluid conceivable.
  • a reservoir and / or a throttle of the pump 33 and the Levitationsunterlage 21 may be interposed to a uniform
  • the thin glass 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 transport device 20 comprises according to a
  • Embodiment as also shown in Fig. 1, one or more conveyor belts 54, 55.
  • two conveyor belts are provided, wherein the conveyor belt 54 in front in the transport direction and the conveyor belt 55 in
  • Transport direction behind the levitation pad 21 are arranged. It is particularly favorable if a Transport belt, which in the transport direction in front of the
  • Levitationsunterlage 21 is arranged (in the example of Fig. 1 so the conveyor belt 54), a vacuum suction 53 has to the thin glass ribbon on the conveyor belt
  • the laser beams of the lasers 8 are in each case divided by means of a beam splitter 80, preferably into two mirror-symmetrical partial beams 81, 82. These partial beams are now so on the
  • Thin glass 1 directed that their impact areas are left and right offset to the dividing line 3. In other words, the impact areas are thus offset laterally in the direction perpendicular to the parting line 3.
  • the laser beams 81, 82 thus form energy sources 9, 10 according to the
  • the apparatus 2 for separating thin glass accordingly has a device for providing at least two for each cut to be carried out in parallel
  • the device for providing the energy source is here by one of the laser, as well as the
  • Impact areas 11, 12 in an overlapping area 13 An advancing device 20 is provided in order to move the thin glass 1 and the impact areas 11, 12) relative to each other along the intended parting line 3.
  • Parting line 3 lying point of the thin glass 1 passes through when moving by means of the feed device 20 first a first optional cooling jet, then the
  • Fig. 2 (a) generally shows two impact areas 11, 12 which together form an exposure field or zone 4.
  • Impact areas 11, 12 is located between these two areas a section 14th
  • Part of the Einwirkfeldes 4 can by a
  • FIG. 2 (b) shows an example of an exposure field 4 in with a with his front, pointing in the transport direction v-shaped cutout 14, which two sub-areas 42, 44 of the
  • Einwirkfelds 4 separates, so that they are spaced transversely to the dividing line 3, wherein the mutually facing edges of the partial areas to run towards each other and meet at the intersection of the dividing line 3 with the Einwirkfeld 4.
  • Such an exposure field 4 can also be generated with a single energy source, for example by a
  • Masking is done. For example, the
  • Source of energy to be a laser beam, wherein a part of the impact spot forming laser spot is hidden to form the cutout 14.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the impact regions of the energy sources 9, 10, as well as schematically the temperature and stress distribution on the thin glass 1.
  • the thin glass 1 travels along the feed direction through the
  • Impact areas 11, 12 of the energy sources in the picture so from top to bottom. Since the impact areas 11, 12 are inclined to the dividing line 3, is located between them
  • Impact areas 9, 10 now provide a stable leadership the crack. In a deviation of the course of the
  • Dividing line decreases by the likewise existing heating of the glass in these areas of temperature and thus the voltage gradient.
  • the cooling jet is in principle for a better stability of the separation process of advantage.
  • the cooling jet can be formed in particular by an aerosol jet. Also a liquid jet or a
  • Droplet jet can be used for cooling.
  • Steam humidified gas jet in particular a humidified air jet.
  • the relative humidity is preferably at least 70%.
  • the impact areas 11, 12 of the example shown in FIG. 3 have an elongated, in particular oval or elliptical shape.
  • the impact areas 11, 12 are arranged with their longitudinal axes oblique to the parting line 3.
  • the dividing line 3 preferably also the impingement regions 11, 12 are congruent and, moreover, mirror-symmetrical with respect to one another.
  • the impact areas 11, 12 produce, whose inner, mutually facing edges 110, 120 extend obliquely to the parting line 3, that for a given point on the dividing line in the progressing along the dividing line heating these inner edges 110, 120 on the Run to point and, if the point is crossed by the inner edges 110, 120, the
  • Overlapping area 13 the point passes over. Due to the oblique arrangement of the impact areas 11, 12 with respect to the dividing line are the longitudinal axes of the
  • Feed rate can be adjusted to a
  • Longitudinal axes of the elongated impact areas is set to the dividing line depending on the feed rate or the thickness of the thin glass. Thus, at lower speeds, the influence of the heat conduction in the direction of the predetermined cut can be controlled. A greater influence of heat conduction in lateral
  • the composite impact area has as the action field 4 a V-shaped form which is open in the cutting direction.
  • Fig. 4 shows a variant of the embodiment shown in Fig. 3.
  • the invention is illustrated without limitation
  • Embodiment uses a second cooling beam, the AufThese (52 in the feed direction before the Impact areas 11, 12 of the energy sources 11, 12 is located, so that a point of the thin glass on the dividing line
  • a refrigeration line zone 16 is generated, through which in turn the dividing line 3 runs.
  • this cold zone strikes the overlap region 13 of the two impact regions 11, 12 of the energy sources, so that an even steeper temperature rise can be achieved.
  • Energy source can be achieved according to an embodiment of the invention by aperture. Accordingly, in this case
  • Development of the invention uses electromagnetic radiation as energy sources 9, 10, preferably laser beams and their intensity distribution before hitting the thin glass 1 by means of a diaphragm by hiding local areas of the respective beam with respect to the
  • FIG. 5 shows as an example two beam profiles 26, 27, shown as an intensity profile in a direction perpendicular to the beam direction, for example along the longitudinal direction of the elongated impact regions 11 shown in FIGS. 3 and 4. 12.
  • Beam profile 26 is a profile obtained after shaping the laser beam via suitable lenses or mirrors.
  • the intensity of the beam profile 26 drops continuously towards the edge over a wide range.
  • Example (c) is a triangular impact area.
  • the impact areas 11, 12 can be
  • Feed direction 103 is also shown in FIG. 7.
  • a configuration according to example (b) can, for example, with sufficient overlapping of the elliptical impact areas 11, 12 in those shown in Fig. 3 and Fig. 4
  • Edge zones of the respective impact areas 11, 12. Each of the shapes shown can bring particular edge quality advantages depending on the glass type, glass thickness and feed rate.
  • FIGS. 8 and 9 are double logarithmic plots of fracture probability as a function of the bending stress of the thin glass samples.
  • Measured values of FIG. 8 are therefore the average breaking stress at 175 MPa.
  • Shape parameter m 8.29. It can thus be seen that with thin glasses with thicknesses of 250 ⁇ m or less, a considerable increase in strength can be achieved. This is expressed in particular in the shape parameter of the underlying Weibull distribution.
  • the invention therefore also relates to a thin glass element producible with the invention with a thickness of at most 250 ⁇ m, which comprises at least one by means of voltage tripping, in particular laser
  • Tension riser race has cut edge, wherein the thin glass disc for edge emanating fractures under bending load a Weibull distribution with a
  • the minimum thickness of the thin glass is preferably 5 ⁇ m.
  • CC denotes the thermal
  • the following table shows specific characteristics listed some of the invention well suited glasses.
  • the parameter Tg denotes the transformation temperature.
  • a suitable group of glasses for the invention alkali-free borosilicate glasses.
  • One glass of this class is the AF32 glass already mentioned in the table.
  • Borosilicate glasses with the following components in
  • One glass of this class of glasses is the Schott glass D263 already mentioned in the table.
  • the glasses with more precise compositions are also described in US 2013/207058 AI, the content of which is also fully made subject to the present application with respect to the compositions of the glasses and their properties.
  • Fig. 10 shows this an example.
  • a method of separating thin glass 1 having a thickness smaller than 1.2 mm in which the thin glass 1 is progressively heated along a path defining a parting line 3 in an impact area 11 by means of a power source 9 so that and also the impact area 11 of the power source 9 is located on the dividing line 3, and is subsequently cooled, so that by the temperature difference thus produced a mechanical
  • Impact area 50, 51 cool the previously heated thin glass 1, wherein the impact areas 50, 51 are offset in the direction perpendicular to the separation line laterally to each other and overlap in an overlapping area 13, so that the dividing line 3 passes through this overlapping area 13.
  • a cooling line zone 16 originating from its impact areas 50, 51 is also caused by the cooling jets.
  • the glass heated in the core region 150 of the heat conduction zone then hits through the movement along the
  • tailored thin glass elements are achieved, even if they are under permanent bending load or more general of a superficial tensile load. To have a low break rate within a long
  • a thin glass element 100 is provided, which is in development of the invention under tensile stress, in particular due to a bending stress, wherein the tensile stress is smaller than the following term:
  • G a and G e are mean values of tensile stress at break of specimens of the glass element under bending stress, where Lref is the edge length and A re f is the area of the specimens, where G a is the mean value of the tensile stress at
  • G e Break in the surface of the sample, and G e is the average of the tensile stress at an outgoing from the compound obtained with the inventive method edge of the sample fraction, and wherein A s and A a represent the standard deviations of the mean values G e, or G a, and wherein
  • a apP is the area of the thin glass element and L apP is the added edge length of opposite edges of the glass element and ⁇ is a predetermined maximum break quota within a period of at least six months.
  • the predetermined maximum fracture rate ⁇ is preferably 0.1 or less (ie at most 10%), more preferably less than 0.05 (less than 5%).
  • Thin glass member 100 is provided, which is set below a tensile stress G apP , which is smaller than the above-mentioned term (1).
  • the tensile stress can be caused by, for example, rolling up or even mounting on a support under forced bending.
  • the glass element be placed under a tensile stress ⁇ which is less than
  • the minimum bending radius R with the tensile stress G apP has the following relationship:
  • E denotes the Young's modulus
  • t the thickness of the thin glass
  • V the Poisson's number of the glass. Preferred glass thicknesses are at the top of the description
  • Thin glass band which are in the role at the end faces, are as already with reference to FIG. 1
  • a web material 18 can be wrapped with.
  • Bend radii are recorded at break and based on these data statistical parameters determined and based on these parameters, a range for a bending radius
  • the invention now provides a thin glass element 100
  • Time-delayed fractures are caused in particular by stress corrosion cracking.
  • Thin glass element 100 in the form of a roll 3 with a rolled up thin glass 1 with a length of preferably at least 10 meters is therefore based on
  • a thin-glass band of the same glass material of the same thickness and glass edges of the same shape as the glass material of the samples 10 is provided, at least its longitudinal edges being obtained by laser
  • Truss race is made and the thin glass ribbon is wound into a roll, wherein the inner radius of the roll, which is the radius of the innermost layer of the
  • Thin glass ribbon is chosen to be in the range of Rmin according to equation (8) to R ma x according to equation (9), where t is a predetermined minimum duration in days which the thin glass roll should survive without breakage.
  • t is a predetermined minimum duration in days which the thin glass roll should survive without breakage.
  • equations (8) and (9) are adjusted so that the fractional ratio within a given minimum duration is generally less than 0.1, preferably less than 0.05.
  • the production of the edges according to the invention and their improved strength influence the parameters s and ⁇ R>.
  • the mean value ⁇ R> as compared with samples not in accordance with the invention is also overall
  • the variance s may increase or even become smaller than samples produced according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Dünnglas (1), bei welchem das Dünnglas (1) entlang eines eine Trennlinie (3) bildenden Pfades fortschreitend erwärmt wird, wobei das Erwärmen des Glases durch die Energie zumindest einer Energiequelle innerhalb eines Einwirkfeldes dieser Energiequelle auf dem Dünnglas (1) erfolgt und durch einen Temperaturgradienten des mittels der zumindest einen Energiequelle aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas eine mechanische Spannung im Glas erzeugt wird, durch welche ein Riss (7) sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie (3) fortpflanzt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen von Glas
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein das Zerteilen von Glas. Insbesondere betrifft die Erfindung das Zerteilen von Glas durch Spannungsrisstrennen .
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 1,2 Millimeter, vorzugsweise 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 höherer mechanischer Spannungen oder eine Verstärkung von
Verwindungen oder Verwölbungen (sogenannter „Warp") des Dünnglases .
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. 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.
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 äquilibriert 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 . Mittels laserinduziertem Spannungsritzbrechen hergestellte Glaskanten weisen typischerweise keine oder sehr wenige Schädigungen, insbesondere an den Ecken des Kantenprofils auf. Nun werden die Festigkeit eines Glases und dessen
Lebensdauer unter Biegebeanspruchung maßgeblich durch die Festigkeit der Kanten beeinflusst. Insofern sollten mit laserinduziertem Spannungsrisstrennen hergestellte Kanten an sich eine hohe Festigkeit und die so hergestellten
Glasscheiben eine entsprechend hohe Lebensdauer unter
Biegebelastung aufweisen. Überraschend zeigen Bruchtests an dünnen Gläsern allerdings, dass dies nicht generell der Fall ist und mit Spannungsrisstrennen hergestellte Kanten geringere Festigkeiten aufweisen können, als mit
herkömmlichem Ritzbrechen erzeugte Kanten. Hierbei kommt es nicht nur auf die mittlere Bruchfestigkeit an, vielmehr ist auch die Breite der Bruchwahrscheinlichkeits-Verteilung ausschlaggebend. Weist eine auf bestimmte Weise
hergestellte Glaskante eine an sich sehr hohe
Bruchfestigkeit auf, die allerdings stark von Probe zu Probe schwankt, kann daraus eine höhere
Ausfallwahrscheinlichkeit resultieren, verglichen mit einer weniger festen Kante, die aber nur eine geringere Variation in der Bruchspannung aufweist.
Für das Spannungsrisstrennen werden vorzugsweise C02~Laser verwendet. Das Verfahren wurde ursprünglich für das
Schneiden von Gläsern mit einer Dicke zwischen 0,5 mm und 4 mm entwickelt. Dabei soll durch die oberflächlich
eingebrachte Energie des Laserstrahls ein
Temperaturgradient zwischen Ober- und Unterseite des Glases aufgebaut werden. Mittels einer Kühldüse wird dann der erforderliche Temperatur- und Spannungsgradient aufgebaut, der den Spannungsriss vorantreibt.
Beim Versuch, das Verfahren auf dünnere Gläser,
insbesondere mit Dicken unter 250 pm anzuwenden, ergibt sich das Problem, das diese Gläser so schnell
(typischerweise innerhalb von Millisekunden) durchwärmt sind, dass bis zum Auftreffen des Kühlstrahls kein
hinreichend hoher Temperaturgradient aufrechterhalten werden kann.
Ein weiteres Problem ist, dass sich die für den
Spannungsriss erforderliche Wärmeenergie zur Erzeugung des Spannungsgradienten nur über die Leistung der Wärmequelle über der Fläche der Strahlgeometrie in das Glas einbringen lässt. Bisher geschieht dies mittels einer bestimmten Strahlgeometrie, sowie über eine einstellbare und variable Leistungsdichte. Aufgrund der zweidimensionalen Ausdehnung des Laserspots auf der Oberfläche des Glases, auf der nahezu die gesamte Leistung des Lasers absorbiert wird, ergeben sich keine scharfen Temperaturgradienten. Diese sind je nach lokaler Leistungsdichte und Wärmeleitfähigkeit mehr oder weniger diffus. Dies kann dann dazu führen, dass der Vortrieb des Spannungsrisses nicht exakt auf der vorgesehenen Spur erfolgt. Gleiches gilt im umgekehrten Fall auch für die gezielte Kühlung der Glasoberfläche.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die
Festigkeit und den definierten Verlauf von Glaskanten, die mit laserinduziertem Spannungsrisstrennen hergestellt wurden, zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch den
Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Dieses Ziel wird mit einer besonderen Vorgehensweise erreicht, um die Wärmeenergie optimal zu verteilen und im ungekehrten Fall durch Kühlung wieder zu entziehen, um einen besonders steilen
Temperaturgradienten zu erzeugen.
Wie oben dargelegt, ist es schwierig, einen
Spannungsgradienten zwischen Ober- und Unterseite sehr dünner Gläser aufzubauen. Mit der Erfindung wird
demgegenüber ein Spannnungsgradient zweidimensional über das gesamte Volumen des Glases erzeugt, der gegenüber dem oben dargelegten Prozess folglich um 90° gedreht wirkt und so ebenfalls zu einem kontrollierten Trennen entlang einer gewünschten Trennungslinie ermöglicht. Um den
Spannungsgradienten in die Ebene des Glases zu legen, ist erfindungsgemäß zumindest eine Energiequelle mit einem Einwirkfeld oder einer Einwirkzone vorgesehen. Das zu schneidende Glas absorbiert also die Energie und wird aufgrund seiner geringen Dicke sehr schnell durchwärmt. Gleichzeitig beginnt die Wärmeleitung im Volumen des
Glases, was dazu führt, dass sich durch die besondere Form des erfindungsgemäßen Einwirkfelds beidseitig neben dem vorbestimmten Schnitt eine Druckspannung aufbaut, die dem eigentlichen Schnitt Führung verleiht.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Trennen von Dünnglas mit einer Dicke kleiner als 1,2 mm, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 5 pm bis 150 pm, vorgesehen, bei welchem das Dünnglas entlang eines eine Trennlinie
bildenden Pfades fortschreitend erwärmt wird, wobei das Erwärmen des Glases durch die Energie zumindest einer Energiequelle innerhalb eines Einwirkfeldes dieser
Energiequelle auf dem Dünnglas erfolgt. Hierbei wird das Einwirkfeld entlang der Trennlinie über das Dünnglas bewegt, 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 sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie fortpflanzt, und wobei zwei Teilbereiche des Einwirkfeldes lateral beabstandet zur Trennlinie sind und im Einwirkfeld einen Ausschnitt
einrahmen, durch welchen die Trennlinie läuft, derart, dass im Abschnitt dieser Beabstandung Bereiche des Dünnglases neben der Trennlinie stärker erwärmt werden, als Bereiche auf der Trennlinie, und wobei das Einwirkfeld so geformt ist, dass bei Bewegung des Dünnglases entlang der
Trennlinie diese Teilbereiche in Bewegungsrichtung des Dünnglases zusammenlaufen und sich auf der Trennlinie treffen. Der Ausschnitt ist nach vorne hin offen, so dass das Glas auf der Trennlinie bei der Bewegung relativ zum Einwirkfeld den Rand des Einwirkfelds nur einmal passiert.
Das Einwirkfeld hat also eine Form, bei welcher dessen vordere Ende, welches im Schneidprozess zuerst das Glas überstreicht, zwei nach vorne ragende, an der vorgesehenen Trennlinie zusammenlaufende Bereiche aufweist. Das
Einwirkfeld weist auf diese Weise am vorderen Ende einen konvexen Einschnitt, beziehungsweise einen Ausschnitt auf, durch den die Trennlinie läuft. Im Speziellen sieht die Erfindung ein Verfahren zum Trennen von Dünnglas mit einer Dicke kleiner als 1,2 mm vor, bei welchem das Dünnglas entlang eines eine Trennlinie definierenden Pfades fortschreitend erwärmt wird, wobei das Erwärmen des Glases mittels zweier Energiequellen erfolgt, welche jeweils in einem Auftreffgebiet auf das Glas treffen und dieses aufheizen. Die beiden Auftreffgebiete bilden hierbei das Einwirkfeld oder die Einwirkzone. Die
Energiequellen werden so auf das Glas gerichtet, dass die Auftreffgebiete in Richtung senkrecht zur Trennlinie lateral zueinander versetzt sind. Diese lateral zueinander quer zur Trennlinie versetzten Auftreffgebiete führen entsprechend zu einer hohen Spannung in lateraler Richtung quer zur Trennlinie. Dies gestattet auch das sichere
Trennen sehr dünner Gläser mit einer glatten und der vorgesehenen Trennlinie sehr genau folgenden Kante. Diese laterale Spannung kann insbesondere erhöht werden, indem die beiden Auftreffgebiete zwar erfindungsgemäß quer zur Trennlinie versetzt sind, diese sich aber mittig in einem Überlappungsgebiet überschneiden. Die Trennlinie,
beziehungsweise der vorgesehene Pfad läuft dementsprechend durch dieses Überlappungsgebiet. Durch den
Temperaturunterschied des mittels der Energiequellen aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas, speziell zum entlang der Trennlinie in das Überlappungsgebiet durch die fortlaufende Erwärmung, beziehungsweise den Vorschub des Dünnglases relativ zu den Energiequellen einlaufenden Glas wird eine mechanische Spannung im Glas erzeugt, durch welche ein Riss sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie fortpflanzt. Die nicht überlappenden Bereiche der Auftreffgebiete sorgen dann weiterhin dafür, dass der Riss stabil geführt wird und nicht ausbricht.
Die beiden Energiequellen können zeitlich getaktet auf das Glas treffen. Die Auftreffgebiete sind insbesondere auch nebeneinander, quer zur Schneidrichtung angeordnet. Die Gebiete weisen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gleiche Form und Intensität auf.
Der Erwärmung mit den Energiequellen nachfolgend wird das Dünnglas dann vorzugsweise mit einem Kühlstrahl abgekühlt, wobei der Kühlstrahl weiterhin so auf das Glas gerichtet wird, dass dessen Auftreffort auf der Trennlinie liegt. Im Allgemeinen erfolgt die Rissfortpflanzung bereits durch die Erwärmung im Überlappungsgebiet und dem damit verbundenen Temperaturunterschied zum umgebenden Glas. Der Kühlstrahl dient insbesondere dazu, dass sich die bereits durch
Rissfortpflanzung erzeugten Kanten räumlich separieren. Damit wird vermieden, dass die Kanten wieder
aufeinanderstoßen und Defekte eingefügt werden, welche die Kantenfestigkeit nachteilig beeinflussen können. Das Verfahren kann generell auf dünne Gläser mit einer
Dicke von 1,2 Millimetern oder weniger angewendet werden. Besondere Vorteile bieten sich aber gerade bei sehr dünnen Gläsern mit Dicken im Bereich von 5 pm bis 150 pm,
vorzugsweise bis 100 pm, insbesondere 20 pm bis 100 pm. Gerade bei diesen sehr dünnen Gläsern ergibt sich das
Problem der schnellen Durchwärmung, die den Aufbau eines hinreichenden vertikalen Temperatur- und damit
Spannungsgradienten verhindert. Mit der Erfindung wird nun dieses Problem durch den sehr hohen Temperaturgradienten am Beginn des Überlappungsbereichs gelöst. Der Kühlstrahl kann ein Gasstrahl, insbesondere ein
Luftstrahl, oder auch ein Aerosolstrahl sein. Besonders bevorzugte Aerosole sind Luft-Wasser- und Luft/Alkohol- Gemische .
Ferner kann der Kühlstrahl ein Flüssigkeitsstrahl oder ein Tröpfchenstrahl sein. Der Tröpfchenstrahl kann in einfacher Weise mittels eines Tintenstrahl-Druckkopfs erzeugt werden. 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.
Insbesondere bei dünnen Gläsern unter 100 pm Dicke gelingt eine Trennung des Glases ohne weiteres auch ohne Kühlstrahl. Der Kühlstrahl hat sich aber generell als günstig erwiesen, um das Glas nach der Trennung durch den sich fortpflanzenden Riss zu kontrahieren und damit zu vermeiden, dass die soeben erzeugten Glaskanten wieder aufeinanderstoßen. Dieser Effekt kann sich unter Umständen auf die Glaskanten festigkeitsmindernd auswirken.
Mit geeigneter Wahl der Form der Auftreffgebiete kann ein Vorwärmen der Schnittzone mittels beider Energiequellen, wie beispielsweise von Laserstrahlen bis zu deren
Zusammentreffen erfolgen. Der zum Spannungsrit ztrennen erforderliche Spannungsgradient am Punkt des
Zusammentreffens beider Energiequellen in deren
Energiemaxima kann durch Strahlgeometrie, Laserleistung, Positionierung beider Laserstrahlen zueinander,
Vorschubgeschwindigkeit und ggf. anderes mehr angepasst werden .
Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Vorrichtung zum Trennen von Dünnglas mit einer Dicke kleiner als 1,2 mm, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 5 pm bis
150 pm, umfassend zumindest eine Energiequelle und eine Einrichtung, um die Energie der Energiequelle in einem Einwirkfeld auf das Dünnglas einwirken zu lassen, so dass das Dünnglas sich im Bereich des Einwirkfelds erwärmt, und wobei eine Vorschubeinrichtung vorgesehen ist, um das Dünnglas und das Einwirkfeld relativ zueinander entlang einer vorgesehenen Trennlinie zu bewegen, so dass durch den Temperaturunterschied des mittels der Energiequellen aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas eine mechanische Spannung im Glas erzeugt wird, durch welche ein Riss sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie fortpflanzt, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, welche das Einwirkfeld mit einer Form erzeugt, welche zwei
Teilbereiche aufweist, die lateral beabstandet zur
Trennlinie sind, welche im Einwirkfeld ein Ausschnitt einrahmen, durch welchen die Trennlinie läuft, derart, dass im Abschnitt dieser Beabstandung Bereiche des Dünnglases neben der Trennlinie stärker erwärmt werden, als Bereiche auf der Trennlinie, so dass bei Bewegung des Dünnglases entlang der Trennlinie diese Teilbereiche in
Bewegungsrichtung des Dünnglases zusammenlaufen und sich auf der Trennlinie treffen.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung wird das
Einwirkfeld durch die Auftreffgebiete zweier Energiequellen gebildet. Eine entsprechende Vorrichtung zum Trennen von Dünnglas weist dazu dementsprechend eine Einrichtung zur Bereitstellung zumindest zweier Energiequellen,
beziehungsweise energetischer Medien auf, sowie eine
Einrichtung, um die Energiequellen so auf das Dünnglas zu richten, dass diese jeweils in einem Auftreffgebiet auf das Dünnglas treffen, wobei die Auftreffgebiete in Richtung senkrecht zur Trennlinie lateral zueinander versetzt sind, und sich in einem Überlappungsgebiet überschneiden.
Weiterhin ist eine Vorschubeinrichtung vorgesehen, um das Dünnglas und die Auftreffgebiete relativ zueinander entlang einer vorgesehenen Trennlinie zu bewegen, so dass durch den Temperaturunterschied des mittels der Energiequellen aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas, insbesondere zum entlang der Trennlinie in das Überlappungsgebiet
einlaufenden Glas eine mechanische Spannung im Glas erzeugt wird, durch welche ein Riss sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie fortpflanzt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung zum Maskieren eines Teilbereiches des
Einwirkfeldes oder der Einwirkzone vorgesehen. Durch die Einrichtung zum Maskieren eines Teilbereichs des
Einwirkfeldes wird der Ausschnitt des Einwirkfeldes auf dem Dünnglas gebildet.
Ein Kühlstrahlerzeuger ist gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, um einen
Kühlstrahl zu erzeugen, durch dessen Auftreffgebiet die Trennlinie läuft, derart, dass ein auf der Trennlinie liegender Punkt des Dünnglases bei Bewegung mittels der Vorschubeinrichtung zuerst das Überlappungsgebiet der beiden Auftreffgebiete und dann das Auftreffgebiet des Kühlstrahls durchläuft.
Beim Vorschub kommt es letztlich auf die relative Bewegung von Glas und Energiequellen zueinander an. Dementsprechend ist es sowohl möglich, die Energiequellen ortsfest zu halten und das Dünnglas zu bewegen oder umgekehrt die
Auftreffgebiete der Energiequellen und den Kühlstrahl über ein festgehaltenes Dünnglas zu führen. Um die Rissfortpflanzung möglichst gut kontrollieren zu können und ein seitliches Ausbrechen des Risses zu
vermeiden, ist es generell günstig, wenn der
Spannungsverlauf in Bezug auf den Pfad symmetrisch ist. Um dies zu erreichen, werden mit den Energiequellen
Auftreffgebiete erzeugt, die auf dem Glas kongruent
zueinander sind. Insbesondere ist es dabei günstig, wenn die Auftreffgebiete spiegelsymmetrisch zueinander sind, mit einer Spiegelungsachse, welche entlang des Pfades verläuft. Eine besonders hohe Symmetrie wird erzielt, wenn die
Trennlinie, beziehungsweise der Pfad die Spiegelungsachse darstellt und auch das Auftreffgebiet des Kühlstrahls auf dem Pfad liegt.
Der mit dem Verfahren erzeugte Riss kann ein Anriss sein, welcher also das Dünnglas noch nicht zerteilt. Das
Zerteilen kann dann durch Anlegen eines Biegemomentes an die Trennlinie erfolgen. Gemäß dieser Ausführungsform entspricht die Erfindung dann einem Ritzbrechen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Riss aber insbesondere auch das Dünnglas in seiner Dicke vollständig durchtrennen, so dass nach der Rissfortpfanzung das Glas am Riss zerteilt ist.
Eine besonders geeignete Geometrie zur Erzeugung der hohen mechanischen Spannungen im Glas wird durch Auftreffgebiete erzielt, deren innere, zueinander weisende Ränder schräg zur Trennlinie verlaufen, derart, dass sich für einen gegebenen Punkt auf der Trennlinie bei der entlang der Trennlinie fortschreitenden Erwärmung diese inneren Ränder auf den Punkt zulaufen. Wird dieser Punkt von den inneren Rändern überkreuzt, so beginnt der Überlappungsbereich, welcher dann den Punkt überstreicht. In diesem
Überlappungsbereich ist der Energieeintrag besonders hoch, so dass ein steiler Temperatur- und damit auch
Spannungsgradient erreicht wird. Sehr gut geeignete Energiequellen sind Laserstrahlen. Die zwei Laserstrahlen als Energiequellen können aus einem einzelnen Laser stammen und beispielsweise durch Strahlteilung eines einzelnen Strahls des Lasers erzeugt werden. In diesem Fall umfasst die Einrichtung zur
Bereitstellung zweier Energiequellen den Laser selbst und die Einrichtung zur Strahlteilung.
Als Laser eignet sich insbesondere ein Infrarotlaser, dessen Licht bereits in sehr oberflächennahen Bereichen des Glases absorbiert wird. Dies trifft bei Glas besonders für Wellenlängen oberhalb von 3 pm zu. Sehr geeignet ist ein CC>2-Laser. Dieser Lasertyp emittiert Infrarotstrahlung mit Wellenlängen größer als 5 pm, was im Glas zu einer sehr hohen Absorption an der Oberfläche und geringer Reflexion führt. Damit ist ein C02~Laser für die Aufheizung sehr effi z ient .
Denkbar sind neben einem Laser aber auch andere
Energiequellen, beziehungsweise energetische Medien, wie etwa Flammen oder Infrarot-Strahler. Die Erfindung eignet sich unter anderem besonders, um von einem Dünnglas in Form eines Dünnglasbands Borten
abzutrennen. Insbesondere kann es sich bei den Borten dabei um produktionsbedingt vorhandene Randbereiche mit größerer Glasdicke, als der des mittigen Qualitätsbereichs handeln. Die Erfindung eignet sich aber auch für den Zuschnitt
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens . Fig. 2 zeigt typische Formen von Einwirkfeldern,
Fig. 3 zeigt die Oberfläche eines Dünnglases mit
Auftreffgebieten der Energiequellen und den
auftretenden Temperaturfeldern und mechanischen
Spannungen,
Fig. 4 zeigt eine Variante des in Fig. 2 dargestellten Beispiels mit einem weiteren Kühlstrahl.
Fig. 5 zeigt Strahlprofile einer Energiequelle vor und nach einer Strahlformung mit einer Blende.
Fig. 6 zeigt Ausführungsformen von Strahlgeometrien einzelner Strahlen.
Fig. 7 Beispiele von spiegelsymmetrischen
Konfigurationen einzelner Strahlen bezüglich der Mittellinien von Auftreffgebieten .
Fig. 8 als Vergleichsbeispiel ein Diagramm der
Bruchwahrscheinlichkeiten von Dünnglas-Proben abhängig von einer angelegten Bruchspannung, wobei die
Dünnglas-Proben in herkömmlicher Weise geschnitten wurden,
Fig. 9 ein Diagramm der Bruchwahrscheinlichkeiten von Dünnglas-Proben abhängig von einer angelegten
Bruchspannung, wobei die Dünnglas-Proben in
erfindungsgemäßer Weise durch Spannungsrisstrennen geschnitten wurden, und Fig. 10 eine alternative Ausführungsform der
Erfindung, bei der ein hoher Spannungsgradient mit zwei überlappenden Kühlstrahlen nach einer
punktförmigen Wärmequelle erzeugt wird.
Fig. 11 ein erfindungsgemäß zugeschnittenes
Dünnglaselement in Form einer Glasrolle.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 2 zum Spannungsrisstrennen von Dünngläsern 1.
Im dargestellten Beispiel ist die Vorrichtung 2 gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung zum Abtrennen von
Borten 101, 102 eines Dünnglases 1 in Form eines
Dünnglasbands ausgebildet.
Das mit der Vorrichtung ausführbare erfindungsgemäße
Verfahren zum Trennen von Glas, speziell hier zum Abtrennen von Borten 101, 102 eines Dünnglasbands basiert darauf, dass ein Dünnglasband 1 mit einer Dicke von höchstens 1,2 mm, vorzugsweise höchstens 400 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 pm bis 150 pm entlang einer Vorschubrichtung 103 mittels einer Transporteinrichtung 20 über eine
Levitationsunterlage 21 geführt wird, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Laser 8
vorgesehen sind, welche im Bereich der Levitationsunterlage 21 Laserstrahlen auf das Dünnglasband richten, welcher das Dünnglas 1 lokal aufheizen, während das Dünnglasband in Längsrichtung 103 vorbeibewegt wird, so dass die
Energiequellen in Vorschubrichtung 103 des Dünnglasbands verlaufende Spuren entlang der vorgesehenen Trennlinien 3 zeichnen. Die Vorschubrichtung 103 liegt zweckmäßigerweise in Längsrichtung des Dünnglasbands. Vorzugsweise wird mittels eines Kühlstrahlerzeugers 40 ein Kühlstrahl 5 auf die erwärmte Spur geblasen, so dass der erwärmte Bereich wieder abgekühlt wird und durch die Abkühlung eine
mechanische Separierung der bereits am Punkt des höchsten Temperaturunterschiedes von kaltem Glas und
Vereinigungspunkt beider Laserstrahlen geschnittenen Kanten erzeugt wird, um im weiteren Verlauf des Transportes den Kontakt beider Kanten zu vermeiden welcher wiederum zu Beschädigungen der Kanten und somit zu einer Reduzierung der Kantenfestigkeit führen würde. Optional kann, wie in Fig. 1 gezeigt, für jeden auszuführenden Schnitt auch ein zweiter Kühlstrahlerzeuger 41 vorgesehen sein, dessen
Kühlstrahl 6 vor den Auftreffgebieten der Energiequellen auf das Glas trifft. Es wird also ein zweiter Kühlstrahl 6 verwendet, dessen Auftreffort 52 in Vorschubrichtung vor den Auftreffgebieten 11, 12 der Energiequellen 9, 10 liegt, so dass ein Punkt des Dünnglases 1 auf der Trennlinie beim Vorschub zuerst den Auftreffort 52 des zweiten Kühlstrahls, dann das Überlappungsgebiet und dann den Auftreffort des ersten Kühlstrahls 5 durchquert.
Für den Kühlstrahl kann ein Gasstrahl, wie insbesondere ein Luftstrahl verwendet werden. Besonders bevorzugt werden allerdings Aerosolstrahlen als Kühlstrahlen. Durch die flüssige Phase des Aerosols wird eine höhere Kühlleistung erwirkt und damit auch eine höhere negative Wärmeausdehnung erreicht. Auch feuchte Luft hat sich als vorteilhaft erwiesen, um den Schneidprozess zu stabilisieren. Dies ist selbst dann der Fall, wenn anfänglich keine Flüssigphase in der Luft vorhanden ist, die Luft also zumindest vor dem Gasaustritt nicht als Aerosol vorliegt. Günstig ist eine relative Feuchte des für den Kühlstrahl verwendeten Gases (vorzugsweise Luft als Gas) von 70 % bis 100 %, bevorzugt größer 80 %, besonders bevorzugt größer 90 %.
Möglicherweise wird durch adiabatische Entspannung des Gases beim Gasaustritt eine Abkühlung und Kondensation und damit eine Bildung eines Aerosols erzielt. Gemäß noch einer Ausführungsform kann auch ein Tröpfchenstrahl mit
hintereinander ausgestoßenen Tröpfchen oder ein
Flüssigkeitsstrahl, beispielsweise ein Wasserstrahl zur Kühlung verwendet werden. Ein Tröpfchenstrahl kann gemäß einer Weiterbildung in einfacher Weise mittels eines
Tintenstrahl-Druckkopfs erzeugt werden. Sowohl ein
Tröpfchenstrahl, als auch ein Flüssigkeitsstrahl bieten den Vorteil, dass eine hohe Kühlleistung auf einer sehr
begrenzten Fläche erzielbar ist. Allgemein ist also in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass ein Kühlstrahl verwendet wird, welcher ein angefeuchteter Gasstrahl mit einer relativen Feuchte von 70 % bis 100 % ist oder eine flüssige Phase umfasst, sei es als Aerosoltröpfchen, in Form eines Flüssigkeitsstrahls oder als Tröpfchenstrahl mit hintereinander ausgestoßenen Tröpfchen. Bei der Vorrichtung umfasst entsprechend der Kühlstrahlerzeuger 40 dann eine Einrichtung zur Erzeugung eines angefeuchteten Gasstrahls mit einer relativen Feuchte von 70 % bis 100%, insbesondere angefeuchtet durch Wasserdampf, oder eines Kühlstrahls mit einer flüssigen Phase. In Weiterbildung der Erfindung kann die relativen Feuchte des Gasstrahls bevorzugt größer 80 %, besonders bevorzugt größer 90 % sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird zum Auftrennen eines Dünnglases mit 100 pm Glasdicke ein Kühlstrahl mit einem
Fluss von 0,05 Liter pro Stunde verwendet. Bei einem 50 pm dicken Glas erweist sich ein Kühlluft-Fluss von 0,4 Liter pro Stunde als günstig.
Der Kühlstrahl-Fluss , d.h. der Kühlfluid-Volumenstrom, kann insbesondere zwischen 0,001 1/h (Liter pro Stunde) und 1,0 1/h betragen.
Ohne Beschränkung auf die Ausführungsbeispiele ist für Glasdicken zwischen 75 pm und 400 pm, z.B. für eine
Glasdicke von 100 pm (insbesondere 100 pm plus/minus 10pm) , allgemein 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. Für Glasdicken zwischen 5pm und 75pm, z.B. für eine Glasdicke von 50pm (insbesondere 100 pm plus/minus 10pm) , ist 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.
Die Ausführungsform mit der Trennung des Dünnglases 1 auf einer Levitationsunterlage 21 ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte spezielle Beispiel beschränkt.
Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel ist gemäß einer Ausführungsform vielmehr vorgesehen, dass das Dünnglas 1 auf einem mit einer Levitationsunterlage erzeugten Gaspolster gelagert oder über das Gaspolster geführt wird, wobei die Auftreffgebiete der Energiequellen und das Auftreffgebiet des Kühlstrahls 5 im vom Gaspolster unterstützten Bereich des Dünnglases 1 liegen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl des Lasers 8 mittels eines Strahlteilers in zwei Teilstrahlen 81, 82 als Energiequellen 9, 10
aufgeteilt, welche dann zur Aufheizung auf das Dünnglas gerichtet werden. Die Auftreffgebiete der Laserstrahlen 81, 82 sind senkrecht zur Trennlinie 3 versetzt. Der Kühlstrahl hingegen wird auf die Trennlinie 3 gerichtet und trifft in Längsrichtung 103 des Dünnglasbands gesehen daher mittig zwischen die Auftreffgebiete der Laserstrahlen 81, 82.
Um die Entstehung eines Risses zu Beginn des
Trennverfahrens zu unterstützen, wird in einer
Weiterbildung der Erfindung mittels einer Ritzeinrichtung 89 am Anfang des Dünnglasbands vor dem Auftreffen der
Laserstrahlen eine Schädigung, beziehungsweise ein
Initialdefekt eingefügt, welcher durch das von den
Laserstrahlen 81, 82 erwärmte Gebiet 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 optionale Abkühlen des Glasbandes mit einem Kühlfluid und
darauffolgendem Aufheizen mit dem Laserstrahl 7, erfolgen kann.
Als Ritzeinrichtung 89 wird bevorzugt ein Ritzrad, insbesondere bevorzugt Rädchen mit strukturierter
Ritzfläche verwendet. Fig. 1 zeigt dabei das Dünnglasband nach dem Einfügen der Initialschädigung in Form eines
Anrisses. Demgemäß sind hier die Ritzrädchen angehoben und berühren die Glasoberfläche nicht mehr.
Der Levitationsunterlage 21 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 Dünnglas 1 und der Oberfläche der
Levitationsunterlage 21 bildet, welches das Dünnglas 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 21 zwischengeschaltet sein, um einen gleichmäßigen
Ausgangsdruck bereitzustellen. Das Dünnglas 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.
Die Transporteinrichtung 20 umfasst gemäß einer
Ausführungsform, wie auch in Fig. 1 dargestellt, ein oder mehrere Transportbänder 54, 55. Im Beispiel der Fig. 1 sind zwei Transportbänder vorgesehen, wobei das Transportband 54 in Transportrichtung vor und das Transportband 55 in
Transportrichtung hinter der Levitationsunterlage 21 angeordnet sind. Besonders günstig ist es, wenn ein Transportband, welches in Transportrichtung vor der
Levitationsunterlage 21 angeordnet ist (im Beispiel der Fig. 1 also das Transportband 54), eine Unterdruckansaugung 53 aufweist, um das Dünnglasband am Transportband
festzusaugen. Dies ermöglicht die Ausübung hinreichend hoher Zugkräfte, ohne dass sich vorgelagerte
Prozessschritte, wie beispielsweise einem Ziehprozess aus einer Schmelze oder einem Vorkörper, oder auch einem
Abwickeln des Dünnglasbands von einer Rolle, gegebenenfalls negativ auf den Schneidprozess auswirken.
Die Laserstrahlen der Laser 8 werden bei dem dargestellten Beispiel nun jeweils mittels eines Strahlteilers 80 vorzugsweise in zwei spiegelsymmetrische Teilstrahlen 81, 82 aufgeteilt. Diese Teilstrahlen werden nun so auf das
Dünnglas 1 gerichtet, dass deren Auftreffgebiete links und rechts versetzt zur Trennlinie 3 liegen. Mit anderen Worten sind die Auftreffgebiete also in Richtung senkrecht zur Trennlinie 3 lateral zueinander versetzt. Die Laserstrahlen 81, 82 bilden damit Energiequellen 9, 10 gemäß der
Erfindung. Anstelle eines Strahlteilers 80 kann auch ein Scanner eingesetzt werden, mit welchem mit einem einzelnen Laserstrahl zwei Auftreffgebiete beleuchtet werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, zwei getrennte Laser zu verwenden, von denen jeweils einer eines der
Auftreffgebiete 11, 12 beleuchtet.
Die Vorrichtung 2 zum Trennen von Dünnglas weist demnach für jeden parallel auszuführenden Schnitt jeweils eine Einrichtung zur Bereitstellung zumindest zweier
Energiequellen und eine Einrichtung auf, um die
Energiequellen 9, 10 so auf das Dünnglas 1 zu richten, dass diese jeweils in einem Auftreffgebiet auf das Dünnglas 1 treffen, wobei die Auftreffgebiete 11, 12 in Richtung senkrecht zur Trennlinie 3 lateral zueinander versetzt sind. Die Einrichtung zur Bereitstellung der Energiequelle ist hier durch jeweils einen der Laser, sowie den
zugehörigen Strahlteiler 80 realisiert. Wie nachfolgend anhand von Fig. 3 erläutert, überschneiden sich die
Auftreffgebiete 11, 12 in einem Überlappgebiet 13. Eine Vorschubeinrichtung 20 ist vorgesehen, um das Dünnglas 1 und die Auftreffgebiete 11, 12) relativ zueinander entlang der vorgesehenen Trennlinie 3 zu bewegen. Ein auf der
Trennlinie 3 liegender Punkt des Dünnglases 1 durchläuft bei Bewegung mittels der Vorschubeinrichtung 20 zuerst einen ersten optionalen Kühlstrahl, dann das
Überlappungsgebiet der beiden Auftreffgebiete und dann das Auftreffgebiet des zweiten Kühlstrahls, so dass durch den mit den Energiequellen 9, 10 und dem ersten optionalen Kühlstrahl hergestellten Temperaturunterschied eine
mechanische Spannung im Glas erzeugt wird, welche zur
Fortpflanzung des Risses 7 der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie 3 führt.
Fig. 2 (a) zeigt allgemein zwei Auftreffgebiete 11, 12, die zusammen ein Einwirkfeld oder Einwirkzone 4 bilden.
Aufgrund der zueinander schrägen Ausrichtung der beiden
Auftreffgebiete 11, 12 befindet sich zwischen diesen beiden Gebieten ein Ausschnitt 14.
Ein Teil des Einwirkfeldes 4 kann durch eine
Maskierungseinrichtung (hier nicht gezeigt) maskiert werden, wodurch der Ausschnitt 14 gebildet wird. Fig. 2 (b) zeigt als Beispiel ein Einwirkfeld 4 in mit einem mit seinem vorderen, in Transportrichtung zeigenden v-förmigen Ausschnitt 14, welcher zwei Teilbereiche 42, 44 des
Einwirkfelds 4 trennt, so dass diese quer zur Trennlinie 3 beabstandet sind, wobei die einander zugewandten Ränder der Teilbereiche aufeinander zu laufen und sich im Schnittpunkt der Trennlinie 3 mit dem Einwirkfeld 4 treffen. Ein solches Einwirkfeld 4 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 14 zu bilden.
Fig. 3 zeigt nun eine Ausführungsform der Auftreffgebiete der Energiequellen 9, 10, sowie schematisch die Temperatur- und Spannungsverteilung auf dem Dünnglas 1. Das Dünnglas 1 wandert entlang der Vorschubrichtung durch die
Auftreffgebiete 11, 12 der Energiequellen, im Bild also von oben nach unten. Da die Auftreffgebiete 11, 12 schräg zur Trennlinie 3 stehen, befindet sich zwischen ihnen ein
Ausschnitt 14. Zusammen bilden die Auftreffgebiete 11, 12 ein Einwirkungsfeld oder eine Einwirkungszone 4. Die
Auftreffgebiete 11, 12 überlappen sich in einem
Überlappungsbereicht 13. In diesem Bereich wird
dementsprechend auch die höchste Energiedichte erzielt. Durchläuft das Glas nun diesen Überlappungsbereich 13, kommt es zu einem sehr steilen Temperaturanstieg gegenüber dem kalten Glas, welches entlang der Trennlinie in den Überlappungsbereich einläuft. Entsprechend kommt es hier zu einem hohen Spannungsgradienten und der Fortpflanzung des Risses. Die beiden nicht überlappenden Bereiche der
Auftreffgebiete 9, 10 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 .
Die Geometrien der Auftreffgebiete, die Leistung der
Energiequellen, deren Positionierung zueinander und die Geschwindigkeiten sind vorzugsweise genau so ausgelegt, dass der höchste Spannungsgradient an der vorbestimmten Stelle im Überlappungsgebiet 13 treffen. Um die
Auftreffgebiete 11, 12 herum bilden sich Wärmeleitungszonen 15. In den Auftreffgebieten, den Wärmeleitungszonen 15, sowie insbesondere auch im Überlappungsgebiet 13 herrschen bedingt durch die Aufheizung Druckspannungen, symbolisiert in Fig. 3 durch den Buchstaben „D".
Hinter den beiden Auftreffgebieten 11, 12 der
Energiequellen 9, 10 trifft der Kühlstrahl im
Auftreffgebiet 50 auf die Glasoberfläche und führt hier zu einer raschen Abkühlung des Glases was dazu führt, dass sich das Glas zusammenzieht und die bereits geschnittenen Glaskanten separiert. Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel ist es dabei besonders günstig, wenn die einzelnen Energiequellen 9, 10 in den jeweiligen
Auftreffgebieten 11, 12 für sich genommen auch in
Verbindung mit dem Kühlstrahl keinen für eine
Rissfortpflanzung ausreichenden Spannungsgradienten
erzeugen. Dieser Spannungsgradient wird vielmehr erst im Überlappungsgebiet 13 erzeugt. Durch hinreichende
Energiezufuhr ist allerdings auch mit einem einzelnen
Auftreffgebiet ohne eine Überlappungszone, also wie in dem in Fig. 2 (b) gezeigten Beispiel prinzipiell ein Spannungsrisstrennen möglich, dies sogar ohne Kühlstrahl. Der Kühlstrahl ist jedoch für eine bessere Stabilität des Trennprozesses prinzipiell von Vorteil. Der Kühlstrahl kann insbesondere durch einen Aerosolstrahl gebildet werden. Auch ein Flüssigkeitsstrahl oder ein
Tröpfchenstrahl kann zur Kühlung eingesetzt werden.
Ebenfalls möglich und besonders bevorzugt ist ein mit
Wasserdampf angefeuchteter Gasstrahl, insbesondere ein angefeuchteter Luftstrahl. Die relative Feuchtigkeit beträgt dabei vorzugsweise mindestens 70 %.
Die Auftreffgebiete 11, 12 des in Fig. 3 dargestellten Beispiels haben eine längliche, insbesondere ovale oder elliptische Form. Dabei sind die Auftreffgebiete 11, 12 mit ihren Längsachsen schräg zur Trennlinie 3 angeordnet. Um eine zur vorgesehenen Trennlinie 3 möglichst symmetrische Spannungsverteilung zu erzeugen, ist es dabei günstig, wenn, wie auch im gezeigten Beispiel die Auftreffgebiete 11, 12 kongruent und überdies spiegelsymmetrisch zueinander sind, wobei die Trennlinie 3 vorzugsweise auch die
Spiegelungsachse darstellt. Damit ergibt sich dann
weiterhin, dass das Glas mit Energiequellen 9, 10
aufgeheizt wird, die Auftreffgebiete 11, 12 erzeugen, deren innere, zueinander weisende Ränder 110, 120 schräg derart zur Trennlinie 3 verlaufen, dass sich für einen gegebenen Punkt auf der Trennlinie bei der entlang der Trennlinie fortschreitenden Erwärmung diese inneren Ränder 110, 120 auf den Punkt zulaufen und, wenn der Punkt von den inneren Rändern 110, 120 überkreuzt wird, das
Überlappungsgebiet 13, den Punkt überstreicht. Durch die schräge Anordnung der Auftreffgebiete 11, 12 gegenüber der Trennlinie stehen die Längsachsen der
länglichen Auftreffgebiete 11, 12 in einen Winkel CC zueinander. Dieser Winkel kann nun vorteilhaft auch an andere Parameter, wie etwa die Glasdicke und die
Vorschubgeschwindigkeit angepasst werden, um einen
möglichst hohen Temperaturgradienten bei geänderter
Glasdicke oder Vorschubgeschwindigkeit beizubehalten. Allgemein ist daher in einer Weiterbildung der Erfindung und ohne Beschränkung auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Winkel der
Längsachsen der länglich ausgebildeten Auftreffgebiete zur Trennlinie abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit oder der Dicke des Dünnglases eingestellt wird. So kann bei geringeren Geschwindigkeiten der Einfluss der Wärmeleitung in Richtung des vorbestimmten Schnittes gesteuert werden. Ein größerer Einfluss der Wärmeleitung in lateraler
Richtung führt zu einer Reduzierung des
Spannungsgradienten. Im Allgemeinen ist es dabei günstig, bei schnellerem Vorschub den Winkel zu verkleinern.
Mit den länglichen, vorzugsweise ovalen Auftreffgebieten 11, 12 und dem Überlappungsgebiet 13 an deren Enden hat das zusammengesetzte Auftreffgebiet als Einwirkfeld 4 eine in Schneidrichtung geöffnete v-förmige Gestalt.
Fig. 4 zeigt eine Variante der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform. Allgemein wird bei dieser Ausführungsform, ohne Beschränkung auf das spezielle dargestellte
Ausführungsbeispiel ein zweiter Kühlstrahl verwendet, dessen Auftreffgebiet 52 in Vorschubrichtung vor den Auftreffgebieten 11, 12 der Energiequellen 11, 12 liegt, so dass ein Punkt des Dünnglases auf der Trennlinie beim
Vorschub zuerst den Auftreffort 52 des zweiten Kühlstrahls, dann das Überlappungsgebiet und dann den Auftreffort 51 des ersten Kühlstrahls 51 durchquert.
In Vorschubrichtung gesehen hinter dem Auftreffgebiet 52 des zweiten Kühlstrahls wird eine Kälteleitungszone 16 erzeugt, durch welche wiederum die Trennlinie 3 läuft. Beim Bewegen des Dünnglases 1 relativ zu den Energiequellen trifft dann diese Kältezone auf den Überlappungsbereich 13 der beiden Auftreffgebiete 11, 12 der Energiequellen, so dass ein noch steilerer Temperaturanstieg erreicht werden kann .
Eine weitere Verbesserung der Kantenqualität und der
Geradlinigkeit der Schnittführung kann erzielt werden, wenn die Intensitätsprofile der Energiequellen möglichst scharf sind. Dies kann bei elektromagnetischer Strahlung als
Energiequelle gemäß einer Weiterbildung der Erfindung durch Blenden erzielt werden. Demgemäß werden in dieser
Weiterbildung der Erfindung elektromagnetische Strahlen als Energiequellen 9, 10, vorzugsweise Laserstrahlen verwendet und deren Intensitätsverteilung vor dem Auftreffen auf das Dünnglas 1 mittels einer Blende durch Ausblenden lokaler Bereiche des jeweiligen Strahls mit gegenüber der
Maximalintensität geringerer Intensität verändert.
Typischerweise finden sich solche Bereiche niedrigerer Intensität am Rand des Strahlprofils. Vorzugsweise werden Bereiche ausgeblendet, deren Intensität weniger als 80%, vorzugsweise weniger als 90% der Maximalintensität beträgt. Fig. 5 zeigt hierzu als Beispiel zwei Strahlprofile 26, 27, dargestellt als Intensitätsverlauf in einer Richtung senkrecht zur Strahlrichtung, beispielsweise entlang der Längsrichtung der in Fig. 3 und 4 gezeigten länglichen Auftreffgebiete 11. 12. Das gestrichelt eingezeichnete
Strahlprofil 26 ist ein Profil wie es nach der Formung des Laserstrahls über geeignete Linsen oder Spiegel erhalten wurde. Die Intensität des Strahlprofils 26 fällt hier zum Rand hin noch über einen weiten Bereich kontinuierlich ab. Mittels einer Blende 25 werden diese Randbereiche
abgeschnitten, so dass sich das modifizierte Strahlprofil 27 ergibt. Bei diesem Strahlprofil steigt die Intensität nun am Rand abrupt bis auf Werte nahe dem Maximalwert an. Mit einem solchen Strahlprofil wird auch entsprechend ein schnellerer Temperaturanstieg beim Überstreichen des
Überlappungsbereiches 13 über das Glas erzielt.
Bei den in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten
Ausführungsbeispielen hat das Strahlprofil der
Laserstrahlen und entsprechend dann auch das Auftreffgebiet 11, 12 eine elliptische Form. Die Erfindung kann auch mit anderen Strahlgeometrien realisiert werden. Fig. 6 zeigt hierzu mehrere Beispiele. Beispiel (a) zeigt ein einfaches kreisförmiges Auftreffgebiet 11, 12. Der
Überlappungsbereich zweier solcher Auftreffgebiete hätte dann die Form einer Linse. Beispiel (b) zeigt ein
elliptisches Strahlprofil, beziehungsweise ein elliptisches Auftreffgebiet , wie es auch den Beispielen der Fig. 3 und Fig. 4 zugrundeliegt. Beispiel (c) ist ein dreieckförmiges Auftreffgebiet . Die Auftreffgebiete 11, 12 können
beispielsweise mit der Spitze in Schneidrichtung
nebeneinander überlappend auf das Dünnglas 1 gerichtet werden. Die zueinander weisenden Schenkel der beiden
Dreiecke bilden dann ebenso wie bei den Beispielen der Fig. 3 und Fig. 4 aufeinander zu laufende innere Ränder der Auftreffgebiete . Ebenfalls möglich ist ein quadratisches Auftreffgebiet , wie es Beispiel (d) zeigt. Hierbei kann auch die Diagonale des Quadrats in Vorschubrichtung weisen.
Bei länglichen Auftreffgebieten sind weiterhin verschiedene Stellungen der Mittenlinien 111, 121 der Auftreffgebiete möglich. Beispiele hierzu zeigt Fig. 7. Die
Vorschubrichtung 103 ist in Fig. 7 ebenfalls eingezeichnet. Bei den Beispielen (a) und (b) überkreuzen sich die
Mittenlinien 111, 121. Dementsprechend liegt der
Kreuzungspunkt der Mittenlinien im Überlappungsgebiet. Eine Konfiguration gemäß Beispiel (b) kann beispielsweise bei hinreichender Überlappung der elliptischen Auftreffgebiete 11, 12 bei den in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten
Beispielen vorliegen. Bei den übrigen Beispielen (c) , (d) , (e) , (f) überkreuzen sich die Mittenlinien nicht. Dennoch entstehen Überlappungsbereiche durch Überlappungen der
Randzonen der jeweiligen Auftreffgebiete 11, 12. Jede der dargestellten Formen kann besondere Vorteile hinsichtlich der Kantenqualität abhängig von Glasart, Glasdicke und Vorschubgeschwindigkeit bringen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei welchem mittels zweier Energiequellen zwei an der vorgesehenen Trennlinie überlappende Auftreffgebiete aufgeheizt werden, können überraschend besonders feste Kanten in Dünngläsern erzeugt werden. Dies gilt insbesondere für Dünngläser mit einer
Dicke von höchstens 250 pm, für die das Verfahren besondere Vorteile bietet, da trotz einer schnellen Durchwärmung solch dünner Gläser ein hoher Spannungsgradient aufgebaut werden kann. Hinsichtlich der Glasfestigkeit ist dabei zu beachten, dass diese maßgeblich durch die Festigkeit an den Kanten bestimmt wird. Von den Kanten ausgehende Risse beim Versagen eines unter Biegespannung stehenden Glases sind wesentlich häufiger, als aus der Fläche des Glases
hervorgehende Brüche.
Anhand der Beispiele der Fig. 8 und Fig. 9 wird dies deutlich belegt. Beide Figuren sind doppellogarithmische Diagramme der Bruchwahrscheinlichkeit als Funktion der Biegespannung der Dünnglas-Proben. Gehorchen die
Bruchwahrscheinlichkeiten einer Weibull-Verteilung, so sind die Messwerte der Biegespannung beim Bruch der jeweiligen Probe in dieser doppellogarithmischen Darstellung
idealerweise linear korreliert. Dies ist in beiden
Diagrammen gut erfüllt. Bei dem in Fig. 8 gezeigten
Diagramm wurden die Proben mit einem herkömmlichen
Laserspannungstrennverfahren mit einem Laserspot
geschnitten. Für die in Fig. 9 gezeigten Messwerte wurde das erfindungsgemäße Verfahren mit links und rechts zur Trennlinie nebeneinanderliegenden, überlappenden
Auftreffgebieten der Laserspots angewendet. Bei den
Messwerten der Fig. 8 liegt die mittlere Bruchspannung demnach bei 175 MPa. Als Formparameter der
Weibullverteilung, welcher die Steigung der Messwerte im Diagramm wiedergibt, ergibt sich ein Wert von m=3,7.
Bei den erfindungsgemäß geschnittenen, ansonsten
gleichartigen Dünnglas-Proben ergibt sich demgegenüber ein Mittelwert der Bruchspannung von 201,2 MPa und ein
Formparameter m = 8,29. Es zeigt sich also, dass bei dünnen Gläsern mit Dicken von 250 pm oder weniger eine erhebliche Festigkeitssteigerung erzielt werden kann. Diese drückt sich insbesondere im Formparameter der zugrundeliegenden Weibull-Verteilung aus. Allgemein, ohne Beschränkung auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele betrifft die Erfindung daher auch ein mit der Erfindung herstellbares Dünnglaselement mit einer Dicke von höchstens 250 pm, welche zumindest eine mittels Spannungsrisstrennen, insbesondere Laser-
Spannungsrisstrennen geschnittene Kante aufweist, wobei die Dünnglasscheibe für von der Kante ausgehende Brüche unter Biegebelastung eine Weibullverteilung mit einem
Weibullmodul von mindestens m = 6, vorzugsweise mindestens m = 7 aufweist. Das Weibullmodul kann sogar, wie auch bei dem dargestellten Beispiel der Fig. 9 m = 8 oder mehr betragen. Gläser mit auf erfindungsgemäße Weise
bearbeiteten Kanten weisen dann dementsprechend auch eine hohe Lebensdauer unter Biegebelastung auf. Vorzugsweise beträgt die Mindestdicke des Dünnglases 5 pm.
Für die mechanische Spannung σ, die beim Trennen durch die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte
Temperaturdifferenz hervorgerufen wird, gilt
Figure imgf000034_0001
Dabei bezeichnet CC den thermischen
Ausdehnungskoeffit zienten, E das Elastizitätsmodul und μ die Poisson-Zahl des Glases.
In der nachfolgenden Tabelle sind spezifische Kennwerte einiger für die Erfindung gut geeigneter Gläser aufgelistet. Der Parameter Tg bezeichnet dabei die Transformationstemperatur .
Figure imgf000035_0001
Eine geeignete Gruppe von Gläsern für die Erfindung alkalifreie Borosilikatgläser . Hier wird folgende
Zusammensetzung in Gewichtsprozent bevorzugt:
Komponente Gew%
Si02 65
Figure imgf000035_0002
B2O3 10,5
MgO 3
CaO 9
BaO
ZnO
Diese Gläser werden auch in der US 2002/0032117 AI beschrieben, deren Inhalt bezüglich der
Glaszusammensetzungen und Glaseigenschaften vollständig auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Ein Glas dieser Klasse ist das in der Tabelle bereits aufgeführte Glas AF32.
Noch eine weitere Klasse bevorzugter Glastypen sind
Borosilikatgläser mit den folgenden Bestandteilen in
Gewichtsprozent :
Komponente Gew%
Si02 30 - 85
B203 3 - 20
Figure imgf000036_0001
Na20 3 - 15
K20 3 - 15
ZnO 0 - 12
T1O2 0,5 - 10
CaO 0 - 0,1
Ein Glas dieser Klasse von Gläsern ist das in der Tabelle bereits genannte Schott-Glas D263. Die Gläser mit genaueren Zusammensetzungen werden auch in der US 2013/207058 AI beschrieben, deren Inhalt bezüglich der Zusammensetzungen der Gläser und deren Eigenschaften vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Bei den bisher dargestellten Ausführungsformen werden überlappende Auftreffgebiete zweier Energiequellen
verwendet, mit denen das Glas schnell aufgeheizt wird. Es ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch möglich, umgekehrt erst das Glas zu erwärmen und dann mittels zweier Kühlstrahlen mit seitlich überlappenden Auftreffgebieten die für die Trennung des Glases
erforderliche Spannung zu erzeugen. Fig. 10 zeigt hierzu ein Beispiel.
Demgemäß ist ein Verfahren zum Trennen von Dünnglas 1 mit einer Dicke kleiner als 1,2 mm vorgesehen, bei welchem das Dünnglas 1 entlang eines eine Trennlinie 3 definierenden Pfades fortschreitend in einem Auftreffgebiet 11 mittels einer Energiequelle 9 erwärmt wird, so dass und auch das Auftreffgebiet 11 der Energiequelle 9 auf der Trennlinie 3 liegt, und nachfolgend abgekühlt wird, so dass durch den so hergestellten Temperaturunterschied eine mechanische
Spannung im Glas erzeugt wird und ein Riss 7 sich der mechanischen Spannung folgend entlang des Pfades
fortpflanzt, wobei das Abkühlen des Glases mittels zweier Kühlstrahlen erfolgt, welche jeweils in einem
Auftreffgebiet 50, 51 das zuvor erwärmte Dünnglas 1 abkühlen, wobei die Auftreffgebiete 50, 51 in Richtung senkrecht zur Trennlinie lateral zueinander versetzt sind und sich in einem Überlappungsgebiet 13 überschneiden, so dass die Trennlinie 3 durch dieses Überlappungsgebiet 13 läuft.
Das den Auftreffgebieten 50, 51 der Kühlstrahlen
vorgelagerte Auftreffgebiet 11 der Energiequelle 9
verursacht eine Wärmeleitungszone 15, in welcher sich die eingebrachte Wärme verteilt. Entsprechend wird auch von den Kühlstrahlen eine sich von deren Auftreffgebieten 50, 51 ausgehende Kälteleitungszone 16 verursacht.
Das im Kerngebiet 150 der Wärmeleitungszone aufgeheizte Glas trifft dann durch die Bewegung entlang der
Vorschubrichtung auf den Überlappungsbereich 13, in welchem die beiden Auftreffgebiete 50, 51 der Kühlstrahlen überlappen und damit eine starke Abkühlung hervorgerufen wird. Durch den so erzeugten Spannungsgradienten kommt es ähnlich wie bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und Fig. 4 zur Fortpflanzung des Risses 7 entlang der Trennlinie 3.
Wie oben dargelegt, kann eine hohe Lebensdauer
erfindungsgemäß zugeschnittener Dünnglaselemente erreicht werden, auch wenn diese unter dauerhafter Biegebelastung oder Allgemeiner einer oberflächlichen Zugbelastung stehen. Um eine niedrige Bruchquote innerhalb einer langen
Lebensdauer zu gewährleisten, wird ein Dünnglaselement 100 vorgesehen, welches in Weiterbildung der Erfindung unter Zugspannung, insbesondere aufgrund einer Biegebelastung steht, wobei die Zugspannung kleiner ist, als folgender Term:
(1) 1.15-Min Öa-Aa0.4 1— In
Figure imgf000038_0001
wobei Ga und Ge Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben des Glaselements unter Biegebeanspruchung sind, wobei Lref die Kantenlänge und Aref die Fläche der Proben bezeichnen, wobei Ga der Mittelwert der Zugspannung beim
Bruch in der Fläche der Probe und Ge der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kante der Probe ausgehenden Bruch sind, und wobei Ae und Aa die Standardabweichungen der Mittelwerte Ge, beziehungsweise Ga bezeichnen, und wobei
AapP die Fläche des Dünnglaselements und LapP die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten des Glaselement und Φ eine vorgegebene maximale Bruchquote innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind. Die vorgegebene maximale Bruchquote Φ beträgt bevorzugt 0,1 oder weniger (also höchstens 10%), besonders bevorzugt weniger als 0,05 (weniger als 5%) . Mit der Weiterbildung der Erfindung wird also ein
Dünnglaselement 100 bereitgestellt, welches unter eine Zugspannung GapP gesetzt ist, welche kleiner ist als der oben genannte Term (1) . Die Zugspannung kann beispielsweise durch ein Aufrollen oder auch eine Befestigung auf einem Träger unter erzwungener Biegung verursacht werden.
Um eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit des
Dünnglaselements innerhalb von längeren Zeiträumen, beispielsweise bis zu zehn Jahren, zu erzielen, wird bevorzugt, dass das Glaselement unter eine Zugspannung σ gesetzt wird, welche kleiner ist als
A
(2) 0.93 -Min σ3 - Δ3 0.4 · 1— In ref Φ , σΘ - ΔΘ 0.4 1 - In Lref Φ
LaPP
Bereits diese vergleichsweise kleine Verringerung der maximalen Zugspannung um einen Faktor 1,15/0,93 = 1,236 führt zu einer erheblichen Steigerung der Lebensdauer des mit der Zugspannung beaufschlagten Glasartikels.
Mit der Erfindung wird nun ermöglicht, Dünnglasbänder zu Rollen 3 aufzuwickeln, die hinsichtlich des Innenradius so bemessen sind, dass sie einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise einen durchschnittlichen oder maximalen Lagerungszeitraum mit hoher Wahrscheinlichkeit unbeschadet überstehen. Dies gilt allgemein auch für andere Formen der Weiterverarbeitung des Dünnglases, bei denen das
hergestellte Glaselement unter Zugspannung steht. Wie auch bei der Ausführungsform der Rolle sind die am häufigsten in Anwendungen, beziehungsweise bei einem weiterverarbeiteten Glasartikel auftretenden Zugspannungen durch Biegung des Dünnglases verursacht. Dabei steht der minimale Biegeradius R mit der Zugspannung GapP in folgender Beziehung:
E t
GaPP 2 OD
(3) " V^ 2R .
In dieser Beziehung bezeichnet E den Elastizitätsmodul, t die Dicke des Dünnglases und V die Poissonzahl des Glases. Bevorzugte Glasdicken sind oben in der Beschreibung
angegeben.
Für den Biegeradius, welcher die Bedingung einer gemäß Term (1) berechneten maximalen Zugspannung GapP erfüllt, ergibt sich durch Kombination mit Gleichung (3) folgender
Zusammenhang zwischen Biegeradius und Zugspannung:
Figure imgf000040_0001
Entsprechend folgt aus der Kombination von Gleichung (3) mit Term (2) für den Biegeradius, mit welchem eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit bei längeren Zeiträumen erhalten wird, die Beziehung
Figure imgf000040_0002
Für ein Dünnglaselement 100 in Form eines wie in Fig. 11 dargestellt, zu einer Rolle aufgewickelten Dünnglasbandes liegt der minimale Biegeradius R des Dünnglasbandes, aus dem gemäß Beziehung (3) die maximale Zugspannung GapP
resultiert, an der Innenseite 17 der Rolle vor. Um die Rolle handhabbar und klein halten zu können, werden
Biegeradien bevorzugt, bei welchen die maximale
Zugspannung, die an der Innenseite 17 auftritt, aber mindestens 21 MPa beträgt. Die Kanten 19 des
Dünnglasbandes, welche in der Rolle an deren Stirnseiten liegen, sind dabei wie bereits anhand von Fig. 1
beschrieben, durch Abtrennen von Borten 101, 102 erzeugt worden. Das Verfahren, mit welchem die Parameter der obigen Gleichungen bestimmt werden, ist eingehend auch in der PCT/EP2014/070826 beschrieben, deren Inhalt diesbezüglich vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden
Erfindung gemacht wird.
Um die einzelnen Lagen der Rolle gegeneinander zu schützen, kann wie dargestellt ein Bahnmaterial 18 mit eingewickelt werden .
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wurden zwei Gleichungen für jeweils fixe Mindest- Lebensdauern von mehr als 6 Monaten, beziehungsweise mehr als einem Jahr angegeben. Gegebenenfalls ist es aber sinnvoll, eine andere bestimmte Lebensdauer vorzugeben. Auch folgen aus den Termen (1), (2) zwar Mindest-Radien, jedoch kann es auch wünschenswert sein, einen Bereich zulässiger Radien, mit dem eine bestimmte Lebensdauer erzielt wird, anzugeben. Schließlich ist es weiterhin auch gegebenenfalls schwierig, zu diskriminieren, ob bei den Bruchtests ein Bruch von einer Kante ausgegangen oder innerhalb der Fläche entstanden ist. Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass Bruchtests durchgeführt werden, bei denen die
Bruchspannung, beziehungsweise die korrespondierenden
Biegeradien beim Bruch aufgezeichnet werden und anhand dieser Daten statistische Parameter ermittelt und anhand dieser Parameter ein Bereich für einen Biegeradius
festgelegt wird, welcher eine bestimmte, insbesondere lange Lebensdauer des unter mechanische Spannung gesetzten
Glasartikels garantiert.
Die Erfindung sieht nun ein Dünnglaselement 100 mit
erfindungsgemäß durch Laser-Spannungsrisstrennen
hergestellten Kanten 19, beispielsweise in Form einer
Dünnglasrolle mit einem aufgerollten Dünnglas 1 in Form eines Dünnglasbands mit einer Länge von vorzugsweise mindestens 10 Metern vor, wobei der Innenradius des aufgerollten Dünnglases oder allgemeiner der Biegeradius des gebogenen Dünnglaselements im Bereich von
R
=<*>■ 0,7 + exp ■2,3 (2 - e-' ) bis
(R) · 0,053
Figure imgf000042_0001
liegt, ittelwert und
(10)
Figure imgf000042_0002
die Varianz der Biegeradien R± beim Bruch einer Mehrzahl N von Proben aus dem gleichen Glasmaterial mit gleicher Dicke und gleich beschaffenen Glaskanten wie das Glasmaterial des Dünnglaselements sind, wobei R± die Biegeradien sind, bei welchen die Proben jeweils brechen, und t eine vorzugsweise vorgegebene Mindest-Dauer in Tagen ist, welche das
Dünnglaselement ohne Bruch übersteht. Solche
zeitverzögerten Brüche werden dabei insbesondere durch Spannungsrisskorrosion verursacht.
Ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines
Dünnglaselements 100 in Form einer Rolle 3 mit einem aufgerollten Dünnglas 1 mit einer Länge von vorzugsweise mindestens 10 Metern basiert dementsprechend darauf,
- mit einem Bruchtest der Mittelwert <R> der Biegeradien R± beim Bruch einer Mehrzahl N von Proben 10 unter
fortschreitend größer werdender Biegebelastung, sowie die Varianz s ermittelt werden, und
- ein Dünnglasband aus dem gleichen Glasmaterial mit gleicher Dicke und gleich beschaffenen Glaskanten wie das Glasmaterial der Proben 10 bereitgestellt, zumindest dessen Längskanten erfindungsgemäß durch Laser-
Spannungsrisstrennen hergestellt und das Dünnglasband zu einer Rolle aufgewickelt wird, wobei der Innenradius der Rolle, welcher der Radius der innersten Lage des
Dünnglasbands ist, so gewählt wird, dass dieser im Bereich von Rmin gemäß Gleichung (8) bis Rmax gemäß Gleichung (9) liegt, wobei t eine vorgegebene Mindest-Dauer in Tagen ist, welche die Dünnglasrolle ohne Bruch überstehen soll. Eine gewisse Bruchwahrscheinlichkeit ist jedoch im Allgemeinen, selbst bei sehr großen Biegeradien bei Glasbändern typischerweise dennoch vorhanden. Die Parameter der
Gleichungen (8) und (9) sind aber so abgestimmt, dass die Bruchquote innerhalb einer vorgegebenen Mindest-Dauer im Allgemeinen bei kleiner als 0,1, vorzugsweise kleiner als 0,05 liegt.
Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung beeinflusst die erfindungsgemäße Herstellung der Kanten und deren verbesserte Festigkeit die Parameter s und <R> . Durch die erhöhte Kantenfestigkeit wird auch insgesamt der Mittelwert <R> gegenüber Proben mit nicht erfindungsgemäß
geschnittenen Kanten erhöht. Je nach Natur der vorhandenen Defekte der Kanten kann die Varianz s gegenüber nicht erfindungsgemäß hergestellten Proben ansteigen oder auch kleiner werden.
Um eine ausreichend vertrauenswürdige Statistik für eine zuverlässige Festlegung des Biegeradius im durch die
Gleichungen (8) und (9) definierten Bereich zu erhalten, werden gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform mindestens zwanzig, vorzugsweise mindestens 50 Proben des
Dünnglases bis zum Bruch mit einer Biegebelastung und damit mit Zugspannung belastet, um den Mittelwert <R> der
Biegeradien R± und deren Varianz zu ermitteln. Die
Durchführung des Verfahrens, sowie die Ermittlung der Parameter der Gleichungen (8) bis (10) wird eingehend auch in der DE 10 2014 113 149.5 beschrieben, deren Inhalt diesbezüglich vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern im Rahmen des Gegenstands der Ansprüche in vielfältiger Weise abgewandelt werden kann. Auch können die verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden .
Bezugszeichenliste
Figure imgf000046_0001
Teilstrahlen 81, 82
Rit zeinrichtung 89
Borten 101, 102
Vorschubrichtung 103 innere Ränder von 11, 12 110, 120
Mittenlinien von 11, 12 111, 121
Kerngebiet von 15 150
Dünnglaselement 100

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Trennen von Dünnglas (1) mit einer
Dicke kleiner als 1,2 mm, vorzugsweise mit einer
Dicke im Bereich von 5 pm bis 150 pm, bei welchem das Dünnglas (1) entlang eines eine Trennlinie (3) bildenden Pfades fortschreitend erwärmt wird, wobei das Erwärmen des Glases durch die Energie zumindest einer Energiequelle innerhalb eines Einwirkfeldes dieser Energiequelle auf dem Dünnglas (1) erfolgt, wobei das Einwirkfeld entlang der Trennlinie 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 (7) sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie (3) fortpflanzt, und wobei zwei Teilbereiche (42, 44) des Einwirkfelds lateral beabstandet zur Trennlinie sind, und im
Einwirkfeld einen Ausschnitt einrahmen, durch welchen die Trennlinie (3) läuft, derart, dass im Abschnitt dieser Beabstandung Bereiche des Dünnglases (1) neben der Trennlinie stärker erwärmt werden, als Bereiche auf der Trennlinie, und wobei das Einwirkfeld so geformt ist, dass bei Bewegung des Dünnglases entlang der Trennlinie diese Teilbereiche (42, 44) in
Bewegungsrichtung des Dünnglases zusammenlaufen und sich auf der Trennlinie treffen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Dünnglas (1) entlang eines eine Trennlinie (3) bildenden Pfades fortschreitend erwärmt wird, wobei das
Erwärmen des Glases mittels zweier Energiequellen (9, 10) erfolgt, welche jeweils in einem Auftreffgebiet (11, 12) auf das Glas treffen, wobei das Einwirkfeld zumindest von dem ersten und dem zweiten
Auftreffgebiet gebildet wird, und wobei die
Energiequellen (9, 10) so auf das Glas gerichtet werden, dass die Auftreffgebiete (11, 12) in Richtung senkrecht zur Trennlinie (3) lateral zueinander versetzt sind, wobei die beiden Auftreffgebiete (11, 12) sich in einem Überlappungsgebiet (13)
überschneiden, so dass die Trennlinie (3) durch dieses Überlappungsgebiet (13) läuft und durch den Temperaturunterschied des mittels der Energiequellen aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas, insbesondere zum entlang der Trennlinie (3) in das
Überlappungsgebiet einlaufenden Glas eine mechanische Spannung im Glas erzeugt wird, durch welche ein Riss (7) sich der mechanischen Spannung folgend entlang der Trennlinie (3) fortpflanzt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Energiequelle zeitlich getaktet auf das Glas treffen .
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Dünnglas (1) der Erwärmung nachfolgend mit einem Kühlstrahl (5) abgekühlt wird, wobei der
Kühlstrahl (5) so auf das Glas gerichtet wird, dass dessen Auftreffort (50) auf der Trennlinie (3) liegt. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Dünnglasband (101) Borten (102, 103) abgetrennt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden
Auftreffgebiete (11, 12) ellipsenförmig sind.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Strahlen als Energiequellen (9, 10), vorzugsweise Laserstrahlen verwendet und deren
Intensitätsverteilung vor dem Auftreffen auf das Dünnglas (1) mittels einer Blende (25) durch
Ausblenden lokaler Bereiche des jeweiligen Strahls mit gegenüber der Maximalintensität geringerer Intensität verändert werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glas mit Laserstrahlen (90, 100) als Energiequellen (9, 10), vorzugsweise mittels
Laserstrahlen eines C02~Lasers aufgeheizt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich des Einwirkfeldes maskiert wird, um den Ausschnitt des Einwirkfeldes auf dem Dünnglas zu bilden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnglas (1) auf einem mit einer Levitationsunterlage (21) erzeugten Gaspolster gelagert oder über das Gaspolster geführt wird, wobei die Auftreffgebiete der Energiequellen (9, 10) und der Auftreffort des Kühlstrahls (5) im vom Gaspolster unterstützten Bereich des Dünnglases (1) liegen.
11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kühlstrahl (6) verwendet wird, dessen Auftreffort (52) in
Vorschubrichtung vor den Auftreffgebieten (11, 12) der Energiequellen (9, 10) liegt, so dass ein Punkt des Dünnglases (1) auf der Trennlinie beim Vorschub zuerst den Auftreffort (52) des zweiten Kühlstrahls, dann den ersten Auftreffbereich (11), dann den zweiten Auftreffbereich (12 und dann den Auftreffort (51) des ersten Kühlstrahls (5) durchquert.
12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlstrahl (5) ein Aerosolstrahl oder ein angefeuchteter Gasstrahl mit einer relativen Feuchte im Bereich von 70 % bis 100 % verwendet wird.
13. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlstrahl (5) ein Flüssigkeitsstrahl verwendet wird.
14. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlstrahl (5) ein Tröpfchenstrahl verwendet wird.
15. Vorrichtung (2) zum Trennen von Dünnglas (1) mit
einer Dicke kleiner als 1,2 mm, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 5 pm bis 150 pm, umfassend zumindest eine Energiequelle und eine Einrichtung, um die Energie der Energiequelle in einem Einwirkfeld auf das Dünnglas einwirken zu lassen, so dass das Dünnglas (1) sich im Bereich des Einwirkfelds
erwärmt, und wobei eine Vorschubeinrichtung (20) vorgesehen ist, um das Dünnglas (1) und das
Einwirkfeld relativ zueinander entlang einer
vorgesehenen Trennlinie (3) zu bewegen, so dass durch den Temperaturunterschied des mittels der
Energiequellen aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas eine mechanische Spannung im Glas erzeugt wird, durch welche ein Riss (7) sich der mechanischen
Spannung folgend entlang der Trennlinie (3)
fortpflanzt, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, welche das Einwirkfeld (4) mit einer Form erzeugt, welche zwei Teilbereiche (42, 44) aufweist, die lateral beabstandet zur Trennlinie (3) sind und im Einwirkfeld einen Ausschnitt (4) einrahmen, durch welchen die Trennlinie läuft, derart, dass im
Abschnitt dieser Beabstandung Bereiche des Dünnglases (1) neben der Trennlinie stärker erwärmt werden, als Bereiche auf der Trennlinie, so dass bei Bewegung des Dünnglases entlang der Trennlinie diese Teilbereiche in Bewegungsrichtung des Dünnglases zusammenlaufen und sich auf der Trennlinie treffen.
16. Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Maskieren eines Teilbereiches des Einwirkfelds um den
Ausschnitt des Einwirkfelds auf dem Dünnglas zu bilden .
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, mit einer Einrichtung zur Bereitstellung zumindest zweier Energiequellen (9, 10) und einer Einrichtung, um die Energiequellen
(9, 10) so auf das Dünnglas (1) zu richten, dass diese jeweils in einem Auftreffgebiet (11, 12) auf das Dünnglas (1) treffen, wobei zumindest die beiden Auftreffgebiete das Einwirkfeld bilden, und wobei die Auftreffgebiete (11, 12) in Richtung senkrecht zur Trennlinie (3) lateral zueinander versetzt sind, und sich in einem Überlappungsgebiet (13)
überschneiden, und wobei eine Vorschubeinrichtung (20) vorgesehen ist, um das Dünnglas (1) und die Auftreffgebiete (11, 12) relativ zueinander entlang einer vorgesehenen Trennlinie (3) zu bewegen, so dass durch den Temperaturunterschied des mittels der
Energiequellen (9, 10) aufgeheizten Glases zum umgebenden Glas, insbesondere zum entlang der
Trennlinie (3) in das Überlappungsgebiet einlaufenden
Glas eine mechanische Spannung im Glas erzeugt wird, durch welche ein Riss (7) sich der mechanischen
Spannung folgend entlang der Trennlinie (3)
fortpflanzt .
18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17,
wobei ein Kühlstrahlerzeuger (40) vorgesehen ist, um einen Kühlstrahl (5) zu erzeugen, durch dessen
Auftreffort die Trennlinie (3) läuft, derart, dass ein auf der Trennlinie (3) liegender Punkt des
Dünnglases bei Bewegung mittels der
Vorschubeinrichtung (20) zuerst das erste Auftreffgebiet (11), dann das zweite Auftreffgebiet (11) und dann den Auftreffort (50) des Kühlstrahls (5) durchläuft, 19. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18,
gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale :
- die Einrichtung zur Bereitstellung zumindest zweier Energiequellen (9, 10) umfasst einen Laser,
- Die Einrichtung zur Bereitstellung zumindest zweier
Energiequellen (9, 10) umfasst einen Strahlteiler,
- Es ist eine Blende (25) vorgesehen, um die
Intensitätsverteilung von elektromagnetischen
Strahlen als Energiequellen (9, 10), vorzugsweise von Laserstrahlen vor dem Auftreffen auf das Dünnglas (1) durch Ausblenden lokaler Bereiche des jeweiligen Strahls mit gegenüber der Maximalintensität
geringerer Intensität zu verändern. 20. Dünnglaselement (100) mit einer Dicke von höchstens
250 pm, herstellbar mit einem Verfahren oder einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welche zumindest eine mittels Spannungsrisstrennen, insbesondere Laser-Spannungsrisstrennen geschnittene Kante aufweist, wobei die Dünnglasscheibe für von der
Kante ausgehende Brüche unter Biegebelastung eine Weibullverteilung mit einem Weibullmodul von
mindestens m = 6, vorzugsweise mindestens m = 7 aufweist .
21. Dünnglaselement (100) nach vorstehendem Anspruch, bei welchem das Dünnglaselement unter einer Zugspannung 'SPP steht, welche kleiner ist, als
1 .1 5-Min Φ
Figure imgf000055_0001
wobei Ga und Ge Mittelwerte der Zugspannung beim
Bruch von Proben des Dünnglaselements unter
Biegebeanspruchung sind, wobei Lref die Kantenlänge und Aref die Fläche der Proben bezeichnen, wobei Ga der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe und Ge der Mittelwert der
Zugspannung bei einem von der mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Kante der Probe ausgehenden Bruch sind, und wobei Δθ und Äa die Standardabweichungen der Mittelwerte Ge , beziehungsweise Ga bezeichnen, und wobei AapP die
Fläche des Dünnglaselements und LapP die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten (19) des
Glaselements und Φ eine maximale Bruchquote von höchstens 0,1 innerhalb eines Zeitraums von
mindestens einem halben Jahr sind. 22. Dünnglaselement (100) gemäß dem vorstehenden
Anspruch, bei welchem das Dünnglaselement unter
Zugspannung GapP steht, welche kleiner ist als
0.93 -Min
Figure imgf000055_0002
Dünnglaselement (100) gemäß einem der vier
vorstehenden Ansprüche, in Form einer Rolle mit einem aufgerollten Dünnglas (1), vorzugsweise mit einer Länge von mindestens 10 Metern und einer Dicke von vorzugsweise höchstens 200 Mikrometern, wobei der Innenradius des aufgerollten Dünnglases (1) im
Bereich von m=
Figure imgf000056_0001
bis
#ma* = (R) 3,4 + exp 2,1 ■(2 - ,- )
(R) · 0,05 lie t, wobei <R> den Mittelwert und
Figure imgf000056_0002
die Varianz der Biegeradien beim Bruch einer Mehrzahl N von Proben aus dem gleichen Glasmaterial mit gleicher Dicke und gleich beschaffenen Glaskanten wie das Glasmaterial des Dünnglaselements sind, wobei R± die Biegeradien sind, bei welchen die Proben jeweils brechen, und t eine Mindest-Dauer in Tagen ist, welche die Dünnglasrolle ohne Bruch übersteht.
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