DE19957317A1

DE19957317A1 - Procedure for placing of breakpoint edges on workpiece has beam focussed in working volume inside workpiece at distance from surface and breakpoint edge formed by cascading of working volumes

Info

Publication number: DE19957317A1
Application number: DE19957317A
Authority: DE
Inventors: Remy Renaud; Andreas Wienkamp
Original assignee: Vitro Laser GmbH
Current assignee: Vitro Laser GmbH
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: DE19957317C2

Abstract

A procedure for the placing of breakpoint edges on a workpiece is described. An effect is had on the workpiece with a beam of high density spatially along the breakpoint edges present. The beam (6) is focussed in a working volume (8) in the inside of the workpiece (1,3) at a distance from its surface (9). The breakpoint edge is formed by the cascading of working volumes. The workpiece is processed at the height of the breakpoint edge provided in several depths relative to the surface. The breakpoint edge is formed by perforation of the workpiece. The spacings of the working volumes is adjusted corresponding to the breaking force provided for the separation of the workpiece.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbringung von Sollbruchkanten an einem Werkstück der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a method for attaching Breaking edges on a workpiece which in the preamble of Claim 1 specified genus.

Sollbruchkanten werden beispielsweise bei scheibenförmigen Werkstücken vorgesehen, um später durch Biegung oder ähnliche Materialbeanspruchung des Werkstückes auf einfache Weise mit einer vordefinierten Bruchkante zu trennen. Dabei ist bekannt, an den Oberflächen des Werkstückes Vertiefungen entlang der vorgesehenen Sollbruchkante anzubringen. Auf diese Weise wird die Wandstärke des Werkstückes verringert und so die Biegesteifigkeit des Werkstückes im Bereich der Sollbruchkante geschwächt.For example, predetermined breaking edges are disc-shaped Workpieces provided for later by bending or the like Material stress on the workpiece in a simple manner to separate a predefined breaking edge. It is known depressions along the surfaces of the workpiece intended intended breaking edge. That way the wall thickness of the workpiece is reduced and so the Flexural rigidity of the workpiece in the area of the predetermined breaking edge weakened.

Die Sollbruchkanten können angebracht werden, indem mit einem Strahl hoher Leistungsdichte örtlich entlang der vorgesehenen Sollbruchkante auf das Werkstück eingewirkt wird. Mit einem Laserstrahl werden bei bekannten Verfahren Löcher in die Oberfläche des Werkstückes eingebracht und durch Aneinanderreihung von Löchern eine Einritzung der Oberfläche entlang der vorgesehenen Sollbruchkante vorgenommen. Die Löcher werden dabei derart aneinandergereiht, daß bei späterer Biegung die Bruchkanten in den gewünschten Richtungen verlaufen. Mit Laserbearbeitung können Sollbruchkanten durch Einritzungen oder Perforationen genau ausgebildet werden.The breaking edges can be attached by using a beam of high power density locally along the provided predetermined breaking edge is acted on the workpiece. With known methods, holes are made with a laser beam in introduced and through the surface of the workpiece Line up of holes with an incision on the surface made along the intended breaking edge. The Holes are strung together so that later Bend the break edges in the desired directions run. With laser processing, breaking edges can pass through Incisions or perforations can be formed precisely.

Bei größeren Materialstärken, welche im Bereich der Sollbruchstelle zu durchtrennen sind, sind meist sehr tiefe Einritzungen erforderlich, um ein sauberes Brechen entlang der Sollbruchkante zu ermöglichen. Die tiefen Einritzungen erfordern einen hohen Bearbeitungs- und Energieaufwand. Darüber hinaus ist die Anbringung von Sollbruchstellen durch Einritzen der Oberflächen bei Verbundwerkstücken problematisch, welche aus mehreren zusammengefügten Schichten bestehen. Dabei werden ausschließlich die außen liegenden Materialschichten mechanisch mit Sollbruchstellen versehen. Beim Trennen der Werkstücke brechen dabei oft nur die außen liegenden Schichten. Die innere Schicht, die nicht mit einer Sollbruchstelle versehen ist, bricht dabei unkontrolliert und trägt oft Schäden davon.With larger material thicknesses, which in the range of The breaking point to be cut is usually very deep Scoring is required to break cleanly along the Allow predetermined breaking edge. The deep incisions require a lot of processing and energy. In addition, the installation of predetermined breaking points Scoring the surfaces of composite workpieces problematic, which is composed of several layers consist. Only the outside are used Provide material layers with predetermined breaking points mechanically. When cutting the workpieces, only the outside often breaks lying layers. The inner layer that is not with one If the predetermined breaking point is provided, it breaks uncontrollably and often suffers damage.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anbringung von Sollbruchkanten mittels Strahlen hoher Leistungsdichte zu schaffen, mit dem eine Sollbruchkante ausgebildet wird, die insbesondere bei höheren Materialstärken und Verbundwerkstücken ein definiertes Trennen des Werkstückes an der vorgesehenen Bruchkante ermöglicht.The present invention is based on the object Method for applying predetermined breaking edges by means of blasting to create high power density with which a predetermined breaking edge is formed, in particular with higher material thicknesses and composite workpieces a defined separation of the workpiece allows at the intended breaking edge.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the features of Claim 1 solved.

In dem Werkstückmaterial, das für den Strahl durchlässig ist, wird der Strahl in einem Wirkvolumen fokussiert, wobei oberhalb eines materialspezifischen Kennwertes des Leistungsdichte eine Energieabsorption stattfindet. Die absorbierte Energie wird zum größten Teil in Wärme umgesetzt, wodurch sich innerhalb des Wirkvolumens das Material des Werkstückes örtlich rasch aufwärmt. Unter dem Wärmeeinfluß verändert sich die Werkstoffstruktur und in der Folge eines Crackens von Molekülen oder der Bildung von Gaskavitäten wird eine Schwächung der Festigkeit in diesem Wirkvolumen erzielt. Durch eine Aneinanderreihung von Wirkvolumina wird die Sollbruchkante innerhalb des Werkstückes gebildet. Die Sollbruchkante kann dabei in beliebigem Abstand von der Oberfläche des Werkstückes vorgesehen sein, indem der Strahl in entsprechender Eindringtiefe im Werkstoff fokussiert wird und so das Wirkvolumen dort hingelegt wird. Zweckmäßig wird zur erfindungsgemäßen Anbringung von Sollbruchkanten innerhalb des Werkstückes ein Laserstrahl eingesetzt. Die Materialerwärmung aufgrund der Absorbtion der Laserstrahlung in dem Wirkvolumen führt bei mineralischen Gläsern und ähnlichen Materialien zur Bildung von Rissen und Kavitäten im Material. In dem Material, welches die zur Anbringung von Sollbruchkanten geschwächten Bereich umgibt, treten aufgrund der Hohlraumbildung und Materialverdrängung in den Wirkvolumina Druckspannungen auf, welche die definierte Trennbarkeit im Bereich der Sollbruchkante unterstützen. In the workpiece material that is permeable to the beam the beam is focused in an effective volume, whereby above a material-specific characteristic of the Power density an energy absorption takes place. The most of the absorbed energy is converted into heat, whereby the material of the Workpiece quickly warms up locally. Under the influence of heat the material structure changes and as a result one Cracking of molecules or the formation of gas cavities achieved a weakening of strength in this effective volume. By lining up effective volumes, the Breaking edge formed within the workpiece. The The predetermined breaking edge can be at any distance from the Surface of the workpiece can be provided by the beam is focused in the appropriate depth of penetration in the material and so the effective volume is put there. Will be expedient for attaching predetermined breaking edges within a laser beam is used on the workpiece. The Material heating due to the absorption of the laser radiation in the effective volume leads to mineral glasses and similar materials for the formation of cracks and cavities in the Material. In the material that is used to attach Breakage edges surrounding the weakened area occur due to the formation of cavities and material displacement in the Effective volumes compressive stresses, which the defined Support separability in the area of the predetermined breaking edge.

Vorteilhaft werden mehrere Wirkvolumina auf gleicher Höhe der vorgesehenen Sollbruchkante in unterschiedlichen Tiefen gegenüber der Oberfläche des Werkstückes vorgesehen, um das Werkstück im Bereich der Sollbruchkante gezielt zu schwächen. Die Sollbruchkante wird durch Perforation des Werkstückes gebildet, wobei die Abstände der Wirkvolumina entsprechend der vorgesehenen Bruchkraft zum Trennen des Werkstückes eingestellt wird. Ist eine leichte Trennbarkeit, die oft irrtümlich auftreten kann, unerwünscht, so werden Perforationen des Werkstückes mit großen Abständen der Wirkvolumina eingestellt. Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zum Trennen des Werkstückes eingesetzt werden, wobei die Wirkvolumina entsprechend dicht benachbart angeordnet werden, daß sich eine durchgehende Linie ergibt.Several effective volumes at the same level are advantageous the intended breaking edge at different depths provided to the surface of the workpiece to the To weaken the workpiece in the area of the predetermined breaking edge. The predetermined breaking edge is achieved by perforating the workpiece formed, the distances between the effective volumes corresponding to the provided breaking force for separating the workpiece is set. Is an easy separability that often may occur in error, become undesirable Perforations of the workpiece with large distances between the Effective volumes set. This can be advantageous Method according to the invention also for separating the workpiece are used, the effective volumes correspondingly tight be arranged adjacent to each other, that there is a continuous line results.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Werkstück zusätzlich auf Höhe der Sollbruchkante mindestens an einer seiner Oberflächen geritzt. Wird das Werkstück gebogen, so treten die Spannungen in der Sollbruchkante ausschließlich in dem verbleibenden Material zwischen der Einritzung der Oberfläche und der erfindungsgemäß im Inneren vorgesehenen Sollbruchkante auf, wodurch sich eine besonders saubere Bruchkante ergibt. Die Einritzung an der Oberfläche kann durch Laserbearbeitung erfolgen, wobei jedoch auch Bearbeitungsverfahren mit mechanischem Kontakt mit der Oberfläche vorteilhaft sein können. Die Einritzungen der Oberfläche können auch vorteilhaft mittels Wasserstrahlen ausgebildet werden.In a further embodiment of the invention, the workpiece additionally at least at the level of the predetermined breaking edge carved on its surfaces. If the workpiece is bent, so the stresses in the predetermined breaking edge only occur the remaining material between the scoring of the Surface and the interior provided according to the invention Breaking edge on, resulting in a particularly clean Breakline results. The surface can be scratched through Laser processing is done, but also Machining process with mechanical contact with the Surface can be advantageous. The incisions of the Surface can also be advantageously used by means of water jets be formed.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders vorteilhaft zur Anbringung von Sollbruchkanten an Verbundwerkstücken eingesetzt. Bei mehrlagigen Verbundwerkstücken kann mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen auf die innen liegenden Materialschichten, welche vollständig von den äußeren Schichten abgedeckt liegen, eingewirkt werden.The method according to the invention is particularly advantageous for attaching predetermined breaking edges to composite workpieces used. In the case of multilayer composite workpieces, the measures according to the invention on the inside Layers of material completely from the outer Layers are covered, can be acted on.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is as follows explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 ein scheibenförmiges Werkstück, an dem eine Sollbruchkante angebracht wird, Fig. 1 a disk-shaped workpiece at which a break-off edge is attached,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein scheibenförmiges Werkstück und Fig. 2 shows a cross section through a disc-shaped workpiece and

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Verbundwerkstück mit drei Materialschichten. Fig. 3 shows a cross section through a composite workpiece with three layers of material.

Fig. 1 zeigt eine ebene Glasplatte 1, bei der mittels eines Laserstrahls 6 eine Sollbruchkante 2 angebracht wird. Der Laserstrahl 6 wird in einem Werkzeugkopf 7 erzeugt und in einem Wirkvolumen 8 fokussiert, welches innerhalb der Glasplatte 1 mit Abstand zu der Oberfläche der Glasplatte 1 liegt. Die Glasplatte 1 ist für den Laserstrahl 6 durchdringbar und im Wirkvolumen 8 wird durch lokale Erwärmung das Material verändert und in seiner Festigkeit geschwächt. Fig. 1 shows a flat glass plate 1 by means of a laser beam 6 is a break-off edge 2 is attached in the. The laser beam 6 is generated in a tool head 7 and focused in an effective volume 8 which lies within the glass plate 1 at a distance from the surface of the glass plate 1 . The glass plate 1 can be penetrated by the laser beam 6 and the material is changed in the effective volume 8 by local heating and its strength is weakened.

Bei mineralischen Gläsern oder transparenten Kunststoffen wie zum Beispiel PMMA führt die Einwirkung des Laserstrahls 6 im Wirkvolumen zur Bildung von Rissen und Hohlräumen im Material. Die Sollbruchkante 2 wird durch Aneinanderreihung mehrerer Wirkvolumina 8 gebildet, in denen jeweils durch den Einfluß des Laserstrahls 6 eine Materialschädigung herbeigeführt wird. Durch entsprechende Aneinanderreihung der punktförmigen Materialschwächungen in den Wirkvolumina 8 des Laserstrahls 6 können Sollbruchkanten 2 mit beliebiger Kontur angebracht werden, beispielsweise bogenförmige Linien wie in der Fig. 1 angedeutet. Zur Anbringung der Sollbruchkante 2 wird die Glasplatte 1 relativ zum Werkzeugkopf 7 bewegt. Dabei kann der Werkzeugkopf 7 entlang der vorgesehenen Sollbruchkante 2 über die Glasplatte 1 gefahren werden und ist in einer entsprechenden Werkzeugmaschine in Längsrichtung 10 und in Querrichtung 11 der Werkzeugplatte bewegbar. Alternativ oder ergänzend ist auch möglich, die Glasplatte auf einem entsprechend bewegbaren Werkzeugtisch aufzuspannen, dem ein entsprechender Stellantrieb 12 zugeordnet ist.In the case of mineral glasses or transparent plastics such as PMMA, the action of the laser beam 6 in the effective volume leads to the formation of cracks and voids in the material. The predetermined breaking edge 2 is formed by stringing together several effective volumes 8 , in each of which material damage is caused by the influence of the laser beam 6 . By appropriately lining up the punctiform material weakenings in the effective volumes 8 of the laser beam 6 , predetermined breaking edges 2 can be attached with any contour, for example arcuate lines as indicated in FIG. 1. To attach the predetermined breaking edge 2 , the glass plate 1 is moved relative to the tool head 7 . The tool head 7 can be moved along the intended breaking edge 2 over the glass plate 1 and can be moved in a corresponding machine tool in the longitudinal direction 10 and in the transverse direction 11 of the tool plate. Alternatively or in addition, it is also possible to clamp the glass plate on a correspondingly movable tool table, to which a corresponding actuator 12 is assigned.

Mit der erfindungsgemäßen Anbringung der Sollbruchkanten durch Materialschädigungen im Inneren können saubere Bruchkanten bei scheibenförmigen Werkstücken wie der gezeigten Glasplatte 1, beispielsweise Floatglas oder Verbundglas, erreicht werden. Auch bei voluminösen Körpern wie zum Beispiel Glaswürfeln oder Rohdiamanten kann ein sauberes Trennen und Teilen über die gezielte Anbringung der Sollbruchkante durch Materialschädigung im Inneren durchgeführt werden. Die Wirkvolumina werden in einstellbaren Abständen entlang der gewünschten Sollbruchkante 2 plaziert. Bei einer hohen Dichte und entsprechend nah benachbart liegenden Wirkvolumina 2 kann auch eine sofortige Trennung des Materials erfolgen. Bei geringerer Dichte der Wirkvolumina 2 ist zum Trennen der beiden Abschnitte der Glasplatte 1 an der Sollbruchkante 2 eine entsprechende Biegekraft aufzubringen.With the attachment according to the invention of the predetermined breaking edges due to material damage inside, clean breaking edges can be achieved in disk-shaped workpieces such as the glass plate 1 shown, for example float glass or laminated glass. Even with voluminous bodies such as glass cubes or rough diamonds, clean cutting and dividing can be carried out by deliberately attaching the predetermined breaking edge due to material damage inside. The effective volumes are placed at adjustable intervals along the desired breaking edge 2 . With a high density and correspondingly closely adjacent active volumes 2 , the material can also be separated immediately. With lower density of active volumes 2 for separating the two portions of the glass plate 1 is to be applied on the break-off edge 2 a corresponding bending force.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Glasplatte 1, bei der entlang der vorgesehenen Sollbruchkante mehrere Wirkvolumina in gleicher Höhe der Sollbruchkante, jedoch unterschiedlicher Tiefe 13 vorgesehen sind. Dabei werden mit dem Laserstrahl 6 mehrere in unterschiedlichen Abständen zur Oberfläche 9 liegende Stellen bearbeitet. Die Fokussierung des Laserstrahls 6 in verschiedene Eindringtiefen ergibt dabei in Überdeckung liegende Wirkvolumina 8, in denen jeweils das Material der Glasplatte 1 geschwächt wird. Dadurch können insbesondere bei größeren Materialstärken perforierte Sollbruchkanten ausgebildet werden, die eine Trennung mit sauberen Bruchkanten ermöglichen. Fig. 2 shows a cross section through a glass plate 1, wherein there are provided along the intended breaking edge more effective volumes of the same amount of the breaking edge, but of different depth. 13 The laser beam 6 is used to process a number of locations at different distances from the surface 9 . The focusing of the laser beam 6 in different penetration depths results in overlapping effective volumes 8 in which the material of the glass plate 1 is weakened. As a result, perforated predetermined breaking edges can be formed, in particular with larger material thicknesses, which enable separation with clean breaking edges.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Verbundglas 3 wird mit dem Laserstrahl 6 die innen liegende Glasscheibe 4 bearbeitet, welche auf beiden Seiten von einer Außenschicht 5 abgedeckt ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Sollbruchkante in der innen liegenden Scheibe 4 ausgebildet werden, ohne hierfür zuvor die Außenschichten 5 mechanisch bearbeiten zu müssen. Dabei durchdringt der Laserstrahl 6 die außen liegenden Schichten und wird in den Wirkvolumina 8 innerhalb der Scheibe 4 fokussiert.In the illustrated in Fig. 3 laminated glass 3 the inner glass pane 4 is machined with the laser beam 6, which is covered on both sides by an outer layer 5. With the method according to the invention, a predetermined breaking edge can be formed in the inner pane 4 without first having to mechanically process the outer layers 5 for this purpose. The laser beam 6 penetrates the outer layers and is focused in the active volumes 8 inside the pane 4 .

Die äußeren Materialschichten 5 werden auf ihren Außenseiten auf Höhe der vorgesehenen Sollbruchkante 2 mit einem entsprechenden Werkzeug 14 eingeritzt. Dazu kann ein Werkzeug vorgesehen sein, welches mechanisch in das Verbundglas 3 eindringt. Besonders vorteilhaft werden jedoch auch die Einritzungen der Außenschichten durch das Laserwerkzeug vorgesehen, mit dem die eingeschlossenen Materialschädigungen in der innen liegenden Glasplatte 4 ausgebildet werden. Die Bearbeitung der innen liegenden Glasplatte 4 und die Einritzung der Außenschichten 5 erfolgt zweckmäßig gleichzeitig, wobei in allen übereinander liegenden Schichten des Verbundglases 3 durchgängig Sollbruchkanten ausgebildet werden.The outer material layers 5 are incised on their outer sides at the level of the intended breaking edge 2 with a corresponding tool 14 . For this purpose, a tool can be provided which mechanically penetrates the laminated glass 3 . However, the incisions in the outer layers are particularly advantageously provided by the laser tool, with which the enclosed material damage is formed in the inner glass plate 4 . The processing of the inner glass plate 4 and the scoring of the outer layers 5 are advantageously carried out simultaneously, predetermined breaking edges being formed consistently in all the layers of the laminated glass 3 lying one above the other.

Claims

1. Method for attaching predetermined breaking edges to a workpiece, the workpiece being acted on locally with a beam of high power density along the intended predetermined breaking edge, characterized in that the beam ( 6 ) in an effective volume ( 8 ) inside the workpiece ( 1 , 3 ) is focussed at a distance from its surface ( 9 ) and the predetermined breaking edge ( 2 ) is formed by lining up effective volumes ( 8 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece ( 1 , 3 ) is machined at the level of the intended breaking edge in several depths relative to the surface ( 9 ).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the predetermined breaking edge ( 2 ) is formed by perforating the workpiece ( 1 , 3 ), the spacing of the effective volumes ( 8 ) being set according to the intended breaking force for separating the workpiece.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the effective volumes ( 8 ) are arranged so closely adjacent that the workpiece ( 1 , 3 ) is separated.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the beam ( 6 ) is a laser beam.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the workpiece ( 1 , 3 ) is additionally scored at the level of the predetermined breaking edge ( 2 ) at least on one of its surfaces ( 9 ).

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized by the use of the method in composite workpieces ( 3 ) which are composed of several layers of material ( 4 , 5 ), the beam ( 6 ) when processing a material layer ( 4 ) penetrates material layers ( 5 ) facing the tool head ( 6 ) generating the beam.

8. The method according to claim 6 and 7, characterized in that the incising of the surface ( 9 ) of the workpiece ( 3 ) and the attachment of a predetermined breaking edge ( 2 ) inside a material layer ( 4 ) takes place simultaneously.