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WO2024083398A1 - Verfahren zur herstellung einer gebogenen glasscheibe mit einer durchführung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer gebogenen glasscheibe mit einer durchführung Download PDF

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Publication number
WO2024083398A1
WO2024083398A1 PCT/EP2023/074445 EP2023074445W WO2024083398A1 WO 2024083398 A1 WO2024083398 A1 WO 2024083398A1 EP 2023074445 W EP2023074445 W EP 2023074445W WO 2024083398 A1 WO2024083398 A1 WO 2024083398A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass pane
pane
glass
cutting line
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2023/074445
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexandre FESSEMAZ
Pauline GIRARD
Charlotte DUMAY JUVENETON
David Valcke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of WO2024083398A1 publication Critical patent/WO2024083398A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/08—Severing cooled glass by fusing, i.e. by melting through the glass
    • C03B33/082—Severing cooled glass by fusing, i.e. by melting through the glass using a focussed radiation beam, e.g. laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/004—Tempering or quenching glass products by bringing the hot glass product in contact with a solid cooling surface, e.g. sand grains
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/04—Tempering or quenching glass products using gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/04—Tempering or quenching glass products using gas
    • C03B27/0413—Stresses, e.g. patterns, values or formulae for flat or bent glass sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/04—Tempering or quenching glass products using gas
    • C03B27/044—Tempering or quenching glass products using gas for flat or bent glass sheets being in a horizontal position
    • C03B27/0442—Tempering or quenching glass products using gas for flat or bent glass sheets being in a horizontal position for bent glass sheets

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a curved glass pane with a feedthrough, a glass pane with a feedthrough produced thereby and a composite pane with the glass pane.
  • Curved glass panes are used particularly in the vehicle sector. In some applications, it is necessary to provide a curved glass pane with a hole or a feedthrough. This occurs, for example, in the case of windshields that are equipped with camera systems, which is now widespread in connection with driver assistance systems. The camera systems often rely on a high light transmission of the windshield, for example for distance and speed measurements using Lidar (light detection and ranging).
  • Windshields typically consist of two panes of glass that are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer. If one of the two panes of glass is tinted (usually the inner pane), the light transmission is sometimes not high enough for the camera systems.
  • a feedthrough through the tinted glass pane in the camera area to locally increase the light transmission.
  • an insert made of clear glass or a transparent plastic can be used in the feedthrough.
  • Such windshields are known, for example, from W02009030476A1, WO2020221597A1, WO2021053138A1, WO2022175634A1, WO2022175635A1 or CN111409314A.
  • the glass pane is first bent and then the feedthrough is formed in the curved glass pane, for example by laser cutting.
  • the edge surface of the glass pane that limits the feedthrough is not provided with edge stresses, which significantly impairs the mechanical stability of the glass pane.
  • the feedthrough represents a mechanical weakening of the glass pane, which can lead to damage to the glass pane, for example to glass breakage when the glass pane is installed in the vehicle.
  • the leadthrough is first formed in the flat glass pane and then bent. Because the Edge area which limits the feedthrough is already exposed when the glass pane is bent and cools down faster than the other areas of the glass pane, so edge stresses are generated in the area of the feedthrough. This is beneficial for the mechanical stability of the glass pane. However, the locally different cooling behavior also leads to the formation of optical distortions, so that the optical quality of the glass pane in the area around the feedthrough is reduced.
  • the glass pane should have edge stresses around the feedthrough, but no optical distortions.
  • WO2019/002751 A1 discloses a method in which a local compressive stress zone is formed by applying an air stream.
  • W02021111084A1 discloses tools with which a portion of a glass pane can be selectively cooled by direct contact and thus provided with compressive stress.
  • a circular feedthrough is created by mechanical glass drilling. Mechanical drilling typically leads to poor edge quality of the feedthrough, with, for example, frequent scalloping. The method is also limited to circular feedthroughs because experience has shown that only these can be created by mechanical drilling on an already bent glass pane without damaging the glass pane.
  • the present invention is based on the object of providing an improved method for producing a curved glass pane with a feedthrough, whereby edge stresses are generated around the feedthrough without causing optical distortions.
  • the method should make it possible to produce feedthroughs of any shape (base area) with a high edge quality.
  • the method according to the invention is used to produce a curved glass pane with a leadthrough. It comprises the following process steps in the order given:
  • the glass pane is first bent before the feedthrough is produced. This means that no optical distortions can occur adjacent to the feedthrough, as would be the case if the feedthrough were produced before bending due to the different cooling behavior.
  • local compressive stresses are introduced into the glass pane in an area in which the cutting line for producing the feedthrough is later located. Since the cutting line later results in the edge surface that limits the feedthrough, this edge surface is provided with an edge stress (in particular edge compressive stress). This mechanically stabilizes the glass pane.
  • edge stress in particular edge compressive stress
  • the method according to the invention produces a glass pane with a feedthrough that is characterized by high optical quality and high mechanical stability. Cutting through the glass pane using laser radiation is gentle and leads to a high edge quality around the feedthrough. In addition, openings of any shape can be created in the already bent glass pane.
  • the glass pane has a first and a second main surface and a side edge surface running between them.
  • the two main surfaces are arranged substantially parallel to one another and are intended in particular for viewing through the glass pane.
  • the glass pane is preferably made of soda-lime glass, but can in principle also be made of other types of glass, for example quartz glass, borosilicate glass or aluminosilicate glass.
  • the thickness of the glass pane is preferably from 0.5 mm to 10 mm, particularly preferably from 1 mm to 5 mm, most preferably from 1.5 mm to 3 mm.
  • the glass pane can be made of clear or tinted or colored glass.
  • the glass pane is tinted or colored. With tinted or colored glass panes, feedthroughs are particularly often desired, for example to locally increase the light transmission.
  • the glass pane is preferably tinted or colored in such a way that the light transmission based on a glass thickness of 4 mm is at most 80%, particularly preferably from 60% to 80%, in particular from 70% to 80%. In this range, the transmission in the visible spectral range is sufficiently high so that laser processing is advantageously possible.
  • the light transmission is the total transmission of electromagnetic radiation in the visible spectral range from 380 nm to 780 nm.
  • the feedthrough extends completely through the glass pane, starting from the first main surface to the second main surface.
  • the feedthrough can also be understood and referred to as a hole in the glass pane that extends completely between the main surfaces (i.e. it is not a mere depression in the sense of a blind hole).
  • the feedthrough is completely surrounded by the rest of the glass pane.
  • the feedthrough is limited and completely surrounded by an edge surface of the glass pane that is directed towards the feedthrough. This edge surface is formed by cutting through the glass pane along the cutting line; it follows the contour of the cutting line.
  • the glass pane is provided in a flat state, with the two main surfaces being flat (plane-parallel).
  • the glass pane is first bent, in particular brought into its final bent shape. To do this, the flat glass pane is heated to a bending temperature in a first process step (process step (a)).
  • the bending temperature is the temperature at which the subsequent bending is carried out.
  • the bending temperature is chosen to be sufficiently high so that the glass pane can be plastically deformed, i.e. it can be brought into a bent shape that is stable after the glass pane has cooled.
  • the bending temperature is preferably chosen to be higher than the so-called softening point of the glass pane, at which the Glass pane reaches such a viscosity that it begins to deform under its own weight. Since a higher bending temperature is associated with a reduced optical quality of the glass pane, the softening point should not be exceeded too far.
  • the bending temperature is from 600°C to 700°C, preferably from 620°C to 660°C.
  • the glass pane is then bent at the bending temperature (process step (b)). Bending is carried out in particular using a bending tool (bending mold) which has a bent or curved contact surface to which the glass pane is adapted.
  • the contact surfaces can be full-surface, with the majority of the glass pane or even the entire glass pane coming into contact with the contact surface (full mold).
  • the contact surfaces can also be designed like a frame, with only a peripheral edge area of the glass pane coming into contact with the contact surface, while the majority of the pane surface does not come into direct contact with the contact surface.
  • the contact surface can be convexly or concavely curved.
  • all common glass bending processes can be used for bending, in particular gravity bending, press bending and/or suction bending.
  • gravity bending the glass pane is placed on a bending form and, under the effect of gravity, sinks down onto the contact surface of the bending form so that it is adapted to the shape of the contact surface.
  • press bending in the narrower sense, the glass pane is pressed between two complementary bending forms and thereby deformed.
  • press bending processes in which the glass pane is pressed (“blown”) onto an upper bending form with the contact surface facing downwards by an upward air stream are also referred to as press bending.
  • suction bending the glass pane is sucked onto the contact surface, with holes typically being made in the contact surface of solid forms to transmit the suction effect.
  • the bending processes can also be combined consecutively (multi-stage bending processes) or simultaneously.
  • a pre-bend can be made using gravity bending and then the final bend can be made using press bending.
  • press bending a suction effect is often also exerted on the glass pane by one of the tools.
  • the bend of the glass pane can be a cylindrical bend, i.e. a bend (pre-bend) along a single spatial direction.
  • the bend of the glass pane is a spherical bend, i.e. a "three-dimensional" bend along two orthogonal spatial directions. This is particularly common in the case of vehicle windows.
  • an area of the glass pane which is referred to as the stress area in the sense of the invention, is cooled, whereby compressive stresses are formed in said area (process step (c)).
  • This process step is therefore a type of local thermal tempering of the glass pane. Only the stress area is cooled by a suitable coolant (for example a cooling fluid or a cooling tool) so that the stresses (compressive stresses) are formed selectively or exclusively in the stress area, while the rest of the pane (outside the stress area) is not treated with the coolant and accordingly no corresponding stresses (compressive stresses) are generated in the rest of the pane.
  • the glass pane comprises the stress area and at least one further area, whereby the compressive stresses are formed by the local, active cooling only in the stress area and not in the at least one further area.
  • the glass pane is not tempered over its entire surface, but at most in local areas, in particular in the voltage range according to the invention and optionally a peripheral edge area.
  • the compressive stresses that are formed in the stress area are preferably in a range from 10 MPa to 60 MPa, particularly preferably from 20 MPa to 50 MPa. This achieves good results.
  • the values mentioned here relate in particular to the surface of the glass pane on which the coolant is acting (surface tension). A stress profile can form across the thickness of the glass pane, so that values measured elsewhere (inside the glass pane or on the opposite surface) can deviate from this, typically lower values.
  • the compressive stresses in the stress area can be made visible and assessed, for example, by placing the glass pane in front of a polarization wall (a flat light source that emits polarized light). Since the stresses influence the polarization of the light, the stress area becomes visible as a result of the polarized light passing through.
  • a polarization wall a flat light source that emits polarized light
  • the area share of the compressive stress region in the total area of the glass pane is typically at most 15%, preferably at most 10%, particularly preferably at most 5%.
  • the said area share is, for example, from 0.1% to 15% or from 1% to 10% or from 2% to 5%.
  • the area of the compressive stress range is, for example, from 0.5 cm 2 to 70 cm 2 .
  • transition temperature the temperature of the glass pane is above the so-called transition point (transition temperature).
  • the glass pane may still be at the bending temperature or may already have cooled slightly after the bending process.
  • the stress area is cooled below the transition point. This cooling takes place relatively quickly, and the stress area is quenched at the same time. This creates the compressive stresses.
  • the rest of the glass pane cools relatively slowly, so that no stresses are generated here, at least not in a targeted manner.
  • the slow cooling process can sometimes cause slight compressive and/or tensile stresses to form in the rest of the glass pane. These are However, they are significantly less pronounced than the deliberately generated compressive stresses in the stress range.
  • the shape of the stress area is not fundamentally fixed as long as the cutting line is completely located within the stress area.
  • the stress area is limited by an outer peripheral line (outer boundary line) which surrounds the stress area and separates it from the surrounding area of the glass pane.
  • the area delimited by the outer circumferential line is completely filled with the stress area.
  • the stress area is designed as a closed surface or solid surface, for example as a completely filled polygon (such as a trapezoid or rectangle), circle or oval. It is preferred that the outer circumferential line runs parallel to the cutting line. This means that the stress area can advantageously be chosen to be small and the extent of the prestressed zone around the feedthrough is essentially constant all the way around.
  • the distance of the cutting line from the circumferential line is preferably at least 5 mm, particularly preferably from 5 mm to 30 mm, very preferably from 10 mm to 20 mm.
  • the circumferential line is also a circular line and the stress area is a completely filled circle (with a slightly larger diameter than the circular line of the cutting line).
  • the intersection line describes the circumference of a polygon (such as a trapezoid)
  • the circumference is also in the form of the circumference of a polygon of the same type (such as a trapezoid) and the stress area is a completely filled polygon of the same type (such as a trapezoid) with slightly larger dimensions than the rectangle of the intersection line.
  • the circumference of the stress area can run parallel to the cutting line.
  • the shapes of the stress area and the cutting line can be chosen independently of each other, as long as the cutting line is completely located in the stress area.
  • the stress area can be designed as a (completely filled) circle or rectangle and the cutting line can be designed as the circumference of a trapezoid that lies completely within the area of the stress area.
  • the stress area is not only surrounded by a (non-tempered) area of the glass pane, but also surrounds a further (not prestressed) area of the glass pane.
  • the stress area then has not only the outer peripheral line, but also an inner boundary line, which delimits the stress area from the said further area.
  • the outer peripheral line and the inner boundary line preferably run parallel to each other.
  • the cutting line runs between the outer peripheral line and the inner boundary line, in particular parallel to them.
  • the stress area is designed as a closed line, i.e. in the form of a line without end points.
  • the term "line" in this case is of course not to be interpreted in a strictly mathematical sense. Rather, the line has a finite width.
  • the line can therefore also be referred to as a strip and the shape of the stress area as closed-strip-shaped.
  • the strip extends along the intended cutting line.
  • the advantage of this design is in particular that the stress area can be chosen to be advantageously small - it simply follows the intended cutting line.
  • the width of the strip is preferably at least 10 mm, particularly preferably from 10 mm to 50 mm, very preferably from 15 mm to 40 mm.
  • the cutting line can run centrally between the outer circumferential line and the inner boundary line. However, the cutting line is preferably a shorter distance from the inner boundary line than from the outer circumferential line in order to increase the size of the compressive stress zone around the subsequently created passage.
  • the distance of the cutting line from the outer circumferential line is preferably at least 5 mm, particularly preferably from 5 mm to 30 mm, very preferably from 10 mm to 20 mm.
  • the targeted and active cooling of the stress area is preferably carried out by exposing the stress area to a gas flow and/or by bringing the stress area into thermally conductive contact with the contact surface of a tool (directly or indirectly).
  • the contact surface of the tool is preferably actively cooled.
  • only one of the two main surfaces of the glass pane is exposed to the gas flow in the stress area and/or brought into contact with the contact surface of the tool. It can sometimes happen that tensile stresses, rather than compressive stresses, are formed on the opposite surface. In principle, however, it is also possible for both main surfaces to be exposed to the gas flow in the stress area. Voltage range simultaneously exposed to the gas flow and/or brought into contact with the contact surface of the tool.
  • the stress area is cooled by a gas flow.
  • the stress area is in particular directly exposed to the gas flow.
  • the gas flow is fed to a tool which has at least one outlet nozzle through which the gas flow flows out of the tool.
  • the at least one outlet nozzle is directed at the stress area of the glass pane.
  • the tool can have a single outlet nozzle which has the shape of the stress area.
  • the tool can have a plurality of outlet nozzles which are arranged such that they are distributed (preferably evenly) over the stress area. This means that the gas flow of each outlet nozzle hits a section of the stress area and the sections of the different outlet nozzles are distributed (preferably evenly) over the stress area.
  • the entirety of the nozzles thus reproduces the shape of the stress area.
  • the tool can, for example, be equipped with a nozzle plate directed at the stress area, which has the shape of the stress area and which is formed with the plurality of nozzles, wherein the nozzles are preferably distributed evenly over the nozzle plate.
  • the gas stream is preferably an air stream.
  • the air stream can be obtained from the ambient air, for example by means of at least one fan or a venturi nozzle, or taken from a compressed air tank.
  • a tool is used to cool the stress area, which is brought into contact with the surface of the glass pane.
  • the tool has a contact surface, which is brought into contact with the surface of the glass pane (exclusively) in the stress area.
  • the contact area has the shape of the stress area and is brought into contact with it congruently.
  • the contact can be direct contact, so that the contact surface lies directly on the surface.
  • the contact can also be indirect, with a layer of a mediating material arranged between the contact surface and the surface of the glass pane, which is in direct contact with the glass pane on the one hand and with the contact surface on the other.
  • the mediating material can be thermally conductive and/or gas-permeable.
  • the tool has in particular an inner cavity in which a fluid flow can flow or circulate. The fluid flow is fed to this cavity through an inlet, which is preferably arranged on the side of the tool facing away from the glass pane.
  • the contact surface of the tool is closed, i.e. it has no openings or passages.
  • the fluid flow cannot flow out of the inner cavity through the contact surface.
  • the tool has an outlet, preferably on the side of the tool facing away from the glass pane, through which the fluid flow can leave the inner cavity again.
  • the contact surface is cooled by heat conduction of a boundary wall containing the contact surface as an outer surface, the boundary wall in turn being cooled by the inner fluid flow.
  • the boundary wall is made in particular from a metal or a metal alloy (for example steel).
  • the fluid can be a gas (in particular air) or a cooling liquid (in particular water). If the contact surface is brought into contact with the glass pane indirectly via a layer of a mediating material, this mediating material is thermally conductive.
  • the layer of the mediating material can, for example, be designed as a layer of a metal mesh or steel mesh.
  • the contact surface of the tool has passages through which the inner fluid flow can exit the inner cavity.
  • the tool has a boundary wall which is equipped with the contact surface as the outer surface. The passages are introduced into this boundary wall.
  • the boundary wall is made in particular from a metal or a metal alloy (for example steel).
  • the fluid is a gas (in particular air).
  • the gas flow exiting the tool hits the surface of the glass pane, which cools the stress area. In addition, cooling can occur through thermal conduction as a result of contact with the contact surface. If the contact surface is brought into contact with the glass pane indirectly via a layer of a mediating material, this mediating material is gas-permeable.
  • the layer of the mediating material can, for example, be designed as a layer of a gas-permeable metal mesh or steel mesh.
  • the boundary wall of the tool which carries the contact surface as an outer surface, is made of a gas-permeable, in particular porous material.
  • the internal fluid flow can exit the internal cavity through this material.
  • the fluid is a gas (in particular air).
  • the gas flow exiting the tool hits the surface of the glass pane, which cools the stress area.
  • cooling can occur through thermal conduction of the gas-permeable material as a result of contact with the contact surface. If the contact surface is brought into contact with the glass pane indirectly via a layer of a mediating material, this mediating material is also gas-permeable.
  • the layer of the mediating material can, for example, be designed as a layer of a gas-permeable metal mesh or steel mesh.
  • the tool can be made of a metal or a metal alloy (for example steel), with the inner cavity having an opening in the form of the stress area. This opening is closed by the gas-permeable, in particular porous material, which creates the contact surface.
  • the gas-permeable material can be made, for example, as a porous ceramic, as a gas-permeable metal mesh or steel mesh, or from sintered metal particles.
  • a gas stream is used as a fluid stream in one of the aforementioned embodiments of the tool, it can be obtained from the ambient air (for example by means of at least one fan or a Venturi nozzle) or taken from a compressed air tank and fed to the inner cavity of the tool.
  • the glass pane is severed along the cutting line using laser radiation (process step (d)).
  • the cutting line is a closed line, i.e. a line without ends.
  • the cutting line describes an area of the glass pane that is removed after the cutting, creating the feedthrough.
  • the cutting line results in the edge surface of the glass pane that is directed towards the feedthrough and surrounds the feedthrough. In other words, the cutting line forms the edge surface in question.
  • the cutting line is arranged completely within the stress area. The stress area is therefore severed by the cutting line and divided into a first section that is located on the area of the glass pane that is to be removed and is surrounded by the cutting line.
  • the width of the compressive stress zone is preferably from 5 mm to 30 mm, particularly preferably from 10 mm to 20 mm.
  • the glass pane is cut through by laser cutting.
  • the glass pane is cut through by removing material (ablation).
  • the laser beam is typically moved several times along the cutting line, with a certain amount of glass material being removed with each pass. This is done until the glass pane is cut through across its entire thickness.
  • the laser radiation is focused on a surface of the glass pane.
  • This can be the main surface facing the laser or the main surface facing away from the laser. It is possible to refocus the laser during cutting (especially continuously) so that the radiation always remains focused on the surface that is currently present and to be processed.
  • the wavelength of the laser radiation is preferably in the visible spectral range from 380 nm to 780 nm, particularly preferably in the range from 500 nm to 600 nm.
  • a frequency-doubled Nd:YAG laser emission wavelength 532 nm
  • emission wavelength 532 nm can be used.
  • the laser is preferably operated in pulsed mode.
  • the pulse length is preferably in the nanosecond range (from 1 ns to 1 ps) and is particularly preferably from 5 ns to 50 ns, most preferably from 10 ns to 20 ns.
  • the power of the laser is preferably from 10 W to 100 W, particularly preferably from 30 W to 60 W.
  • an f-theta lens is preferably used, for example with a focal length of 100 mm.
  • the speed of movement of the laser radiation along the cutting line is preferably up to 5 m/s, for example from 0.5 m/s to 5 m/s.
  • Laser cutting is particularly advantageous for smaller penetrations.
  • the laser scanning system used must be able to cover the entire cutting line in one pass in order to achieve good results.
  • the method is preferably used when the cutting line is completely within a square area with an edge length of 50 mm. In this case, laser cutting can be carried out without any problems using typical laser scanning systems.
  • the laser In a laser scanning system, the laser itself is stationary and the radiation is moved across the glass pane using a system of movable mirrors.
  • filaments are first created in the glass pane using a pulsed laser. These material modifications are known as filaments. Individual filaments are lined up along the cutting line and preferably spaced apart from one another. As far as the mechanism of filament generation is concerned, the inventors assume that self-focusing of the laser beam occurs due to the non-linear Kerr effect, thereby achieving a higher power density. This high power density creates the filament as a result of multiphoton ionization, field ionization and electron impact ionization. The electron plasma thus generated in turn leads to defocusing as a counterweight to the self-focusing.
  • each filament structure has a series of alternating focusing and defocusing points that extend along the beam direction of the laser beam, preferably perpendicular to the surfaces of the glass pane.
  • Piao, WG Oldham, EE Haller "Ultraviolet-induced densification of fused silica” (J. of App. Phys., Vol. 87, No. 7, 2000), F. Ahmed et al.: “Display glass cutting by femtosecond laser induced single shot periodic void array” (Applied Physics A, 2008, No. 93, pp. 189-192) and S. Rezaei: “Burst-train generation for femtosecond laser lamentation-driven micromachining”, Master’s thesis, University of Toronto, 2011 .
  • the material modifications produced by the laser radiation include in particular local areas of increased density, which arise from the described self-focusing of the laser radiation.
  • the laser radiation is moved (single or multiple times, preferably single) along the cutting line.
  • the laser creates a material weakening along the cutting line, which forms a predetermined breaking point for further processing.
  • the first surface and the second surface of the glass pane are not damaged, i.e. not provided with a scratch, a notch or similar.
  • the laser radiation preferably does not lead to material removal on the first and second surfaces. Instead, the laser radiation creates a series of microstructural material modifications inside the glass pane along the cutting line, so-called "filaments". Each of these filaments is created by a series of laser pulses.
  • Such a series of laser pulses are emitted onto the glass layer at suitable, usually periodic intervals while the laser beam is moving along the cutting line.
  • Such a series of laser pulses is often also referred to as a pulse train or pulse burst.
  • Each pulse train creates a filament in the glass layer.
  • a series of filaments is formed along the cutting line, with neighboring filaments being spaced apart from one another.
  • Methods for generating such spaced-apart pulse trains are known to those skilled in the art, for example using a so-called burst generator.
  • a track of such mutually spaced-apart filaments is generated along the cutting line, which creates the predetermined breaking line.
  • the glass pane is perforated by the filaments.
  • the material modification can be viewed as a local increase in density, which is accompanied by a different refractive index.
  • the focus of the laser radiation is positioned between the first surface and the second surface of the glass pane before it is moved along the cutting line. This makes it particularly easy to create internal filaments without damaging the surfaces.
  • the laser radiation is generated by a pulsed laser with a pulse length of less than 20 ps, preferably less than 10 ps, particularly preferably less than 5 ps, very particularly preferably less than 1 ps (i.e. in the femtosecond range).
  • a wavelength of laser radiation is preferably selected at which the glass layer is essentially transparent.
  • the glass layer preferably has a transmission of at least 60% at the laser wavelength used.
  • a laser in the visible, near UV range or in the IR range can be used, for example in the range from 300 nm to 2500 nm, preferably from 700 nm to 1200 nm.
  • the first laser beam has a wavelength of 800 nm to 1200 nm, preferably from 1000 nm to 1100 nm. This is advantageous with regard to the transparency of conventional glass panes and the commercial availability of suitable and cost-effective laser systems.
  • the laser beam is preferably generated by a solid-state laser with Q-switch.
  • an Nd:YAG laser can be used (emission wavelength 1064 nm).
  • the repetition rate (pulse frequency) of the laser radiation is preferably from 10 kHz to 5000 kHz, particularly preferably from 20 kHz to 2000 kHz. This produces good results. In principle, however, significantly higher pulse frequencies can also be used, for example up to 100 MHz.
  • the power of the laser is preferably from 10 W to 500 W, particularly preferably from 20 W to 200 W.
  • the choice of pulse frequency and power can influence the depth to which the filaments extend into the material.
  • the filaments should extend over at least 40%, particularly preferably at least 50%, and most particularly preferably at least 60% of the thickness of the glass pane, starting from the surface of the glass layer through which the laser radiation penetrates the glass layer.
  • the predetermined breaking point is then advantageously defined and the subsequent material separation is efficient.
  • the preferably periodically occurring series of laser pulses (pulse trains), each series producing a filament, are emitted at a repetition rate of preferably less than 1 kHz, for example in a range of 200 Hz to 800 Hz.
  • Each pulse train preferably consists of at least 5 pulses, for example in the range of 5 to 15 pulses.
  • the movement speed of the laser radiation along the cutting line is preferably from 10 mm/s to 500 mm/s, for example from 20 mm/s to 100 mm/s.
  • the distance between neighboring filaments can be determined by choosing the speed of movement of the laser radiation and the repetition rate of the pulse trains.
  • the distance is preferably less than 1 mm, particularly preferably less than 100 pm, most particularly preferably less than 20 pm, for example from 1 pm to 10 pm. This achieves an advantageous weakening of the material.
  • Distance here refers to the minimum distance between the outer boundaries of neighboring filaments.
  • the extension of the filaments perpendicular to the direction of radiation is, for example, from 1 pm to 50 pm or from 2 pm to 10 pm.
  • the laser radiation is preferably focused on the glass surface by means of an optical element or system.
  • the extent of the focus perpendicular to the radiation direction can be, for example, up to 10 pm, preferably from 1 pm to 5 pm, particularly preferably from 2 pm to 4 pm, for example about 3 pm.
  • the filamentation along the cutting line creates a predetermined breaking line.
  • the actual cutting of the glass pane along this predetermined breaking line must take place in a subsequent step.
  • the cutting (breaking) is preferably carried out by laser radiation, by cooling with a coolant, mechanically (for example by exerting pressure) or by a combination of two or more of these methods. If laser radiation is used, this is preferably laser radiation with a wavelength of 800 nm to 20 pm, preferably from 5 pm to 15 pm, in particular the radiation of a CO2 laser, typically with a wavelength of 9.4 pm or 10.6 pm.
  • the laser is preferably operated in continuous wave mode (CW).
  • the cutting can be carried out, for example, by heating the filamented glass pane along the cutting line with a CO2 laser and then cooling it, with the breakage of the glass pane along the cutting line resulting in particular from the thermal contraction of the material. Cooling (whether with or without prior heating using laser radiation) is carried out, for example, by applying a gaseous and/or liquid coolant to the glass surface along the cutting line.
  • a gaseous and/or liquid coolant are cooled gas and/or water because such cooling is easy to implement and inexpensive. Suitable gases are, for example, carbon dioxide or nitrogen.
  • the coolant is preferably applied to the glass surface using a nozzle along the cutting line. Cutting through by filamentation can be carried out for feedthroughs of any size.
  • the laser can be attached to a movable tool and moved to follow the cutting line.
  • the method is particularly preferred when the cutting line is not completely arranged within a square area with an edge length of 50 mm.
  • laser cutting as an alternative to filamentation is sometimes no longer easily feasible, since laser cutting is typically carried out with a laser scanning system - laser cutting with a movably suspended laser would be disadvantageous in terms of process speed.
  • the feedthrough can, for example, have a size in which the cutting line is completely arranged within a square area with an edge length in the range of 50 mm to 600 mm.
  • Removal can be passive, with the severed area falling out of the feedthrough after cutting through or remaining on the work table when the rest of the glass pane is lifted off of it.
  • removal can be active, by pulling or pushing the severed area out of the feedthrough. This can be done by direct action of a worker's hand or (manually or mechanically) using a tool, for example a tool with suction cups, which fix the severed area of the glass pane in place.
  • the edge area around the passage, which is formed by the cutting line, is preferably not subjected to any edge processing (especially edge grinding). In principle, however, this is conceivable.
  • the cutting line has a polygonal shape, for example the shape of a trapezoid.
  • the feedthrough also has a polygonal shape (base area). It is a particular advantage that the invention also allows the production of feedthroughs that are not accessible by mechanical drilling on curved glass panes.
  • the invention also includes a glass pane produced or producible using the method according to the invention. Such a glass pane can be distinguished by the person skilled in the art from other glass panes with feedthroughs that were produced using other methods.
  • the glass pane according to the invention is particularly characterized in that it
  • Edge stresses (edge compressive stresses) around the feedthrough in an area adjacent to the side edge surface delimiting the feedthrough This distinguishes it in particular from glass panes which were first bent and then provided with the feedthrough, but without compressive stresses being deliberately generated in the area of the later cutting line before the glass pane was severed. Such panes have no edge stresses or at least significantly lower edge stresses around the feedthrough.
  • the edge stresses around the feedthrough are typically about half the compressive stresses that were originally introduced into the stress area.
  • the edge compressive stress around the feedthrough is preferably from 5 MPa to 20 MPa, particularly preferably from 10 MPa to 25 MPa.
  • the values stated relate to the surface tension on at least one surface of the glass pane.
  • a stress profile can be present across the thickness of the glass pane.
  • the edge compressive stress can be made visible in front of a polarization wall and quantitatively determined using suitable measuring devices, for example with the Edge Master from Stress Photonics Inc.
  • the quantitative values of the edge compressive stress are determined using the method specified in ASTM standard F218-2005-01. Edge compressive stress values are measured at a distance from the edge between 0.1 mm and 2 mm, preferably between 0.1 mm and 1 mm. has no optical distortions in the area around the feedthrough. This distinguishes it in particular from glass panes where the feedthrough was first created in a flat state and which were then bent.
  • the glass pane according to the invention can be distinguished from glass panes which were also produced using the method steps (a) to (c) according to the invention, but in which the glass pane was cut through by mechanical cutting and not by the laser processing according to the invention, in particular by the cutting edge.
  • Laser cutting produces a cutting edge of very high quality and homogeneity (without any scalloping or similar damage to the pane). During filamentation, the filaments are still visible on the cutting edge, resulting in an edge similar to a postage stamp.
  • the invention also includes the use of the glass pane according to the invention as a vehicle pane or as a component of a composite pane used as a vehicle pane, in particular a composite pane used as a vehicle pane.
  • the composite pane is a windshield of a vehicle, preferably a motor vehicle, in particular a passenger car or truck.
  • a vehicle pane is intended as a window pane to separate the vehicle interior from the outside environment in a window opening.
  • the pane according to the invention is the inner pane of a composite pane. It is connected to an outer pane via a thermoplastic intermediate layer. In the installed position, the outer pane faces the outside environment. In the installed position, the inner pane faces the interior.
  • the composite pane is in particular the windshield of a vehicle, particularly preferably a motor vehicle, in particular a passenger car or truck.
  • the outer pane is preferably a pane made of soda-lime glass.
  • the thickness of the outer pane is preferably from 1 mm to 5 mm, particularly preferably from 1.5 mm to 3 mm, for example about 2.1 mm.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably made of at least one film based on polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA), or polyurethane (PU), particularly preferably based on PVB. This means that the film contains the majority of the said material (a proportion of more than 50% by weight) and can optionally contain other components, for example plasticizers, stabilizers, UV or IR absorbers.
  • the thickness of each thermoplastic film is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm.
  • films, in particular PVB films, with standard thicknesses of 0.38 mm or 0.76 mm can be used.
  • the outer pane is preferably made of clear glass (particularly clear soda-lime glass).
  • Clear glass is understood to mean glass without tinting with a light transmission of at least 85%, preferably at least 90%, based on a glass thickness of 4 mm.
  • the inner pane is preferably made of tinted or colored glass (in particular tinted or colored soda-lime glass).
  • the tint or coloring is particularly preferably selected such that the light transmission of the inner pane is at most 80% based on a glass thickness of 4 mm, particularly preferably from 60% to 80%, in particular from 70% to 80%.
  • the thickness of the inner pane is preferably from 0.5 mm to 5 mm, particularly preferably from 1.0 mm to 3 mm or 1.5 mm to 3 mm, for example about 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the outer pane has no feedthrough.
  • the area with the feedthrough through the inner pane preferably forms a so-called camera window or a so-called camera area.
  • the composite pane is therefore preferably equipped with a sensor, in particular a camera, which is attached to the inner pane and whose beam path runs through the feedthrough. This means that the sensor is directed at the feedthrough so that it can detect electromagnetic radiation (in particular light) that passes through the feedthrough.
  • the sensor can be, for example, the camera of a LiDAR system.
  • the feedthrough particularly preferably has a polygonal, for example trapezoidal shape (base area).
  • the insert can, for example, be designed as a pane made of clear glass (in particular clear soda-lime glass) or a clear plastic (for example polycarbonate or PMMA).
  • the thickness of the insert is, for example, from 1 mm to 5 mm.
  • the insert can be provided with coatings, for example with an anti-reflection coating or an optical filter.
  • Such a composite pane can be produced by producing the inner pane using the method according to the invention and then connecting it to the outer pane, which is also bent in the same way, via the thermoplastic intermediate layer.
  • Known lamination methods are used here, for example autoclave methods, vacuum bag methods, vacuum ring methods, calender methods, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the panes are usually connected via the intermediate layer under the influence of heat, vacuum and/or pressure.
  • the insert Before or after lamination of the composite pane, the insert is optionally inserted into the opening of the inner pane.
  • the sensor is then attached to the inner pane.
  • the said sensor in particular a camera, is preferably attached to the glass pane and directed towards the feedthrough.
  • the glass pane and the outer pane are preferably not pre-stressed. This means pre-stressing over the entire surface of the respective pane. Local pre-stressing of the glass pane in the stress area and any local introduction of stress in the edge area (adjacent to the side edge surface) of the glass pane and/or the outer pane are of course not excluded.
  • the invention is explained in more detail using a drawing and exemplary embodiments.
  • the drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way. It shows:
  • Fig. 1 is a plan view and a cross-section through a glass pane at different times of a first phase of the method according to the invention
  • Fig. 2 is a plan view and a cross-section through a glass pane at different times of a second phase of the method according to the invention
  • FIG. 3 Top views of the stress range of different glass panes during the process according to the invention.
  • Fig. 4 Cross sections through a glass pane during cooling with different configurations of a tool
  • Fig. 5 shows a cross-section through a composite pane with a glass pane according to the invention as the inner pane.
  • Figure 1 shows a plan view (left) and a cross-section along the cross-section line AA 1 (right) through a glass pane 1 at different times in a first phase of the method according to the invention.
  • the glass pane 1 is, for example, a tinted pane made of soda-lime glass with a thickness of 1.6 mm.
  • the glass pane 1 is, for example, tinted in such a way that its light transmission is approximately 72.5% with a layer thickness of 4 mm.
  • the glass pane 1 is to be provided with a feedthrough. This is the case, for example, if the glass pane 1 is to be used as a component of a composite pane that is intended as the windshield of a motor vehicle.
  • the feedthrough which represents a recess in the tinted glass pane 1, is intended to increase the light transmission locally, for example in a camera area.
  • the glass pane 1 is provided in the initial state as a flat glass pane ( Figure 1a).
  • the glass pane 1 is then bent, for example by gravity bending and/or press bending (Figure 1b).
  • a local prestress is then generated in a stress area B of the glass pane 1 by strongly cooling the stress area B of the glass pane 1, which is still heated after bending ( Figure 1c).
  • the stress area B can be exposed to an air stream, for example, or brought into contact with a cooled tool.
  • the cooling Compressive stresses p are generated in the stress range B. In the remaining glass pane 1 outside the stress range B, no corresponding compressive stresses are generated.
  • Figure 2 shows a plan view (left) and a cross-section along the cross-section line AA 1 (right) through the glass pane 1 at different times in a second phase of the method according to the invention, which immediately follows the first phase in Figure 1.
  • the glass pane 1 is severed along a cutting line S, whereby this cutting line S is arranged completely within the stress area B ( Figure 2a).
  • the cutting line is a closed line which separates a region of the glass pane 1 from the surrounding glass pane 1.
  • the glass pane 1 is severed along the cutting line using laser radiation.
  • laser cutting for example by moving the radiation of a frequency-doubled Nd:YAG laser with a wavelength of 532, which is operated in a pulsed manner with pulse lengths of 15 ns, several times along the cutting line S, with material being removed with each pass. This is done until the glass pane 1 is completely severed.
  • the cutting can be done by first introducing material modifications into the glass pane along the cutting line S, which in turn create a predetermined breaking line. The cutting line is then heated, for example with the radiation of a CO2 laser, and immediately afterwards cooled with cold gas, so that the glass pane breaks along this predetermined breaking line.
  • the material modifications which are also known as filaments, are based in particular on a self-focusing of the laser radiation as a result of the nonlinear Kerr effect and represent in particular local areas of increased density. They can be generated, for example, with the radiation of a Nd:YAG laser with a wavelength of 1064 nm, which is operated in a pulsed manner with pulse lengths of 300 fs, whereby the laser radiation is moved once or several times along the cutting line S.
  • the result of the method according to the invention is that compressive stresses p (edge compressive stresses) are present adjacent to the edge surface of the glass pane 1 directed towards the feedthrough, which stresses affect the mechanical stability of the glass pane 1 improve.
  • the feedthrough D represents a structural weakening of the glass pane 1
  • Such compressive stresses p could alternatively be formed by first creating the feedthrough and then bending the glass pane 1 - however, this procedure would lead to optical distortions in the vicinity of the feedthrough D, which are avoided by the method according to the invention.
  • the feedthrough can be created with the laser radiation in any shape, in particular also in a polygonal shape such as the trapezoidal shape shown, and has a high edge quality.
  • Figure 3 shows, by way of example, various embodiments of the stress region B according to the invention, in which the local compressive stresses p are generated after bending and before cutting through the glass pane 1.
  • the cutting line S is in the form of a trapezoid (more precisely, the circumferential line of a trapezoid) in all embodiments.
  • the shape of the cutting line S and the stress area B can basically be selected independently of each other.
  • the stress area B is designed in the form of a completely filled circle.
  • the stress area B is limited by a circular outer boundary line (circumference line).
  • the area surrounded by the outer boundary line is completely part of the stress area B.
  • the trapezoidal cutting line S is arranged completely within the circular stress area B.
  • the stress area B is also designed in the form of a solid surface, in this case in the form of a trapezoid. Again, the area surrounded by the outer boundary line is completely part of the stress area B. In this case, the cutting line S runs parallel to the outer boundary line of the stress area B. This has the advantage that the remaining edge stress zone around the bushing D has a constant width all the way around.
  • the outer boundary line of the stress area B is also designed in the form of the circumference of a trapezoid.
  • the trapezoid it defines is not entirely part of the stress area B.
  • the Stress area B is another non-tempered area of the glass pane 1.
  • the stress area B therefore also has an inner boundary line.
  • the outer boundary line, the inner boundary line and the cutting line S run parallel to one another.
  • the cutting line runs between the outer boundary line and the inner boundary line, so that it is arranged completely within the stress area B.
  • This design has the advantage that the stress area B is smaller than in the design in Figure 3b - in particular, a smaller section of the area to be separated is "unnecessarily" prestressed.
  • the stress area B is designed in the form of a closed line-like strip which follows the cutting line and extends on both sides of it.
  • Figure 4 shows cross sections through three designs of a tool 10 for cooling the stress area B and introducing the compressive stresses p, as in Figure 1c.
  • the tool 10 has a contact surface 11 which has the shape of the stress area B and is brought into contact with the surface of the glass pane 1 in this, whereby the stress area B is cooled and provided with the compressive stresses p.
  • the contact is made indirectly via a layer 12 of an intermediary material, for example a steel mesh, which is intended to prevent damage to the surface of the glass pane 1 by the tool 10.
  • the tool 10 has an inner cavity 13 in which a fluid flow flows, which is fed to the cavity 13 via a supply line 14.
  • the fluid flow is shown by the unfilled block arrows; the fluid is, for example, air.
  • the contact surface 11 is closed.
  • the outer wall of the tool 10 facing the glass pane 1, which carries the contact surface 11, is significantly thicker than the other outer walls in order to increase its heat capacity.
  • the said outer wall with the contact surface 11 is cooled by the fluid flow which circulates in the cavity 13 and leaves it again via outlet openings 15 on the side of the tool 10 facing away from the glass pane 1.
  • the contact surface 11 cooled in this way cools the stress area B of the glass pane 1 by heat conduction, mediated by the mediating layer 12, which should be thermally conductive for this purpose.
  • the contact surface 11 (more precisely the outer wall with the contact surface 11) is provided with outlet openings 15, via which The fluid flows out of the cavity 13 through outlet openings 15 in the direction of the glass pane 1 and hits the stress area B.
  • the intermediary layer 12 should be gas-permeable for this purpose.
  • the cooling of the stress area B occurs primarily by exposure to the air flow, and secondarily by indirect contact with the contact surface 11 (heat conduction).
  • the outer wall of the tool which carries the contact surface 11, is made of a gas-permeable, porous material 16.
  • the actual tool 11 has a large-area opening, which is closed by the porous material 16.
  • the fluid can flow out of the cavity 13 through the porous material 16 and hits the surface of the glass pane 1, thereby cooling the stress area.
  • the intermediary layer 12 should be gas-permeable for this purpose.
  • the porous material is made of sintered metal particles, for example.
  • FIG 5 shows a cross section through a composite pane with the glass pane 1, the production of which was shown in Figures 1 and 2, as the inner pane.
  • the composite pane is the windshield of a motor vehicle. In the installed position, the glass pane 1 faces the interior of the vehicle. It is connected to an outer pane 2 via a thermoplastic intermediate layer 3, which is made of a PVB-based film with a thickness of 0.76 cm.
  • the outer pane 2 consists of clear soda-lime glass and has a thickness of 2.1 mm.
  • the composite pane is equipped with a camera 5 on the interior side, which is arranged in a housing 6 that is attached to the glass pane 1.
  • the camera 5 is part of a driver assistance system and is, for example, a lidar camera (light detection and ranging) that is used for optical distance and speed measurement.
  • the camera 5 is directed through the composite pane to the external environment of the vehicle, so its detection beam path runs through the composite pane.
  • the glass pane 1 Since the glass pane 1 is tinted, the light transmission through the composite pane is not high enough to ensure that the camera 5 or the lidar system functions properly. For this reason, the feedthrough D in the glass pane 1 introduced through which the detection beam path of the camera 5 runs. The tinted glass material has therefore been removed from the detection beam path of the camera 5, which increases the light transmission in the so-called camera area of the composite pane. Instead, an insert 6 has been inserted into the lead-through D, for example a pane of clear soda-lime glass with a thickness of 2.1 mm.
  • the insert can be provided with coatings, for example an anti-reflection coating on the surface facing away from the intermediate layer 3 and facing the camera 5 and/or an optical filter on the surface facing away from the camera 5 and facing the intermediate layer 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebogenen Glasscheibe mit einer Durchführung, umfassend die folgenden Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge: (a) Erwärmen einer planen Glasscheibe (1) auf eine Biegetemperatur, (b) Biegen der Glasscheibe (1), (c) Abkühlen eines Spannungsbereichs (B) der Glasscheibe (1), wobei Druckspannungen (p) selektiv im Spannungsbereich (B) ausgebildet werden, (d) Durchtrennen der Glasscheibe (1) entlang einer geschlossenen Schnittlinie (S) mittels Laserstrahlung, wobei die Schnittlinie (S) vollständig innerhalb des Spannungsbereichs (B) angeordnet ist, (e) Entfernen des von der Schnittlinie (S) umschlossenen Bereichs der Glasscheibe (1), wodurch eine Durchführung (D) durch die Glasscheibe (1) entsteht.

Description

Verfahren zur Herstellung einer gebogenen Glasscheibe mit einer Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebogenen Glasscheibe mit einer Durchführung, eine damit hergestellte Glasscheibe mit einer Durchführung und eine Verbundscheibe mit der Glasscheibe.
Gebogene Glasscheiben kommen insbesondere im Fahrzeugbereich zum Einsatz. In manchen Anwendungsfällen ist es nötig, dass eine gebogene Glasscheibe mit einem Loch beziehungsweise einer Durchführung versehen wird. Dies tritt beispielsweise im Falle von Windschutzscheiben auf, welche mit Kamerasystemen ausgestattet sind, was im Zusammenhang mit Fahrerassistenzsystemen heutzutage weit verbreitet ist. Die Kamerasysteme sind häufig auf eine hohe Lichttransmission der Windschutzscheibe angewiesen, beispielsweise für Abstands- und Geschwindigkeitsmessungen mittels Lidar (Light detection and ranging). Windschutzscheiben bestehen typischerweise aus zwei Glasscheiben, welche über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Ist eine der beiden Glasscheiben getönt (meist die Innenscheibe), so ist die Lichttransmission für die Kamerasysteme mitunter nicht hoch genug. Dies kann dadurch gelöst werden, dass im Kamerabereich eine Durchführung durch die getönte Glasscheibe erzeugt wird zur lokalen Erhöhung der Lichttransmission. Optional kann in die Durchführung Einsatz aus Klarglas oder einem transparenten Kunststoff eingesetzt werden. Solche Windschutzscheiben sind beispielsweise aus W02009030476A1 , WO2020221597A1 , WO2021053138A1 , WO2022175634A1 , WO2022175635A1 oder CN111409314A bekannt.
Bei der Herstellung einer solchen gebogenen Glasscheibe mit einer Durchführung sind grundsätzlich zwei verschiedene Verfahrensführungen denkbar. Bei einer ersten Verfahrensführung wird die Glasscheibe zunächst gebogen und anschließend wird die Durchführung in der gebogenen Glasscheibe ausgebildet, beispielsweise durch Laserschneiden. Die Kantenfläche der Glasscheibe, welche die Durchführung begrenzt, ist in diesem Fall nicht mit Randspannungen ausgestattet, was die mechanische Stabilität der Glasscheibe erheblich beeinträchtigt. Die Durchführung stellt gleichsam eine mechanische Schwächung der Glasscheibe dar, welche zur Beschädigung der Glasscheibe führen kann, beispielsweise zu Glasbruch beim Einbau der Glasscheibe in das Fahrzeug.
Bei einer zweiten Verfahrensführung wird die Durchführung wird zunächst die Durchführung in der planen Glasscheibe ausgebildet und diese anschließend gebogen. Dadurch, dass die Kantenfläche, welche die Durchführung begrenzt, in diesem Fall bereits beim Biegen der Glasscheibe exponiert ist und entsprechend schneller abkühlt als die übrigen Bereiche der Glasscheibe, werden in diesem Fall im Bereich der Durchführung Randspannungen erzeugt. Das ist vorteilhaft für die mechanische Stabilität der Glasscheibe. Das lokal unterschiedliche Abkühlverhalten führt aber auch zur Ausbildung optischer Verzerrungen, so dass die optische Qualität der Glasscheibe im Bereich um die Durchführung herabgesetzt wird.
Es besteht also Bedarf an verbesserten Verfahren zur Herstellung einer gebogenen Glasscheibe mit einer Durchführung, bei denen die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Die Glasscheibe soll Randspannungen um die Durchführung aufweisen, jedoch keine optischen Verzerrungen.
Aus WO2019/002751 A1 ist ein Verfahren bekannt, in dem eine lokale Druckspannungszone durch Beaufschlagen mit einem Luftstrom ausgebildet wird. Aus W02021111084A1 sind Werkzeuge bekannt, mit denen ein Teilbereich einer Glasscheibe durch direkten Kontakt selektiv abgekühlt und dadurch mit Druckspannungen ausgestattet werden kann. In der Druckspannungszone der bereits gebogenen Glasscheibe wird durch mechanisches Glasbohren eine kreisrunde Durchführung erzeugt. Das mechanische Bohren führt typischerweise zu einer schlechten Kantenqualität der Durchführung, wobei beispielsweise häufig Ausmuschelungen auftreten. Das Verfahren ist außerdem auf kreisrunde Durchführungen beschränkt, weil sich erfahrungsgemäß nur diese durch mechanisches Bohren an einer bereits gebogenen Glasscheibe erzeugen lassen, ohne die Glasscheibe dabei zu beschädigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen zur Herstellung einer gebogenen Glasscheibe mit einer Durchführung, wobei um die Durchführung Randspannungen erzeugt werden, ohne dass dabei optische Verzerrungen entstehen. Das Verfahren soll es erlauben, Durchführungen mit beliebiger Form (Grundfläche) zu realisieren mit einer hohen Kantenqualität.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung einer gebogenen Glasscheibe mit einer Durchführung. Es umfasst die folgenden Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge:
(a) Erwärmen einer planen Glasscheibe auf eine Biegetemperatur,
(b) Biegen der Glasscheibe,
(c) Abkühlen eines Spannungsbereichs der Glasscheibe, wobei Druckspannungen selektiv im Spannungsbereich ausgebildet werden,
(d) Durchtrennen der Glasscheibe entlang einer geschlossenen Schnittlinie mittels Laserstrahlung, wobei die Schnittlinie vollständig innerhalb des Spannungsbereichs angeordnet ist,
(e) Entfernen des von der Schnittlinie umschlossenen Bereichs der Glasscheibe, wodurch eine Durchführung durch die Glasscheibe entsteht.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Glasscheibe zuerst gebogen, bevor die Durchführung erzeugt wird. Dadurch können sich angrenzend an die Durchführung keine optischen Verzerrungen ergeben, wie es aufgrund des unterschiedlichen Abkühlverhaltens der Fall wäre, wenn die Durchführung vor dem Biegen erzeugt würde. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren dieser Art werden aber lokal Druckspannungen in die Glasscheibe eingebracht in einem Bereich, in dem später die Schnittlinie zur Erzeugung der Durchführung liegt. Da sich aus der Schnittlinie später die Kantenfläche ergibt, welche die Durchführung begrenzt, ist diese Kantenfläche mit einer Randspannung (insbesondere Rand- Druckspannung versehen). Dadurch wird die Glasscheibe mechanisch stabilisiert. Die Gefahr von Glasbruch in Verfahrensschritt (e) oder bei der weiteren Handhabung der Glasscheibe (beispielsweise beim Einbau in ein Fahrzeug), wie sie ohne die Randspannungen um die Durchführung bestünde, wird deutlich reduziert. Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Glasscheibe mit einer Durchführung erzeugt, die sich durch eine hohe optische Qualität und eine hohe mechanische Stabilität auszeichnet. Das Durchtrennen der Glasscheibe mittels Laserstrahlung ist schonend und führt zu einer hohen Kantenqualität um die Durchführung. Außerdem lassen sich Durchführungen mit beliebiger Form in der bereits gebogenen Glasscheibe erzeugen. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Die Glasscheibe weist eine erste und eine zweite Hauptfläche auf sowie eine dazwischen verlaufende Seitenkantenfläche. Die beiden Hauptfläche sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und insbesondere zur Durchsicht durch die Glasscheibe vorgesehen. Die Glasscheibe ist bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas gefertigt, kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Quarzglas, Borsilikatglas oder Aluminosilikatglas. Die Dicke der Glasscheibe beträgt bevorzugt von 0,5 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 5 mm, ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 mm bis 3 mm.
Die Glasscheibe kann aus klarem oder getöntem beziehungsweise gefärbtem Glas bestehen. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Glasscheibe getönt oder gefärbt. Bei getönten beziehungsweise gefärbten Glasscheiben sind Durchführungen besonders häufig gewünscht, beispielsweise um lokal die Lichttransmission zu erhöhen. Die Glasscheibe ist bevorzugt derart getönt oder gefärbt, dass die Lichttransmission bezogen auf eine Glasdicke von 4 mm höchstens 80% beträgt, besonders bevorzugt von 60% bis 80%, insbesondere von 70% bis 80%. In diesem Bereich ist die Transmission im sichtbaren Spektralbereich ausreichend hoch, so dass die Laserbearbeitung vorteilhaft möglich ist. Die Lichttransmission ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die Gesamttransmission gegenüber elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Spektral bereich von 380 nm bis 780 nm.
Die Durchführung erstreckt sich vollständig durch die Glasscheibe, ausgehend von der ersten Hauptfläche bis zur zweiten Hauptfläche. Die Durchführung kann auch als Loch in der Glasscheibe aufgefasst und bezeichnet werden, welches sich vollständig zwischen den Hauptflächen erstreckt (also keine bloße Vertiefung im Sinne eines Sacklochs ist). Die Durchführung ist vollständig von der übrigen Glasscheibe umgeben. Die Durchführung wird begrenzt und vollständig umlaufend umgeben von einer Kantenfläche der Glasscheibe, welche auf die Durchführung gerichtet ist. Diese Kantenfläche wird durch das Durchtrennen der Glasscheibe entlang der Schnittlinie ausgebildet, sie folgt der Kontur der Schnittlinie.
Die Glasscheibe wird im planen Zustand bereitgestellt, wobei die beiden Hauptflächen plan (planparallel) ausgebildet sind. Die Glasscheibe wird zunächst gebogen, insbesondere in ihre endgültige gebogene Form gebracht. Dazu wird die plane Glasscheibe in einem ersten Verfahrensschritt (Verfahrensschritt (a)) auf eine Biegetemperatur erwärmt.
Unter der Biegetemperatur wird diejenige Temperatur verstanden, bei der das anschließende Biegen durchgeführt wird. Die Biegetemperatur ist ausreichend hoch gewählt, dass die Glasscheibe plastisch verformbar wird, also in eine gebogene Form gebracht werden kann, welche nach Abkühlen der Glasscheibe stabil beibehalten wird. Die Biegetemperatur ist bevorzugt höher gewählt als der sogenannte Erweichungspunkt der Glasscheibe, an dem die Glasscheibe eine derartige Viskosität erreicht, dass sie beginnt, sich unter ihrem eigenen Gewicht zu verformen. Da eine höhere Biegetemperatur mit einer verminderten optischen Qualität der Glasscheibe einhergeht, sollte der Erweichungspunkt nicht allzu weit überschritten werden. Im Falle einer Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas beträgt die Biegetemperatur beispielsweise von 600°C bis 700°C, bevorzugt von 620 °C bis 660°C.
Die Glasscheibe wird anschließend bei der Biegetemperatur gebogen (Verfahrensschritt (b)). Das Biegen erfolgt insbesondere mithilfe eines Biegewerkzeugs (Biegeform), welches eine gebogene beziehungsweise gekrümmte Kontaktfläche aufweist, an welche die Glasscheibe angepasst wird. Die Kontaktflächen können vollflächig sein, wobei der Großteil der Glasscheibe oder sogar die gesamte Glasscheibe mit der Kontaktfläche in Kontakt kommen (Vollform). Die Kontaktflächen können auch rahmenartig ausgebildet sein, wobei nur ein umlaufender Randbereich der Glasscheibe mit der Kontaktfläche in Kontakt kommt, während der Großteil der Scheibenoberfläche nicht mit der Kontaktfläche in direkten Kontakt kommt. Die Kontaktfläche kann konvex oder konkav gekrümmt sein.
Zum Biegen können grundsätzlich alle gängigen Glasbiegeverfahren eingesetzt werden, insbesondere Schwerkraftbiegen, Pressbiegen und/oder Saugbiegen. Beim Schwerkraftbiegen wird die Glasscheibe auf einer Biegeform abgelegt und sackt unter der Wirkung der Schwerkraft auf die Kontaktfläche der Biegeform herab, so dass sie an die Form der Kontaktfläche angepasst wird. Beim Pressbiegen im engeren Sinne wird die Glasscheibe zwischen zwei komplementären Biegeformen gepresst und dadurch verformt. Im weiteren Sinne werden auch solche Verfahren als Pressbiegen bezeichnet, bei denen die Glasscheibe durch einen aufwärts gerichteten Luftstrom an eine obere Biegeform mit nach unten weisender Kontaktfläche angepresst („angeblasen“) wird. Beim Saugbiegen wird die Glasscheibe an die Kontaktfläche angesaugt, wobei zur Übermittlung der Saugwirkung bei Vollformen typischerweise Löcher in die Kontaktfläche eingebracht sind.
Die Biegeverfahren können auch konsekutiv (mehrstufige Biegeverfahren) oder simultan miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise mittels Schwerkraftbiegen eine Vorbiegung erfolgen und anschließend mittels Pressbiegen die endgültige Biegung. Auch wird beim Pressbiegen häufig zusätzlich eine Saugwirkung durch eines der Werkzeuge auf die Glasscheibe ausgeübt. Die Biegung der Glasscheibe kann eine zylindrische Biegung sein, also eine Biegung Vorbiegung entlang einer einzigen Raumrichtung. Bevorzugt ist die Biegung der Glasscheibe aber eine sphärische Biegung, also eine „dreidimensionale“ Biegung entlang zweier orthogonaler Raumrichtungen. Dies ist insbesondere im Falle von Fahrzeugscheiben üblich.
Anschließend wird ein Bereich der Glasscheibe, der im Sinne der Erfindung als Spannungsbereich bezeichnet wird, abgekühlt, wodurch Druckspannungen in dem besagten Bereich ausgebildet werden (Verfahrensschritt (c)). Dieser Verfahrensschritt ist also eine Art lokales thermisches Vorspannen der Glasscheibe. Dabei wird nur der Spannungsbereich durch ein geeignetes Kühlmittel (beispielsweise ein Kühlfluid oder ein kühlendes Werkzeug) abgekühlt, so dass die Spannungen (Druckspannungen) selektiv beziehungsweise ausschließlich im Spannungsbereich ausgebildet werden, während die übrige Scheibe (außerhalb des Spannungsbereichs) nicht mit dem Kühlmittel behandelt wird und entsprechend in der übrigen Scheibe keine entsprechenden Spannungen (Druckspannungen) erzeugt werden. Anders ausgedrückt umfasst die Glasscheibe den Spannungsbereich und mindestens einen weiteren Bereich, wobei die Druckspannungen durch das lokale, aktive Abkühlen nur im Spannungsbereich ausgebildet werden und nicht in dem mindestens einen weiteren Bereich.
Wenn vorstehend die Rede davon ist, dass nur der Spannungsbereich gekühlt wird und die Spannungen ausschließlich im Spannungsbereich erzeugt werden, so bezieht sich das auf das Kühlmittel, welches erfindungsgemäß im Spannungsbereich angewandt wird, und auf die Spannungen, die erfindungsgemäß im Spannungsbereich ausgebildet werden. Die übrige Scheibe wird also insbesondere nicht mit demselben Kühlmittel behandelt, durch welches die erfindungsgemäßen Spannungen im Spannungsbereich erzeugt werden. Es ist dagegen nicht ausgeschlossen, dass auch die übrige Glasscheibe aktiv gekühlt wird. So kann die Glasscheibe mit einem Luftstrom beaufschlagt werden, der das natürlich abkühlen beschleunigt, ohne dabei Spannungen einzubringen. Ebenso ist es möglich, dass in einem anderen Bereich der Glasscheibe ebenfalls gezielt Spannungen erzeugt werden (beispielsweise in einem an die Seitenkantenfläche angrenzenden Randbereich) oder das sogar die gesamte Glasscheibe thermisch vorgespannt wird. Dies erfolgt dann aber mit einem anderen Kühlmittel als demjenigen, welches erfindungsgemäß im Spannungsbereich angewendet wird. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird die Glasscheibe aber nicht über ihre Gesamtfläche vorgespannt, sondern höchstens in lokalen Bereichen, insbesondere im erfindungsgemäßen Spannungsbereich und optional einem umlaufenden Randbereich.
Die Druckspannungen, welche im Spannungsbereich ausgebildet werden, liegen bevorzugt in einem Bereich von 10 MPa bis 60 MPa, besonders bevorzugt von 20 MPa bis 50 MPa. Damit werden gute Ergebnisse erzielt. Die hier genannten Werte beziehen sich insbesondere auf die Oberfläche der Glasscheibe, auf welche mit dem Kühlmittel eingewirkt wird (Oberflächenspannung). Über die Dicke der Glasscheibe kann sich ein Spannungsprofil ausbilden, so dass anderswo gemessene Werte (im Innern der Glasscheibe oder an der gegenüberliegenden Oberfläche) davon abweichende Werte auftreten können, typischerweise geringere Werte.
Die Druckspannungen im Spannungsbereich können beispielsweise dadurch sichtbar gemacht und beurteilt werden, dass die Glasscheibe vor einer Polarisationswand (flächige Lichtquelle, welche polarisiertes Licht aussendet) angeordnet wird. Da die Spannungen einen Einfluss auf die Polarisierung des Lichts ausüben, wird der Spannungsbereich infolge des durchtretenden polarisierten Lichts sichtbar.
Der Flächenanteil des Druckspannungsbereichs an der Gesamtfläche der Glasscheibe (bezogen auf die Hauptflächen) beträgt typischerweise höchstens 15%, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5%. Der besagte Flächenanteil beträgt beispielsweise von 0,1 % bis 15% oder von 1 % bis 10% oder von 2% bis 5%.
Die Fläche des Druckspannungsbereich beträgt beispielsweise von 0,5 cm2 bis 70 cm2.
Vor dem Abkühlen liegt die Temperatur der Glasscheibe oberhalb des sogenannten Übergangspunkts (Übergangstemperatur). Die Glasscheibe kann je nach Verfahrensführung noch die Biegetemperatur aufweisen oder bereits leicht abgekühlt sein nach dem Biegeprozess. Beim Vorspannen wird der Spannungsbereich unter den Übergangspunkt abgekühlt. Dieses Abkühlen erfolgt vergleichsweise schnell, der Spannungsbereich wird gleichsam abgeschreckt. Dadurch werden die Druckspannungen ausgebildet. Die übrige Glasscheibe kühlt vergleichsweise langsam ab, sodass hier keine Spannungen erzeugt werden, zumindest nicht gezielt. Durch den langsamen Abkühlprozess können sich mitunter leichte Druck- und/oder Zugspannungen in der übrigen Glasscheibe ausbilden, diese sind jedoch deutlich geringer ausgeprägt als die gezielt erzeugten Druckspannungen im Spannungsbereich.
Die Form des Spannungsbereichs ist grundsätzlich nicht festgelegt, solange die Schnittlinie vollständig im Spannungsbereich angeordnet ist. Der Spannungsbereich ist durch eine äußere Umfangslinie (äußere Begrenzungslinie) begrenzt, welche den Spannungsbereich umlaufend umgibt und ihn vom umliegenden Bereich der Glasscheibe abgrenzt.
In einer ersten Ausführung ist der durch die äußere Umgangslinie begrenzte Bereich vollständig mit dem Spannungsbereich gefüllt. Der Spannungsbereich ist gleichsam als eine geschlossene Fläche oder Vollfläche ausgebildet, beispielsweise als vollständig ausgefülltes Polygon (etwa Trapez oder Rechteck), Kreis oder Oval. Dabei ist es bevorzugt, dass die äußere Umfangslinie parallel zur Schnittlinie verläuft. Dadurch kann der Spannungsbereich vorteilhaft klein gewählt werden und die Ausdehnung der vorgespannten Zone um die Durchführung ist umlaufend im Wesentlichen konstant. Der Abstand der Schnittlinie von der Umfangslinie beträgt bevorzugt mindestens 5 mm, besonders bevorzugt von 5 mm bis 30 mm, ganz bevorzugt von 10 mm bis 20 mm. Ist die Schnittlinie beispielsweise eine Kreislinie, so ist die Umfangslinie ebenfalls eine Kreislinie und der Spannungsbereich ein vollständig ausgefüllter Kreis (mit leicht größerem Durchmesser als die Kreislinie der Schnittlinie). Beschreibt die Schnittlinie beispielsweise die Umfangslinie eines Polygons (etwa eines Trapezes), so ist die Umfangslinie ebenfalls in Form der Umfangslinie eines Polygons des gleichen Typs (etwa eines Trapezes) ausgebildet und der Spannungsbereich ist ein vollständig ausgefülltes Polygon des gleichen Typs (etwa ein Trapez) mit leicht größeren Abmessungen als das Rechteck der Schnittlinie.
Es ist aber nicht zwingend erforderlich, dass die Umfangslinie des Spannungsbereichs parallel zur Schnittlinie verläuft. Die Formen von Spannungsbereich und Schnittlinie können unabhängig voneinander gewählt werden, solange die Schnittlinie vollständig im Spannungsbereich angeordnet ist. So kann der Spannungsbereich beispielsweise als (vollständig ausgefüllter) Kreis oder Rechteck ausgebildet sein und die Schnittlinie als Umfangslinie eines Trapezes ausgebildet sein, welches vollständig innerhalb der Fläche des Spannungsbereichs liegt.
In einer zweiten Ausführung wird der Spannungsbereich nicht nur von einem (nicht vorzuspannenden) Bereich der Glasscheibe umgeben, sondern umgibt seinerseits einen weiteren (nicht vorzuspannenden) Bereich der Glasscheibe. Der Spannungsbereich weist dann nicht nur die äußere Umfangslinie auf, sondern auch eine innere Begrenzungslinie, welche den Spannungsbereich vom besagten weiteren Bereich abgrenzt. Die äußere Umfangslinie und die innere Begrenzungslinie verlaufen bevorzugt parallel zueinander. Die Schnittlinie verläuft zwischen der äußeren Umfangslinie und der inneren Begrenzungslinie, insbesondere parallel zu ihnen. Der Spannungsbereich ist in diesem Fall geschlossenlinienförmig ausgebildet, also in Form einer Linie ohne Endpunkte. Der Begriff „Linie“ ist in diesem Fall selbstredend nicht im streng mathematischen Sinne auszulegen. Die Linie weist vielmehr eine endliche Breite auf. Die Linie kann daher auch als Streifen bezeichnet werden und die Form des Spannungsbereichs als geschlossen-streifenförmig. Der Streifen erstreckt sich entlang der intendierten Schnittlinie. Der Vorteil dieser Ausführung liegt insbesondere darin, dass der Spannungsbereich vorteilhaft klein gewählt werden kann - er folgt lediglich der intendierten Schnittlinie.
Die Breite des Streifens beträgt bevorzugt mindestens 10 mm, besonders bevorzugt von 10 mm bis 50 mm, ganz bevorzugt von 15 mm bis 40 mm. Die Schnittlinie kann mittig zwischen der äußeren Umfangslinie und der inneren Begrenzungslinie verlaufen. Bevorzugt weist die Schnittlinie jedoch einen geringeren Abstand zur inneren Begrenzungslinie auf als zur äußeren Umfangslinie, um die Größe der Druckspannungszone um die anschließend erzeugte Durchführung zu vergrößern. Der Abstand der Schnittlinie von der äußeren Umfangslinie beträgt bevorzugt mindestens 5 mm, besonders bevorzugt von 5 mm bis 30 mm, ganz bevorzugt von 10 mm bis 20 mm.
Das gezielte und aktive Abkühlen des Spannungsbereichs erfolgt bevorzugt dadurch, dass der Spannungsbereich mit einem Gasstrom beaufschlagt wird, und/oder dadurch, dass der Spannungsbereich mit der Kontaktfläche eines Werkzeugs (direkt oder indirekt) thermisch leitend in Kontakt gebracht wird. Die Kontaktfläche des Werkzeugs wird bevorzugt aktiv gekühlt.
In einer bevorzugten Verfahrensführung wird nur eine der beiden Hauptflächen der Glasscheibe im Spannungsbereich mit dem Gasstrom beaufschlagt und/oder mit der Kontaktfläche des Werkzeugs in Kontakt gebracht. Dabei kann es mitunter vorkommen, dass an der gegenüberliegenden Oberfläche keine Druckspannungen, sondern Zugspannungen ausgebildet werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass beide Hauptflächen im Spannungsbereich simultan mit dem Gasstrom beaufschlagt und/oder mit der Kontaktfläche des Werkzeugs in Kontakt gebracht werden.
In einer ersten Ausführung wird der Spannungsbereich durch einen Gasstrom abgekühlt. Der Spannungsbereich wird insbesondere direkt mit dem Gasstrom beaufschlagt. Der Gasstrom wird einem Werkzeug zugeleitet, welches mindestens eine Auslassdüse aufweist, über welche der Gasstrom aus dem Werkzeug ausströmt. Die mindestens eine Auslassdüse ist auf den Spannungsbereich der Glasscheibe gerichtet. Das Werkzeug kann eine einzige Auslassdüse aufweisen, welche die Form des Spannungsbereichs aufweist. Das Werkzeug kann alternativ eine Mehrzahl von Auslassdüsen aufweisen, die derart angeordnet sind, dass sie (bevorzugt gleichmäßig) über den Spannungsbereich verteilt sind. Damit ist gemeint, dass der Gasstrom jeder Auslassdüse auf einen Abschnitt des Spannungsbereichs trifft und die Abschnitte der unterschiedlichen Auslassdüsen (bevorzugt gleichmäßig) über den Spannungsbereich verteilt sind. Die Gesamtheit der Düsen bildet also die Form des Spannungsbereichs nach. Das Werkzeug kann beispielsweise mit einer auf den Spannungsbereich gerichteten Düsenplatte ausgestattet sein, welche die Form des Spannungsbereichs aufweist und welche mit der Mehrzahl von Düsen ausgebildet ist, wobei die Düsen bevorzugt gleichmäßig über die Düsenplatte verteilt sind.
Der Gasstrom ist bevorzugt ein Luftstrom. Der Luftstrom kann aus der Umgebungsluft gewonnen werden, beispielsweise mittels mindestens eines Ventilators oder einer Venturidüse, oder einem Druckluftbehälter entnommen werden.
In einer zweiten Ausführung wird ein Werkzeug zur Kühlung des Spannungsbereichs eingesetzt, welches mit der Oberfläche der Glasscheibe in Kontakt gebracht wird. Das Werkzeug weist eine Kontaktfläche auf, welche (auschließlich) im Spannungsbereich mit der Oberfläche der Glasscheibe in Kontakt gebracht wird. Der Kontaktbereich weist die Form des Spannungsbereichs auf und wird kongruent mit diesem in Kontakt gebracht. Der Kontakt kann ein direkter Kontakt sein, so dass die Kontaktfläche direkt auf der Oberfläche aufliegt. Der Kontakt kann aber auch ein indirekter sein, wobei zwischen der Kontaktfläche und der Oberfläche der Glasscheibe eine Lage eines vermittelnden Materials angeordnet ist, welche direkt einerseits mit der Glasscheibe und andererseits mit der Kontaktfläche in Kontakt steht. Das vermittelnde Material kann, je nach Ausgestaltung des Werkzeugs, thermisch leitend und oder gasdurchlässig ausgebildet sein. Das Werkzeug weist insbesondere einen inneren Hohlraum auf, in welchem ein Fluidstrom fließen beziehungsweise zirkulieren kann. Diesem Hohlraum wird der Fluidstrom durch einen Einlass zugeleitet, welche bevorzugt auf der von der Glasscheibe abgewandten Seite des Werkzeugs angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung ist die Kontaktfläche des Werkzeugs geschlossen, weist also keine Öffnungen oder Durchführungen auf. Der Fluidstrom kann nicht durch die Kontaktfläche aus dem inneren Hohlraum ausströmen. Stattdessen weist das Werkzeug einen Auslass auf, bevorzugt auf der von der Glasscheibe abgewandten Seite des Werkzeugs, durch welche der Fluidstrom den inneren Hohlraum wieder verlassen kann. Die Kontaktfläche wird durch Wärmeleitung einer die Kontaktfläche als äußere Oberfläche enthaltenden Begrenzungswand gekühlt, wobei die Begrenzungswand ihrerseits durch den inneren Fluidstrom gekühlt wird. Die Begrenzungswand ist insbesondere aus einem Metall oder einer Metalllegierung (beispielsweise Stahl) ausgebildet. Das Fluid kann in diesem Fall ein Gas (insbesondere Luft) sein oder eine Kühlflüssigkeit (insbesondere Wasser). Wird die Kontaktfläche indirekt über eine Lage eines vermittelnden Materials mit der Glasscheibe in Kontakt gebracht, so ist dieses vermittelnde Material thermisch leitfähig. Die Lage des vermittelnden Materials kann beispielsweise als eine Lage eines Metallgewebes oder Stahlgewebes ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Kontaktfläche des Werkzeugs Durchführungen auf, durch welche der innere Fluidstrom aus dem inneren Hohlraum austreten kann. Das Werkzeug weist eine Begrenzungswand auf, welche mit der Kontaktfläche als äußere Oberfläche ausgestattet ist. In diese Begrenzungswand sind die Durchführungen eingebracht. Die Begrenzungswand ist insbesondere aus einem Metall oder einer Metalllegierung (beispielsweise Stahl) ausgebildet. Das Fluid ist in diesem Fall ein Gas (insbesondere Luft). Der aus dem Werkzeug austretende Gasstrom trifft auf die Oberfläche der Glasscheibe, wodurch der Spannungsbereich abgekühlt wird. Zusätzlich kann eine Kühlung durch thermische Leitung infolge des Kontakts mit der Kontaktfläche vorliegen. Wird die Kontaktfläche indirekt über eine Lage eines vermittelnden Materials mit der Glasscheibe in Kontakt gebracht, so ist dieses vermittelnde Material gasdurchlässig. Die Lage des vermittelnden Materials kann beispielsweise als eine Lage eines gasdurchlässigen Metallgewebes oder Stahlgewebes ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Begrenzungswand des Werkzeugs, welche die Kontaktfläche als äußere Oberfläche trägt, aus einem gasdurchlässigen, insbesondere porösen Material ausgebildet. Durch dieses Material kann der innere Fluidstrom aus dem inneren Hohlraum austreten. Das Fluid ist in diesem Fall ein Gas (insbesondere Luft). Der aus dem Werkzeug austretende Gasstrom trifft auf die Oberfläche der Glasscheibe, wodurch der Spannungsbereich abgekühlt wird. Zusätzlich kann eine Kühlung durch thermische Leitung des gasdurchlässigen Materials infolge des Kontakts mit der Kontaktfläche vorliegen. Wird die Kontaktfläche indirekt über eine Lage eines vermittelnden Materials mit der Glasscheibe in Kontakt gebracht, so ist dieses vermittelnde Material ebenfalls gasdurchlässig. Die Lage des vermittelnden Materials kann beispielsweise als eine Lage eines gasdurchlässigen Metallgewebes oder Stahlgewebes ausgebildet sein.
Das Werkzeug kann in dieser Ausgestaltung aus einem Metall oder einer Metalllegierung (beispielsweise Stahl) ausgebildet sein, wobei der innere Hohlraum eine Öffnung in Form des Spannungsbereichs aufweist. Diese Öffnung wird durch das gasdurchlässige, insbesondere poröse Material verschlossen, wodurch sich die Kontaktfläche ergibt. Das gasdurchlässige Material kann beispielsweise als poröse Keramik, als gasdurchlässiges Metallgewebe oder Stahlgewebe oder aus gesinterten Metallpartikeln ausgebildet sein.
Wird in einer der vorgenannten Ausgestaltungen des Werkzeugs ein Gasstrom als Fluidstrom eingesetzt, so kann aus der Umgebungsluft gewonnen (beispielsweise mittels mindestens eines Ventilators oder einer Venturidüse) oder einem Druckluftbehälter entnommen werden und dem inneren Hohlraum des Werkzeugs zugeleitet werden.
Werkzeuge, wie sie hier im Zusammenhang mit der zweiten Ausführung beschrieben sind, sind aus WÖ2021111084A1 bekannt.
Nach dem lokalen Vorspannen des Spannungsbereichs wird die Glasscheibe entlang der Schnittlinie unter Einsatz von Laserstrahlung durchtrennt (Verfahrensschritt (d)). Die Schnittlinie ist eine geschlossene Linie, also eine Linie ohne Enden. Die Schnittlinie umschreibt einen Bereich der Glasscheibe, der nach dem Durchtrennen entfernt wird, wodurch die Durchführung entsteht. Aus der Schnittlinie ergibt sich dabei die auf die Durchführung gerichtete Kantenfläche der Glasscheibe, welche die Durchführung umgibt. Anders ausgedrückt bildet die Schnittline die besagte Kantenfläche aus. Die Schnittlinie ist erfindungsgemäß vollständig innerhalb des Spannungsbereichs angeordnet. Der Spannungsbereich wird also durch die Schnittlinie durchtrennt und aufgeteilt in einen ersten Abschnitt, der auf dem zu entfernenden, von der Schnittlinie umgebenden Bereich der Glasscheibe angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der auf der übrigen, die Durchführung umgebenden Glasscheibe angeordnet ist. Dieser zweite Abschnitt des Spannungsbereichs ergibt eine Druckspannungszone (Rand-Druckspannungszone) um die Durchführung. Dadurch, dass die Schnittlinie vollständig innerhalb des Spannungsbereichs angeordnet ist, ist sichergestellt, dass sich die Rand-Druckspannungszone vollständig umlaufend um die Durchführung ausgebildet ist, was die mechanische Stabilität der Glasscheibe sicherstellt. Die Breite der Druckspannungszone beträgt bevorzugt von 5 mm bis 30 mm, besonders bevorzugt von 10 mm bis 20 mm.
In einer ersten Ausführung wird das Durchtrennen der Glasscheibe durch Laserschneiden durchgeführt. Dabei wird die Glasscheibe durch Materialabtrag (Ablation) durchtrennt. Die Laserstrahlung wird typischerweise mehrfach entlang der Schnittlinie bewegt, wobei bei jedem Durchgang eine gewisse Menge des Glasmaterials abgetragen wird. Dies wird so lange durchgeführt, bis die Glasscheibe über ihre gesamte Dicke durchtrennt ist.
Bevorzugt wird die Laserstrahlung auf eine Oberfläche der Glasscheibe fokussiert. Dies kann die dem Laser zugewandte Hauptfläche oder die vom Laser abgewandte Hauptfläche sein. Es ist möglich, den Laser während des Schneidens (insbesondere kontinuierlich) nachzufokussieren, so dass die Strahlung immer auf die gerade vorhandene und zu bearbeitende Oberfläche fokussiert bleibt.
Die Wellenlänge der Laserstrahlung liegt bevorzugt im sichtbaren Spektral be re ich von 380 nm bis 780 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 500 nm bis 600 nm. Es kann beispielsweise ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser (Emissionswellenlänge 532 nm) verwendet werden.
Der Laser wird bevorzugt gepulst betrieben. Die Pulslänge liegt bevorzugt im Nanosekundenbereich (als von 1 ns bis ausschließlich 1 ps) und beträgt besonders bevorzugt von 5 ns bis 50 ns, ganz beträgt besonders bevorzugt von 10 ns bis 20 ns.
Die Leistung des Lasers beträgt bevorzugt von 10 W bis 100 W, besonders bevorzugt von 30 W bis 60 W.
Zum Fokussieren der Laserstrahlung wird bevorzugt eine f-theta-Linse verwendet, beispielweise mit einer Brennweite von 100 mm. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Laserstrahlung entlang der Schnittlinie beträgt bevorzugt bis zu 5 m/s, beispielsweise von 0,5 m/s bis 5 m/s.
Das Laserschneiden ist insbesondere bei kleineren Durchführungen vorteilhaft anwendbar. Das verwendete Laserscansystem muss die gesamte Schnittlinie in einem Durchlauf abfahren können, um gute Ergebnisse zu erzielen. Bevorzugt wird das Verfahren angewandt, wenn die Schnittlinie vollständig innerhalb eines quadratischen Bereichs mit einer Kantenlänge von 50 mm angeordnet ist. Dann ist das Laserschneiden mit typischen Laserscansystemen problemlos durchführbar. Bei einem Laserscansystem steht der Laser an sich fest und die Strahlung wird über ein System beweglicher Spiegel über die Glasscheibe bewegt.
In einer zweiten Ausführung zum Durchtrennen der Glasscheibe werden zunächst innere Materialmodifikationen in der Glasscheibe mit einem gepulsten Laser erzeugt. Diese Materialmodifikationen sind als sogenannte Filamente bekannt. Einzelne Filamente sind entlang der Schnittlinie aufgereiht und bevorzugt gegenseitig beabstandet. Was den Mechanismus der Filamenterzeugung angeht, gehen die Erfinder davon aus, dass aufgrund des nichtlinearen Kerr-Effekts eine Selbstfokussierung des Laserstrahls auftritt, wodurch eine höhere Leistungsdichte erreicht wird. Durch diese hohe Leistungsdichte entsteht das Filament in Folge von Multiphoton-Ionisierung, Feldionisierung und Elektronenstoßionisation. Das so erzeugte Elektronenplasma führt wiederum zu einer Defokussierung als Gegengewicht zur Selbstfokussierung. Das Wechselspiel von Fokussierung und Defokussierung beim Durchtritt der Laserstrahlung durch die Glasscheibe zur Erzeugung eines Filaments führt dazu, dass jede Filamentstruktur eine Reihe von alternierenden fokussierenden und defokussierenden Stellen aufweist, die sich entlang der Strahlrichtung des Laserstrahl, bevorzugt senkrecht zu den Oberflächen der Glasscheibe, erstreckt. Für eine detailliertere Diskussion des vermuteten Mechanismus sei auf US 2013/0126573 A1 , insbesondere die Absätze [0043] bis [0048] verwiesen, ferner auf W. Watanabe: "Femtosecond Filamentary Modifications in Bulk Polymer Materials" (Laser Physics, Feb 2009, Vol. 19, No. 2, S. 342-345), F. Piao, W. G. Oldham, E. E. Haller: "Ultraviolet-induced densification of fused silica" (J. of App. Phys., Vol. 87, No. 7, 2000), F. Ahmed et al.: “Display glass cutting by femtosecond laser induced single shot periodic void array” (Applied Physics A, 2008, No. 93, S. 189-192) und S. Rezaei: “Burst-train generation for femtosecond laser lamentation-driven micromachining”, Masterarbeit Universität Toronto, 2011 . Die durch die Laserstrahlung erzeugten Materialmodifikationen umfassen insbesondere lokale Bereiche erhöhter Dichte, die durch die beschriebene Selbstfokussierung der Laserstrahlung entstehen.
Die Laserstrahlung wird (einfach oder mehrfach, bevorzugt einfach) entlang der Schnittlinie bewegt. Dabei erzeugt der Laser entlang der Schnittlinie eine Materialschwächung, welche eine Sollbruchstelle für die weitere Bearbeitung bildet. Bevorzugt werden dabei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche der Glasscheibe nicht beschädigt, also nicht mit einem Kratzer, einer Kerbe oder ähnlichem versehen. Die Laserstrahlung führt bevorzugt nicht zu einer Materialabtragung an der ersten und zweiten Oberfläche. Stattdessen erzeugt die Laserstrahlung eine Aneinanderreihung von mikrostrukturellen Materialmodifikationen im Inneren der Glasscheibe entlang der Schnittlinie, sogenannte „Filamente“. Jedes dieser Filamente wird von einer Reihe von Laserpulsen erzeugt. Durch eine geeignete Steuerung der Laserstrahlung werden während der Bewegung des Laserstrahls entlang der Schnittlinie in geeigneten, in der Regel periodischen Abständen solche Reihen von Laserpulsen auf die Glasschicht abgegeben. Eine solche Reihe von Laserpulsen wird häufig auch als Pulszug (pulse train) oder pulse burst bezeichnet. Jeder Pulszug erzeugt ein Filament in der Glasschicht. So bildet sich eine Aneinanderreihung von Filamenten entlang der Schnittlinie aus, wobei benachbarte Filamente einen Abstand zueinander aufweisen. Methoden zur Erzeugung solcher beabstandeter Pulszüge sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise mittels eines sogenannten Burst Generator. Durch Bewegen der gepulsten Laserstrahlung wird eine Spur solcher gegenseitig beabstandeter Filamente entlang der Schnittlinie erzeugt, wodurch die Sollbruchlinie entsteht. Die Glasscheibe wird durch die Filamente gleichsam perforiert. Die Materialmodifikation kann als eine lokale Dichteerhöhung, welche mit einem unterschiedlichen Brechungsindex einhergeht, angesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Fokus der Laserstrahlung zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der Glasscheibe positioniert, bevor er entlang der Schnittlinie bewegt wird. So können besonders gut innere Filamente erzeugt werden, ohne die Oberflächen zu beschädigen.
In einer vorteilhaften Ausführung wird die Laserstrahlung von einem gepulsten Laser mit einer Pulslänge von kleiner 20 ps, bevorzugt kleiner 10 ps erzeugt, besonders bevorzugt kleiner 5 ps, ganz besonders bevorzugt kleiner 1 ps (also im Femtosekundenbereich). Solch kurze Pulse sind besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Selbstfokussierung der Strahlung. Da für die Erzeugung der inneren Materialmodifikationen das Durchdringen der Glasschicht mit Laserstrahlung wesentlich ist, wird bevorzugt eine Wellenlänge der Laserstrahlung gewählt, bei der die Glasschicht im Wesentlichen transparent ist. Die Glasschicht weist bei der verwendeten Laserwellenlänge bevorzugt eine Transmission von mindestens 60 % auf. Für übliche Glasschichten kann ein Laser im sichtbaren, im nahen UV-Bereich oder im IR- Bereich verwendet werden, beispielsweise im Bereich von 300 nm bis 2500 nm, bevorzugt von 700 nm bis 1200 nm. In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist der erste Laserstrahl eine Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm auf, bevorzugt von 1000 nm bis 1100 nm. Das ist zum einen vorteilhaft im Hinblick auf die Transparenz üblicher Glasscheiben und zum anderen auf die kommerzielle Verfügbarkeit von geeigneten und kostengünstigen Lasersystemen. Der Laserstrahl wird bevorzugt durch einen Festkörperlaser mit Güteschaltung (Q-Switch) erzeugt. Es kann beispielsweise ein Nd:YAG-Laser verwendet werden (Emissionswellenlänge 1064 nm).
Die Wiederholrate (Pulsfrequenz) der Laserstrahlung beträgt bevorzugt von 10 kHz bis 5000 kHz, besonders bevorzugt von 20 kHz bis 2000 kHz. Damit werden gute Ergebnisse erzielt. Prinzipiell können aber auch deutlich höhere Pulsfrequenzen verwendet werden, beispielswiese bis zu 100 MHz.
Die Leistung des Lasers beträgt bevorzugt von 10 W bis 500 W, besonders bevorzugt von 20 W bis 200 W.
Durch die Wahl von Pulsfrequenz und Leistung kann beeinflusst werden, bis zu welcher Materialtiefe sich die Filamente erstrecken. Bevorzugt sollten sich die Filamente über mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 50%, ganz besonders bevorzugt mindestens 60 % der Dicke der Glasscheibe erstrecken ausgehend von der Oberfläche der Glasschicht, über welche die Laserstrahlung in die Glasschicht eindringt. Dann ist die Sollbruchstelle vorteilhaft ausgeprägt und die anschließende Materialtrennung effizient.
Die bevorzugt periodisch auftretenden Reihen von Laserpulsen (Pulszüge), wobei jede Reihe ein Filament erzeugt, werden mit einer Wiederholrate von bevorzugt kleiner 1kHz, beispielsweise in einem Bereich von 200 Hz bis 800 Hz abgegeben. Jeder Pulszug besteht aus bevorzugt mindestens 5 Pulsen, beispielsweise im Bereich von 5 bis 15 Pulsen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Laserstrahlung entlang der Schnittlinie beträgt bevorzugt von 10 mm/s bis 500 mm/s, beispielweise von 20 mm/s bis 100 mm/s.
Der Abstand benachbarter Filamente lässt sich bestimmen durch die Wahl der Bewegungsgeschwindigkeit der Laserstrahlung und der Wiederholrate der Pulszüge. Der Abstand beträgt bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 100 pm, ganz besonders bevorzugt kleiner 20 pm, beispielsweise von 1 pm bis 10 pm. Damit wird eine vorteilhafte Materialschwächung erreicht. Mit Abstand wird hier der minimale Abstand zwischen den äußeren Begrenzungen benachbarter Filamente bezeichnet. Die Ausdehnung der Filamente senkrecht zur Strahlungsrichtung beträgt beispielsweise von 1 pm bis 50 pm oder von 2 pm bis 10 pm.
Die Laserstrahlung wird bevorzugt mittels eines optischen Elements oder Systems auf die Glasoberfläche fokussiert. Die Ausdehnung des Fokus senkrecht zur Strahlungsrichtung kann beispielsweise bis zu 10 pm, bevorzugt bis von 1 pm bis 5 pm, besonders bevorzugt von 2 pm bis 4 pm, beispielsweise etwa 3 pm.
Durch die Filamentierung entlang der Schnittlinie wird gleichsam eine Sollbruchlinie erzeugt. Das eigentliche Durchtrennen der Glasscheibe entlang dieser Sollbruchlinie muss in einem nachgelagerten Schritt erfolgen. Das Durchtrennen (Brechen) erfolgt bevorzugt durch Laserstrahlung, durch Kühlen mit einem Kühlmittel, mechanisch (beispielweise durch Ausüben eines Drucks) oder durch eine Kombination zweier oder mehrerer dieser Methoden. Wird Laserstrahlung verwendet, so ist dies bevorzugt Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 800 nm bis 20 pm auf, bevorzugt von 5 pm bis 15 pm, insbesondere die Strahlung eines CO2-Lasers, typischerweise mit einer Wellenlänge von 9,4 pm oder 10,6 pm. Der Laser wird bevorzugt im Dauerstrichbetrieb (CW, continuous wave) betrieben. Das Durchtrennen kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die filamentierte Glasscheibe entlang der Schnittlinie mit einem CO2-Laser erwärmt wird und im Anschluss abgekühlt wird, wobei der Bruch der Glasscheibe entlang der Schnittlinie insbesondere aus der thermischen Materialkontraktion resultiert. Das Kühlen (ob mit oder ohne vorherige Erwärmung mittels Laserstrahlung) erfolgt beispielsweise durch Beaufschlagen der Glasoberfläche mit einem gasförmigen und/oder flüssigen Kühlmittel entlang der Schnittlinie. Bevorzugte Kühlmittel sind gekühltes Gas und/oder Wasser, weil eine solche Kühlung einfach zu realisieren und kostengünstig ist. Geeignete Gase sind beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff. Das Kühlmittel wird bevorzugt mittels einer Düse entlang der Schnittlinie auf die Glasoberfläche gebracht. Das Durchtrennen durch Filamentieren ist bei Durchführungen mit beliebiger Größe durchführbar. Der Laser kann dazu an einem beweglichen Werkzeug angebracht und zum Abfahren der Schnittlinie bewegt werden. Das Verfahren ist besonders dann bevorzugt, wenn die Schnittlinie nicht vollständig innerhalb eines quadratischen Bereichs mit einer Kantenlänge von 50 mm angeordnet ist. Dann ist das Laserschneiden als Alternative zum Filamentieren mitunter nicht mehr problemlos durchführbar, da das Laserschneiden typischerweise mit einem Laserscansystem durchgeführt werden - Laserschneiden mit einem beweglich aufgehängten Laser wäre nachteilhaft hinsichtlich der Prozessgeschwindigkeit. Die Durchführung kann beispielsweise eine Größe aufweisen, bei der die Schnittlinie vollständig innerhalb eines quadratischen Bereichs angeordnet ist, dessen Kantenlänge im Bereich von 50 mm bis 600 mm beträgt.
Nach dem Durchtrennen der Glasscheibe entlang der Schnittline wird der von der Schnittlinie umschlossene (und nun von der umliegenden Glasscheibe getrennte) Bereich von der umliegenden Glasscheibe entfernt, wodurch die Durchführung durch die Glasscheibe entsteht (Verfahrensschritt (e)). Das Entfernen kann passiv erfolgen, wobei der abgetrennte Bereich nach dem Durchtrennen aus der Durchführung herausfällt oder auf dem Arbeitstisch liegen bleibt, wenn die übrige Glasscheibe davon abgehoben wird. Das Entfernen kann alternativ aktiv erfolgen, indem der abgetrennte Bereich aus der Durchführung herausgezogen oder - geschoben wird. Dies kann durch direkte Einwirkung der Hand eines Werkers erfolgen oder (manuell oder maschinell) unter Einsatz eines Werkzeugs, beispielsweise eines Werkzeugs mit Saugnäpfen, welche den abgetrennten Bereich der Glasscheibe fixieren.
Die Kantenfläche um die Durchführung, welche durch die Schnittlinie ausgebildet wird, wird bevorzugt keiner Kantenbearbeitung (insbesondere Kantenschliff) unterzogen. Grundsätzlich ist dies aber denkbar.
Die Schnittlinie weist in einer besonders vorteilhaften Ausführung eine polygonale Form auf, beispielsweise die Form eines Trapezes. Dementsprechend hat auch die Durchführung eine polygonale Form (Grundfläche). Es ist ein besonderer Vorteil, dass die Erfindung auch die Herstellung solcher Durchführungen erlaubt, welche durch mechanisches Bohren an gebogenen Glasscheiben nicht zugänglich sind. Die Erfindung umfasst außerdem eine Glasscheibe, hergestellt beziehungsweise herstellbar mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Eine solche Glasscheibe ist für den Fachmann von anderen Glasscheiben mit Durchführungen unterscheidbar, die mit anderen Verfahren hergestellt wurden. Die erfindungsgemäße Glasscheibe ist insbesondere dadurch charakterisiert, dass sie
Randspannungen (Rand-Druckspannungen) um die Durchführung aufweist in einem an die die Durchführung begrenzende Seitenkantenfläche angrenzenden Bereich. Dadurch unterscheidet sie sich insbesondere von solchen Glasscheiben, welche zunächst gebogen worden sind und anschließend mit der Durchführung versehen worden sind, jedoch ohne dass vor dem Durchtrennen der Glasscheibe im Bereich der späteren Schnittlinie gezielt Druckspannungen erzeugt worden sind. Solche Scheiben weisen keine Rand-Spannungen oder zumindest deutlich geringere Randspannungen auf um die Durchführung auf. Die Randspannungen um die Durchführung beträgt typischerweise etwa die Hälfte der Druckspannungen, die ursprünglich in den Spannungsbereich eingebracht wurden. Die Rand-Druckspannung um die Durchführung beträgt bevorzugt von 5 MPa bis 20 MPa, besonders bevorzugt von 10 MPa bis 25 MPa. Die angegebenen Werte beziehen sich dabei auf die Oberflächenspannung an mindestens einer Oberfläche der Glasscheibe. Über die Dicke der Glasscheibe kann ein Spannungsprofil vorliegen.
Die Rand-Druckspannung kann vor einer Polarisationswand sichtbar gemacht werden und durch geeignete Messgeräte quantitativ bestimmt werden, beispielsweise mit dem Edge Master der Firma Stress Photonics Inc. Im Sinne der vorliegenden Anmeldungen werden die quantitativen Werte der Rand-Druckspannung bestimmt mit der Methode, welche im ASTM-Standard F218-2005-01 festgelegt ist. Rand-Druckspannungswerte werden gemessen in einer Entfernung zur Kante zwischen 0,1 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 1 mm. keine optischen Verzerrungen im Bereich um die Durchführung aufweist. Dadurch unterscheidet sie sich insbesondere von solchen Glasscheiben, bei denen zunächst im planen Zustand die Durchführung erzeugt worden ist und welche anschließend gebogen worden sind. Bei solchen Glasscheiben treten aufgrund des unterschiedlichen Abkühlverhaltens nach dem Biegen (infolge der bereits exponierten auf die Durchführung gerichteten Kantenfläche) optische Verzerrungen um die Durchführung auf. Die erfindungsgemäße Glasscheibe ist von solchen Glasscheiben, welche ebenfalls mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten (a) bis (c) hergestellt wurden, bei denen das Durchtrennen der Glasscheibe aber durch mechanisches Schneiden erfolgt ist und nicht durch die erfindungsgemäße Laserbearbeitung, insbesondere durch die Schnittkante zu unterscheiden. Beim Laserschneiden wird eine Schnittkante sehr hoher Qualität und Homogenität erzeugt (ohne Ausmuschelungen oder ähnliche Beschädigungen der Scheibe). Beim Filamentieren sind die Filamente noch an der Schnittkante erkennbar, es ergibt sich ein Rand nach Art einer Briefmarke.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung der erfindungsgemäßen Glasscheibe als Fahrzeugscheibe oder als Bestandteil einer als Fahrzeugscheibe, insbesondere einer als Fahrzeugscheibe eingesetzten Verbundscheibe. Die Verbundscheibe ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, bevorzugt eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder Lastkraftwagens. Eine Fahrzeugscheibe ist als Fensterscheibe dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung den Fahrzeug-Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen.
In einer bevorzugten Anwendung ist die erfindungsgemäße Scheibe die Innenscheibe einer Verbundscheibe. Sie ist dabei mit einer Außenscheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht verbunden. Die Außenscheibe ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt. Die Innenscheibe ist in Einbaulage dem Innenraum zugewandt. Die Verbundscheibe ist insbesondere die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, besonders bevorzugt eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder Lastkraftwagens.
Die Außenscheibe ist bevorzugt eine Scheibe aus Kalk-Natron-Glas. Die Dicke der Außenscheibe beträgt bevorzugt von 1 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 1 ,5 mm bis 3 mm, beispielsweise etwa 2,1 mm. Die thermoplastische Zwischenschicht ist bevorzugt aus mindestens einer Folie auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), oder Polyurethan (PU) ausgebildet, besonders bevorzugt auf Basis von PVB. Das bedeutet, dass die Folie mehrheitlich das besagte Material enthält (Anteil von größer als 50 Gew.-%) und daneben optional weitere Bestandteile enthalten kann, beispielsweise Weichmacher, Stabilisatoren, UV- oder IR-Absorber. Die Dicke jeder thermoplastischen Folie beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm. Beispielsweise können Folien, insbesondere PVB-Folien, mit den Standarddicken von 0,38 mm oder 0,76 mm verwendet werden.
Die Außenscheibe ist bevorzugt aus klarem Glas (insbesondere klarem Kalk-Natron-Glas) ausgebildet. Unter klarem Glas wird ein Glas ohne Tönung verstanden mit einer Lichttransmission von mindestens 85 %, bevorzugt von mindestens 90%, bezogen auf eine Glasdicke von 4 mm.
Die Innenscheibe ist bevorzugt aus getöntem oder gefärbtem Glas (insbesondere getöntem oder gefärbtem Kalk-Natron-Glas) ausgebildet. Die Tönung beziehungsweise Färbung ist dabei besonders bevorzugt derart gewählt, dass die Lichttransmission der Innenscheibe höchstens 80% beträgt bezogen auf eine Glasdicke von 4 mm, besonders bevorzugt von 60% bis 80%, insbesondere von 70% bis 80%.
Die Dicke der Innenscheibe beträgt bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 1 ,0 mm bis 3 mm oder 1 ,5 mm bis 3 mm, beispielsweise etwa 1 ,6 mm oder 2,1 mm.
Die Außenscheibe weist keine Durchführung auf. Der Bereich mit der Durchführung durch die Innenscheibe bildet bevorzugt ein sogenanntes Kamerafenster beziehungsweise einen sogenannten Kamerabereich aus. Die Verbundscheibe ist daher bevorzugt mit einem Sensor, insbesondere einer Kamera ausgestattet, welche an der Innenscheibe befestigt ist und deren Strahlengang durch die Durchführung verläuft. Damit ist gemeint, dass der Sensor auf die Durchführung gerichtet ist, so dass er elektromagnetische Strahlung (insbesondere Licht), welches durch die Durchführung hindurchtritt, detektieren kann. Der Sensor kann beispielsweise die Kamera eines LiDAR-Systems sein.
Solche Kamerasysteme treten in modernen Fahrzeugen häufig im Rahmen von Fahrassistenzsystemen auf. Bei Windschutzscheiben mit einer getönten Scheibe (Innenscheibe) ist aber mitunter die Lichttransmission nicht ausreichend hoch für eine einwandfreie Funktion. Es ist daher vorteilhaft, wenn die getönte Innenscheibe mit einer Durchführung im Kamerabereich versehen wird, um die Lichttransmission lokal zu erhöhen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Glasscheibe treten daher in dieser Anwendung in besonderem Maße zu Tage. Die Durchführung weist dabei besonders bevorzugt eine polygonale, beispielsweise trapezförmige Form (Grundfläche) auf. Es ist optional möglich, dass ein Einsatz in die Durchführung der Innenscheibe eingesetzt ist. Der Einsatz kann beispielsweise als Scheibe aus klarem Glas (insbesondere klarem Kalk- Natron-Glas) oder einem klarem Kunststoff (beispielsweise Polycarbonat oder PMMA) ausgebildet sein. Die Dicke des Einsatzes beträgt beispielsweise von 1 mm bis 5 mm. Der Einsatz kann mit Beschichtungen versehen sein, beispielsweise mit einer Antireflexionsbeschichtung oder einem optischen Filter.
Eine solche Verbundscheibe kann hergestellt werden, indem die Innenscheibe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird und anschließend mit der ebenfalls und gleichartig gebogenen Außenscheibe über die thermoplastische Zwischenschicht verbunden wird. Hierbei kommen an sich bekannte Laminationsverfahren zum Einsatz, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung der Scheiben über die Zwischenschicht erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Vor oder nach der Lamination der Verbundscheibe wird optional der Einsatz in die Durchführung der Innenscheibe eingesetzt. Anschließend wird der Sensor an der Innenscheibe angebracht.
Anschließend wird bevorzugt der besagte Sensor, insbesondere eine Kamera, an der Glasscheibe befestigt und auf die Durchführung gerichtet.
Die Glasscheibe und die Außenscheibe werden bevorzugt nicht vorgespannt. Damit ist ein Vorspannen über die gesamte Fläche der jeweiligen Scheibe gemeint. Nicht ausgeschlossen sind natürlich das lokale Vorspannen der Glasscheibe im Spannungsbereich sowie ein etwaiges lokales Einbringen von Spannungen im Randbereich (angrenzend an die Seitenkantenfläche) der Glasscheibe und/oder der Außenscheibe. Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf und einen Querschnitt durch eine Glasscheibe zu verschiedenen Zeitpunkten einer ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine Draufsicht auf und einen Querschnitt durch eine Glasscheibe zu verschiedenen Zeitpunkten einer zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 Draufsichten auf den Spannungsbereich verschiedener Glasscheiben während des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 Querschnitte durch eine Glasscheibe während des Kühlens mit verschiedenen Ausgestaltungen eines Werkzeugs,
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Verbundscheibe mit einer erfindungsgemäßen Glasscheibe als Innenscheibe.
Figur 1 zeigt jeweils eine Draufsicht (links) auf und einen Querschnitt entlang der Querschnittslinie A-A1 (rechts) durch eine Glasscheibe 1 zu verschiedenen Zeitpunkten einer ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Glasscheibe 1 ist beispielsweise eine getönte Scheibe aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 1 ,6 mm. Die Glasscheibe 1 ist beispielsweise derart getönt, dass ihre Lichttransmission bei einer Schichtdicke von 4 mm etwa 72,5% beträgt. Die Glasscheibe 1 soll mit einer Durchführung versehen werden. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Glasscheibe 1 als Bestandteil einer Verbundscheibe eingesetzt werden soll, die als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Durch die Durchführung, welche eine Ausnehmung in der getönten Glasscheibe 1 darstellt, soll die Lichttransmission lokal erhöht werden, beispielsweise in einem Kamerabereich.
Die Glasscheibe 1 wird im Ausgangszustand als plane Glasscheibe bereitgestellt (Figur 1a). Die Glasscheibe 1 wird anschließend gebogen, beispielsweise durch Schwerkraftbiegen und/oder Pressbiegen (Figur 1 b). Danach wird in einem Spannungsbereich B der Glasscheibe 1 eine lokale Vorspannung erzeugt, indem der Spannungsbereich B der nach dem Biegen noch erwärmten Glasscheibe 1 stark abgekühlt wird (Figur 1c). Dazu kann der Spannungsbereich B beispielsweise mit einem Luftstrom beaufschlagt oder mit einem gekühlten Werkzeug in Kontakt gebracht werden. Durch die Abkühlung werden Druckspannungen p im Spannungsbereich B erzeugt. In der übrigen Glasscheibe 1 abseits des Spannungsbereichs B werden keine entsprechenden Druckspannungen erzeugt.
Figur 2 zeigt jeweils eine Draufsicht (links) auf und einen Querschnitt entlang der Querschnittslinie A-A1 (rechts) durch die Glasscheibe 1 zu verschiedenen Zeitpunkten einer zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche sich unmittelbar an die erste Phase auf Figur 1 anschließt. Die Glasscheibe 1 wird entlang einer Schnittlinie S durchtrennt, wobei diese Schnittlinie S vollständig innerhalb des Spannungsbereichs B angeordnet ist (Figur 2a). Die Schnittlinie ist eine geschlossene Linie, welche einen Bereich der Glasscheibe 1 von der umliegenden Glasscheibe 1 abtrennt.
Die Glasscheibe 1 wird unter Einsatz von Laserstrahlung entlang der Schnittlinie durchtrennt. Dies kann durch Laserschneiden erfolgen, wobei beispielsweise die Strahlung eines frequenzverdoppelten Nd:YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 532, der gepulst betrieben wird mit Pulslängen von 15 ns, mehrfach entlang der Schnittlinie S bewegt wird, wobei bei jedem Durchgang Material abgetragen wird. Dies wird so lange durchgeführt, bis die Glasscheibe 1 vollständig durchtrennt ist. Alternativ kann das Durchtrennen dadurch erfolgen, dass zunächst Materialmodifikationen entlang der Schnittlinie S in die Glasscheibe eingebracht werden, welche gleichsam eine Sollbruchlinie erzeugen. Anschließend wird die Schnittlinie beispielsweise mit der Strahlung eines CO2-Lasers erwärmt und unmittelbar danach mit kaltem Gas abgekühlt, so dass die Glasscheibe entlang dieser Sollbruchlinie bricht. Die Materialmodifikationen, die auch als Filamente bekannt sind, beruhen insbesondere auf einer Selbstfokussierung der Laserstrahlung infolge des nichtlinearen Kerr- Effekts und stellen insbesondere lokale Bereiche erhöhter Dichte dar. Sie können beispielsweise mit der Strahlung eines Nd:YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt werden, der gepulst betrieben wird mit Pulslängen von 300 fs, wobei die Laserstrahlung einfach oder mehrfach entlang der Schnittlinie S bewegt wird.
Anschließend wird der von der Schnittlinie S umschlossene, nunmehr abgetrennte Bereich der Glasscheibe 1 entfernt, wodurch eine Durchführung D in der übrigen Glasscheibe 1 entsteht (Figur 2b).
Das erfindungsgemäße Verfahren hat zur Folge, dass angrenzend an die auf die Durchführung gerichtete Kantenfläche der Glasscheibe 1 Druckspannungen p (Rand- Druckspannungen) vorhanden sind, welche die mechanische Stabilität der Glasscheibe 1 verbessern. Da die Durchführung D eine strukturelle Schwächung der Glasscheibe 1 darstellt, bestünde ohne die Druckspannungen p ein hohes Risiko einer Beschädigung der Glasscheibe 1 (Glasbruch) bei ihrer Handhabung, beispielsweise beim Einbau der Fahrzeugscheibe ins die Fahrzeugkarosserie. Solche Druckspannungen p könnten alternativ dadurch ausgebildet werden, dass zunächst die Durchführung erzeugt und die Glasscheibe 1 danach gebogen wird - allerdings würde dieses Vorgehen zu optischen Verzerrungen in der Nähe der Durchführung D führen, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden. Die Durchführung lässt sich mit der Laserstrahlung mit einer beliebigen Form erzeugen, insbesondere auch mit einer polygonalen Form wie der dargestellten Trapezform, und weist eine hohe Kantenqualität auf.
Figur 3 zeigt beispielhaft verschiedene Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Spannungsbereichs B, in dem nach dem Biegen und vor dem Durchtrennen der Glasscheibe 1 die lokalen Druckspannungen p erzeugt werden. Die Schnittlinie S ist in allen Ausgestaltungen in Form eines Trapezes (genauer gesagt der Umfangslinie eines Trapezes) ausgebildet.
Die Form der Schnittlinie S und des Spannungsbereichs B können grundsätzlich unabhängig voneinander gewählt werden. In der Ausgestaltung der Figur 3a ist der Spannungsbereich B in Form eines vollständig gefüllten Kreises ausgebildet. Der Spannungsbereich B wird durch eine kreisrunde äußere Begrenzungslinie (Umfangslinie) begrenzt. Der von der äußeren Begrenzungslinie umgebene Bereich ist vollständig Teil des Spannungsbereichs B. Die trapezförmige Schnittlinie S ist vollständig innerhalb des kreisförmigen Spannungsbereichs B angeordnet.
In der Ausgestaltung der Figur 3b ist der Spannungsbereich B ebenfalls in Form einer Vollfläche ausgebildet, in diesem Fall in Form eines Trapezes. Wieder ist der von der äußeren Begrenzungslinie umgebene Bereich ist vollständig Teil des Spannungsbereichs B. In diesem Fall verläuft die Schnittlinie S parallel zur äußeren Begrenzungslinie des Spannungsbereichs B. Dies hat den Vorteil, dass die verbleibende Randspannungszone um die Durchführung D eine umlaufend konstante Breite aufweist.
In der Ausgestaltung der Figur 3c ist die äußere Begrenzungslinie des Spannungsbereich B ebenfalls in Form der Umfangslinie eines Trapezes ausgebildet. Das von ihr umschriebene Trapez ist aber nicht vollständig Teil des Spannungsbereichs B. Vielmehr umgibt der Spannungsbereich B einen weiteren nicht vorgespannten Bereich der Glasscheibe 1. Der Spannungsbereich B weist also auch eine innere Begrenzungslinie auf. Die äußere Begrenzungslinie, die innere Begrenzungslinie und die Schnittlinie S verlaufen parallel zueinander. Die Schnittlinie verläuft zwischen der äußeren Begrenzungslinie und der inneren Begrenzungslinie, so dass sie vollständig innerhalb des Spannungsbereichs B angeordnet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Spannungsbereichs B kleiner ist als in der Ausgestaltung der Figur 3b - er wird insbesondere ein kleinerer Abschnitt des abzutrennenden Bereichs „unnötig“ vorgespannt. Der Spannungsbereich B ist in Form eines geschlossen-linienartigen Streifens ausgebildet, welcher der Schnittlinie folgt und sich beidseitig dazu erstreckt.
Figur 4 zeigt Querschnitte durch drei Ausgestaltungen eines Werkzeugs 10 zum Abkühlen des Spannungsbereichs B und Einbringen der Druckspannungen p, wie in Figur 1c. Das Werkzeug 10 weist eine Kontaktfläche 11 auf, welche die Form des Spannungsbereichs B aufweist und in diesem mit der Oberfläche der Glasscheibe 1 in Kontakt gebracht wird, wodurch der Spannungsbereich B abgekühlt und mit den Druckspannungen p versehen wird. Der Kontakt erfolgt dabei indirekt über eine Lage 12 eines vermittelnden Materials, beispielsweise eines Stahlgewebes, welches eine Beschädigung der Oberfläche der Glasscheibe 1 durch das Werkzeug 10 verhindern soll. Das Werkzeug 10 weist einen inneren Hohlraum 13 auf, in welchem ein Fluidstrom fließt, welche dem Hohlraum 13 durch eine Zuleitung 14 zugeleitet wird. Der Fluidstrom ist durch die unausgefüllten Blockpfeile dargestellt, das Fluid ist beispielsweise Luft.
In der ersten Ausgestaltung nach Figur 4a ist die Kontaktfläche 11 geschlossen. Die auf die Glasscheibe 1 gerichtete Außenwand der Werkzeugs 10, welche die Kontaktfläche 11 trägt, ist gegenüber den übrigen Außenwänden deutlich verdickt, um ihre Wärmekapazität zu erhöhen. Die besagte Außenwand mit der Kontaktfläche 11 wird durch den Fluidstrom gekühlt, welcher im Hohlraum 13 zirkuliert und diesen über Auslassöffnungen 15 auf der von der Glasscheibe 1 abgewandten Seite des Werkzeugs 10 wieder verlässt. Die derart gekühlte Kontaktfläche 11 kühlt den Spannungsbereich B der Glasscheibe 1 durch Wärmeleitung, vermittelt durch die vermittelnde Lage 12, welche zu diesem Zweck thermisch leitend sein sollte.
In der zweiten Ausgestaltung nach Figur 4b ist die Kontaktfläche 11 (genauer gesagt die Außenwand mit der Kontaktfläche 11) mit Auslassöffnungen 15 versehen, Über die Auslassöffnungen 15 strömt das Fluid aus dem Hohlraum 13 in Richtung der Glasscheibe 1 aus und trifft auf den Spannungsbereich B. Die vermittelnde Lage 12 sollte zu diesem Zweck gasdurchlässig sein. Das Abkühlen des Spannungsbereichs B erfolgt primär durch das Beaufschlagen mit dem Luftstrom, sekundär durch den indirekten Kontakt mit der Kontaktfläche 11 (Wärmeleitung).
In der dritten Ausgestaltung nach Figur 4c ist die Außenwand des Werkzeugs, welche die Kontaktfläche 11 trägt, aus einem gasdurchlässigen, porösen Material 16 ausgebildet. Das eigentliche Werkzeug 11 weist eine großflächige Öffnung auf, welche durch das poröse Material 16 verschlossen ist. Durch das poröse Material 16 kann das Fluid aus dem Hohlraum 13 ausströmen und trifft auf die Oberfläche der Glasscheibe 1 , wodurch der Spannungsbereich gekühlt wird. Die vermittelnde Lage 12 sollte zu diesem Zweck gasdurchlässig sein. Das poröse Material ist beispielsweise aus gesinterten Metallpartikeln ausgebildet.
Die Werkzeuge der Figur 4 sind aus W02021111084A1 bekannt.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Verbundscheibe mit der Glasscheibe 1 , deren Herstellung in den Figuren 1 und 2 gezeigt wurde, als Innenscheibe. Die Verbundscheibe ist die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Die Glasscheibe 1 ist in Einbaulage dem Fahrzeuginnenraum zugewandt. Sie ist über eine thermoplastische Zwischenschicht 3, welche aus einer Folie auf Basis von PVB mit einer Dicke von 0,76 cm ausgebildet ist, mit einer Außenscheibe 2 verbunden. Die Außenscheibe 2 besteht aus klarem Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 2,1 mm auf.
Die Verbundscheibe ist innenraumseitig mit einer Kamera 5 ausgestattet, welche in einem Gehäuse 6 angeordnet ist, das an der Glasscheibe 1 befestigt ist. Die Kamera 5 ist Teil eines Fahrerassistenzsystems und beispielsweise eine Lidar-Kamera (light detection and ranging), die der optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung dient. Die Kamera 5 ist durch die Verbundscheibe hindurch auf die äußere Umgebung des Fahrzeugs gerichtet, ihr Detektionsstrahlengang verläuft also durch die Verbundscheibe hindurch.
Da die Glasscheibe 1 getönt ist, ist die Lichttransmission durch die Verbundscheibe nicht ausreichend hoch, um eine einwandfreie Funktion der Kamera 5 beziehungsweise des Lidar- Systems zu gewährleisten. Aus diesem Grund ist die Durchführung D in die Glasscheibe 1 eingebracht worden, durch welche der Detektionsstrahlengang der Kamera 5 verläuft. Das getönte Glasmaterial ist also aus dem Detektionsstrahlengang der Kamera 5 entfernt worden, was die Lichttransmission im sogenannten Kamerabereich der Verbundscheibe erhöht. In die Durchführung D ist stattdessen ein Einsatz 6 eingesetzt worden, beispielsweise eine Scheibe als klarem Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 2,1 mm. Der Einsatz kann mit Beschichtungen versehen sein, beispielsweise einer Antireflexionsbeschichtung auf der von der Zwischenschicht 3 abgewandten, der Kamera 5 zugewandte Oberfläche und/oder einem optischen Filter auf der von der Kamera 5 abgewandten, der Zwischenschicht 3 zugewandte Oberfläche.
Bezugszeichenliste:
(1) Glasscheibe
(2) Außenscheibe
(3) thermoplastische Zwischenschicht
(4) Einsatz
(5) Kamera
(6) Gehäuse
(10) Werkzeug zum Abkühlen des Spannungsbereichs B
(11) Kontaktfläche des Werkzeugs 10
(12) Lage eines vermittelnden Materials
(13) innerer Hohlraum des Werkzeugs 10
(14) Zuleitung des Werkzeugs 10
(15) Auslassöffnung des Werkzeugs 10
(16) poröses Material
(B) Spannungsbereich
(p) Druckspannungen
(S) Schnittlinie
(D) Durchführung
A - A' Durchschnittslinie

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung einer gebogenen Glasscheibe mit einer Durchführung, umfassend die folgenden Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge:
(a) Erwärmen einer planen Glasscheibe (1) auf eine Biegetemperatur,
(b) Biegen der Glasscheibe (1),
(c) Abkühlen eines Spannungsbereichs (B) der Glasscheibe (1), wobei Druckspannungen (p) selektiv im Spannungsbereich (B) ausgebildet werden,
(d) Durchtrennen der Glasscheibe (1) entlang einer geschlossenen Schnittlinie (S) mittels Laserstrahlung, wobei die Schnittlinie (S) vollständig innerhalb des Spannungsbereichs (B) angeordnet ist,
(e) Entfernen des von der Schnittlinie (S) umschlossenen Bereichs der Glasscheibe (1), wodurch eine Durchführung (D) durch die Glasscheibe (1) entsteht. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Verfahrensschritt (c) Druckspannungen (p) im Bereich von 10 MPa bis 60 MPa im Spannungsbereich (B) ausgebildet werden, bevorzugt von 20 MPa bis 50 MPa. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spannungsbereich (B) eine Fläche aufweist, welche höchstens 15 % der Gesamtfläche der Glasscheibe (1) entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zum Abkühlen in Verfahrensschritt (c) ein Werkzeug (10) eingesetzt, welches eine Kontaktfläche (11) aufweist, die ausschließlich mit dem Spannungsbereich (B) in thermisch leitenden Kontakt gebracht wird, wobei das Werkzeug (10) einen inneren Hohlraum (13) aufweist, welchem über eine Zuleitung (14) ein Fluidstrom zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Begrenzungswand des Werkzeugs (10), die mit der Kontaktfläche (11) ausgestattet ist, mit Durchführungen versehen ist oder aus einem porösen Material ausgebildet ist, so dass der Fluidstrom über die Kontaktfläche (11) aus dem Hohlraum (13) austritt und auf den Spannungsbereich (B) trifft. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei zwischen der Kontaktfläche (11) und der Glasscheibe (1) eine Lage (12) eines vermittelnden Materials angeordnet ist, welche thermisch leitend und/oder gasdurchlässig ist und welche bevorzugt als eine Lage eines Metall- oder Stahlgewebes ausgebildet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spannungsbereich (B) als Streifen ausgebildet ist, der sich entlang der Schnittlinie (S) erstreckt, bevorzugt mit einer Breite von 10 mm bis 50 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Durchtrennen der Glasscheibe (1) in Verfahrensschritt (d) mittels Laserschneiden erfolgt, indem die Laserstrahlung mehrfach entlang der Schnittlinie (S) bewegt wird, wobei das Glasmaterial abgetragen wird. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Laserstrahlung gepulst ist mit Pulslängen im Nanosekundenbereich, bevorzugt von 5 ns bis 50 ns, und eine Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm aufweist, bevorzugt von 500 nm bis 600 nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei durch die Laserstrahlung Materialmodifikationen im Innern der Glasscheibe (1) erzeugt werden, welche lokale Bereiche erhöhter Dichte umfassen, die durch Selbstfokussierung der Laserstrahlung entstehen, und wobei die Glasscheibe anschließend entlang der Schnittlinie (S) durch Laserstrahlung, durch Kühlen mit einem Kühlmittel und/oder mechanisch gebrochen wird. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Laserstrahlung zur Erzeugung der Materialmodifikationen gepulst ist mit Pulslängen von 10 fs bis 2 ps und eine Wellenlänge von 800 nm bis 1200 nm aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Schnittlinie (S) eine polygonale Form aufweist. Glasscheibe (1), hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Verbundscheibe, umfassend eine Glasscheibe (1) nach Anspruch 13 als Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) mit einer Außenscheibe (2) verbunden ist, wobei ein Sensor, insbesondere eine Kamera (5), an der Glasscheibe (1) befestigt ist, die auf die Durchführung (D) gerichtet ist und wobei die Glasscheibe (1) getönt oder gefärbt ist und wobei die Außenscheibe (2) aus klarem Glas gefertigt ist. Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe nach Anspruch 14, wobei
- die Glasscheibe (1) mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt wird,
- die Glasscheibe (1) anschließend über die thermoplastische Zwischenschicht (3) mit der Außenscheibe (2) laminiert wird und - der Sensor an der Glasscheibe (1) befestigt und auf die Durchführung (D) gerichtet wird.
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