DE10065688B4 - Method and device for cutting a workpiece made of brittle material - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem Werkstoff entlang einer vorgegebenen Trennlinie durch Induzieren einer lokalen, über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes hinausgehenden thermomechanischen Spannung mittels eines entlang der Trennlinie geführten Strahles, in Verbindung mit einem mechanischen Anritz an der Werkstückkante, wobei der Strahl allein durch den Strahl aus einem hochkalten fluiden Kältemedium gebildet wird, das entlang der Trennlinie auf das Werkstück auf mindestens einer seinen gegenüberliegenden Seiten aufgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl aus dem hochkalten fluiden Kältemedium so geformt ist, dass sich ein Kältefleck ergibt, der im wesentlichen symmetrisch zur Trennlinie liegt, und dessen Abmessungen senkrecht zur Schnittrichtung groß sind im Vergleich zu seinen Abmessungen in Schnittrichtung. Process for cutting a workpiece from brittle material along a predetermined dividing line by inducing a local thermomechanical stress beyond the breaking strength of the material by means of a beam guided along the dividing line, in connection with a mechanical scoring on the edge of the workpiece, the jet being passed solely through the jet is formed from a super-cold fluid refrigeration medium, which is inflated along the dividing line onto the workpiece on at least one of its opposite sides, characterized in that the jet from the super-cold fluid refrigeration medium is shaped such that a cold spot results which is essentially symmetrical to the Dividing line lies, and its dimensions perpendicular to the cutting direction are large compared to its dimensions in the cutting direction.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem Werkstoff entlang einer vorgegebenen Trennlinie durch Induzieren einer lokalen, über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes hinausgehenden thermomechanischen Spannung mittels eines entlang der Trennlinie geführten Strahles, in Verbindung mit einem mechanischen Anritz an der Werkstückkante, wobei der Strahl allein durch den Strahl aus einem hochkalten fluiden Kältemedium gebildet wird, das entlang der Trennlinie auf das Werkstück auf mindestens einer seinen gegenüberliegenden Seiten aufgebiasen wird.The invention relates to a Process for cutting a workpiece from brittle material along a given dividing line by inducing a local one over which Breaking strength of the material beyond thermomechanical Tension by means of a beam guided along the dividing line, in connection with a mechanical scoring on the workpiece edge, whereby the jet alone by the jet from a super cold fluid cold medium is formed, which along the dividing line on the workpiece at least one its opposite Pages is inflated.

Eine bevorzugte Anwendung ist dabei das Schneiden von Glas, insbesondere Flachglas.A preferred application is cutting glass, especially flat glass.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Schneiden eines derartigen Werkstücks mittels eines Laserstrahles.The invention also relates to a device for cutting such a workpiece by means of of a laser beam.

Konventionelle Trennverfahren für Flachglas basieren darauf, mittels eines Diamanten oder eines Schneidrädchens zunächst eine Ritzspur im Glas zu generieren, um das Glas anschließend durch eine äußere mechanische Kraft entlang der so erzeugten Schwachstelle zu brechen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass durch die Ritzspur Partikel (Splitter) aus der Oberfläche gelöst werden, die sich auf dem Glas ablagern können und dort beispielsweise zu Kratzern führen können. Ebenfalls können so genannte Ausmuschelungen an der Schnittkante entstehen, die zu einem unebenen Glasrand führen. Weiterhin führen die beim Ritzen entstehenden Mikrorisse in der Schnittkante zu einer verringerten mechanischen Beanspruchbarkeit, d. h. zu einer erhöhten Bruchgefahr.Conventional separation processes for flat glass are based then, using a diamond or a cutting wheel Generate scratch marks in the glass to then pass through the glass an outer mechanical Force to break along the weak point thus created. adversely is in this process that particles (splinters) from the scratch track the surface solved that can deposit on the glass and there, for example lead to scratches can. You can also so-called mussels on the cut edge arise that too lead to an uneven glass edge. Farther to lead the microcracks in the cutting edge that arise during scribing into one reduced mechanical strength, d. H. to an increased risk of breakage.

Ein Ansatz, sowohl Splitter als auch Ausmuschelungen und Mikrorisse zu vermeiden, besteht im Trennen von Glas auf der Basis thermisch generierter Spannung. Hierbei wird eine Wärmequelle, die auf das Glas gerichtet ist, mit fester Geschwindigkeit relativ zu dem Glas bewegt und so thermisch eine derart hohe mechanische Spannung erzeugt, dass das Glas Risse bildet. Der notwendigen Eigenschaft der Wärmequelle, die thermische Energie lokal, d. h. mit einer Genauigkeit besser einem Millimeter, was den typischen Schnittgenauigkeiten entspricht, positionieren zu können, genügen Infrarotstrahler, speziell Gasbrenner und insbesondere Laser. Laser haben sich wegen ihrer guten Fokussierarbeit, guten Steuerbarkeit der Leistung sowie der Möglichkeit der Stahlformung und damit der Intensivitätsverteilung auf Glas bewährt und durchgesetzt.One approach, both splinters and Avoiding clams and micro cracks is to separate them of glass based on thermally generated tension. Here will a heat source, which is aimed at the glass, at a fixed speed relative moved to the glass and so thermally such a high mechanical Tension creates cracks in the glass. The necessary property the heat source, the thermal energy locally, d. H. with an accuracy better one millimeter, which corresponds to the typical cutting accuracy, to be able to position suffice Infrared emitters, especially gas burners and especially lasers. laser have because of their good focus, good controllability performance and possibility the steel shaping and thus the intensity distribution on glass has proven itself and enforced.

Dieses Laserstrahl-Schneideverfahren, das durch eine lokale Erwärmung entlang der Schneidelinie durch den fokussierten Laserstrahl in Verbindung mit einer nachlaufenden Kühlung von außen eine thermomechanische Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes induziert, ist durch mehrere Schriften, z.B. durch die DE 197 155 37 A1 , bekannt geworden und unterscheidet sich grundsätzlich von dem ebenso beispielsweise aus der EP 0 062 282 A1 bekannten Laserstrahl-Schneideverfahren, bei dem ein Aufschmelzen des Glases unter Ausbildung einer Schnittfuge ständig sauber geblasen und die Laseroptik gekühlt wird.This laser beam cutting process, which induces thermomechanical stress up to the breaking strength of the material through local heating along the cutting line by the focused laser beam in connection with subsequent cooling from the outside, is described in several documents, for example by DE 197 155 37 A1 , has become known and differs fundamentally from that, for example from the EP 0 062 282 A1 Known laser beam cutting process, in which a melting of the glass is constantly blown clean while forming a kerf and the laser optics is cooled.

Durch die EP 0 903 327 A2 ist ferner ein Verfahren zum Schneiden von nichtmetallischen Werkstoffen bekannt geworden, bei dem ein plattenförmiges Werkstück auf der Unterseite durch ein linienförmiges Heizelement geheizt wird und auf der Oberseite durch Anblasen mit einem Kühlmittel gekühlt wird. Durch die entstehenden thermischen Spannungen in der Heiz-/Kühl-Zone wird der Schnitt entlang der Schnittlinie bewegt.Through the EP 0 903 327 A2 a method for cutting non-metallic materials has also become known, in which a plate-shaped workpiece is heated on the underside by a linear heating element and is cooled on the top by blowing with a coolant. The cut is moved along the cutting line due to the thermal stresses that arise in the heating / cooling zone.

Beide bekannte Verfahren zum fugenlosen Schneiden von Sprödstoffen auf der Basis von außen thermisch generierter Energie beruhen auf dem Prinzip, durch eine lokale Erwärmung des Werkstückes entlang der Schneidelinie von außen in Verbindung mit einer Kühlung eine thermomechanische Spannung zu induzieren, die über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes hinausgeht. Bei den meisten in der Praxis benutzten Verfahren wird dabei die zum Trennen notwendige thermomechanische Spannung durch einen Laserstrahl-Schneidfleck in Verbindung mit einem nachlaufenden oder konzentrischen Kühlspot erzeugt.Both known methods for seamless cutting of brittle substances thermally based on the outside generated energy are based on the principle of local heating of the Workpiece along the cutting line from the outside in connection with cooling to induce a thermomechanical stress across the Breaking strength of the material goes beyond. Most in the The method used in practice becomes the one necessary for separation Thermomechanical tension in conjunction with a laser beam cutting spot generated with a trailing or concentric cooling spot.

Diese bekannten Verfahren mit einer lokalen Erwärmung der Schneidelinie von außen haben bei aller Bewährtheit in der Praxis verschiedene prinzipbedingte Nachteile.

• a) Der Werkstoff wird infolge der Wärmezufuhr leicht soweit aufgeheizt, dass er duktil wird und ggf. sogar schmilzt. Die Verfahrensparameter sind daher kritisch und relativ schlecht kontrollierbar.
• b) Dieses Verfahren funktioniert naturgemäß umso schlechter, je höher die Ausgangstemperatur der Werkstücke ist. Sie sind daher z.B. ungeeignet, heiße Glasscheiben direkt am Glaszug zu schneiden.
• c) Die erzeugten thermo-mechanischen Spannungen sind i.d.R. zu gering. Daher bricht der Schnitt häufig ab.
• d) Die zu schneidenden Werkstück-Platten müssen zur Erzeugung aus reichender thermo-mechanischer Spannung auf der gesamten Dicke durchwärmt und ggf. auf der Oberseite wieder abgekühlt werden. Infolge der geringen Wärmeleitung nichtmetallischer Werkstoffe, wie z.B. Glas, erfordert das viel Zeit, d.h. die Schnittgeschwindigkeit ist gering.

These well-known methods with local heating of the cutting line from the outside have various proven disadvantages in practice, despite their proven reliability.

• a) The material is slightly heated up to the point that it becomes ductile and possibly even melts due to the supply of heat. The process parameters are therefore critical and relatively difficult to control.
• b) This method naturally works the worse the higher the initial temperature of the workpieces. For example, they are unsuitable for cutting hot glass panes directly on the glass pull.
• c) The generated thermo-mechanical stresses are usually too low. Therefore, the cut often breaks off.
• d) The workpiece plates to be cut have to be heated through the entire thickness to generate sufficient thermo-mechanical tension and, if necessary, cooled again on the top. Due to the low heat conduction of non-metallic materials, such as glass, this takes a lot of time, ie the cutting speed is slow.

Durch die JP 53 – 094 318 A und das zugehörige Derwent – Abstract ist ein Verfahren zum Schneiden eines Glasbandes bekannt geworden, bei dem zunächst mittels eines Schneidrädchens mechanisch eine „Furche" in die Glasoberfläche des noch erweichten Glasbandes über die gesamte Bahnbreite gezogen wird, in die anschließend kalte Luft eingesprüht wird, um den Schnitt durch die Dicke des Glasbandes zutreiben.Through the JP 53-094 318 A and the associated Derwent abstract, a method for cutting a glass ribbon has become known, in which me a "furrow" is mechanically drawn into the glass surface of the still softened glass ribbon over the entire width of the web, into which cold air is then sprayed in order to drive the cut through the thickness of the glass ribbon.

Dieses Schneidprinzip benötigt eine relativ tiefe Furche, die sich mechanisch mit einem Schneidrädchens bei einer bereits erkalteten Glasplatte praktisch nicht realisieren lässt. Außerdem entstehen relativ lange Prozesszeiten, weil das Schneidrädchen über die gesamte Breite des Glasbandes geführt werden muss.This cutting principle requires one relatively deep furrow, which mechanically with a cutting wheel a glass plate that has already cooled down is practically impossible leaves. Moreover relatively long process times arise because the cutting wheel over the entire width of the glass ribbon must be guided.

Gleiches gilt für das Verfahren nach der US 3 754 884 , die als Alternative zu der kalten Luft auch das Aufsprühen von kaltem Wasser offenbart.The same applies to the procedure according to US 3,754,884 which, as an alternative to the cold air, also reveals the spraying of cold water.

Das PAJ – Abstract zu JP 2000 – 0631 37 A offenbart das eingangs bezeichnete Verfahren zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem Werkstoff entlang einer vorgegebenen Trennlinie durch Induzieren einer lokalen, über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes hinausgehend thermomechanischen Spannung mittels eines entlang der Trennlinie geführten Strahles in Verbindung mit einem mechanischen Anritz an der Werkstückkante, wobei der Strahl alleine durch den Strahl aus einem hochkalten fluiden Kältemedium gebildet wird, das entlang der Trennlinie auf das Werkstück auf mindestens einer seinen gegenüberliegenden Seiten aufgeblasen wird.The PAJ abstract too JP 2000-0631 37 A discloses the method described at the outset for cutting a workpiece made of brittle material along a predetermined dividing line by inducing a local thermomechanical stress beyond the breaking strength of the material by means of a beam guided along the dividing line in conjunction with a mechanical scoring on the edge of the workpiece, the jet being the only one is formed by the jet from a super cold fluid cooling medium which is inflated along the dividing line onto the workpiece on at least one of its opposite sides.

Dieses Prinzip des Schneidens von Werkstücken aus sprödbrüchigem Werkstoff beruht somit darauf, eine die Bruchfestigkeit des Werkstoffes übersteigende thermomechanische Spannung allein durch eine intensive Kühlung der Trennlinie zu induzieren. Prinzipbedingt kann dadurch kein Aufschmelzen des Werkstückes eintreten. Dabei wird der Schnitt durch reinen Sprödbruch im Werkstück vorangetrieben, wobei der Sprödbruch weitgehend splitterfrei erfolgt. Das Wesen dieses Verfahrens ist somit die direkte Erzeugung von Zugspannungen in der Risszone ohne vorherige lokale Aufheizung. Das Verfahren eignet sich daher auch bei Anwendungen, bei denen heiße Glasscheiben geschnitten werden sollen. Im vorgenannten Dokument sind zur Formung des Strahles aus dem hochkalten fluiden Kältemedium keine Hinweise enthalten.This principle of cutting workpieces made of brittle material is therefore based on a material that exceeds the breaking strength thermomechanical tension solely through intensive cooling of the To induce dividing line. Due to the principle, this cannot melt of the workpiece enter. The cut is made by brittle fracture in the workpiece advanced, the brittle fracture largely done without splinters. The essence of this procedure is thus the direct generation of tensile stresses in the crack zone without previous local heating. The method is therefore also suitable in applications where hot Glass panes are to be cut. In the aforementioned document are used to shape the jet from the extremely cold fluid cooling medium no clues included.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren so zu führen bzw. die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, dass hohe Schneideleistungen erzielbar sind.The invention has for its object that to carry out the methods described at the outset or the associated device to be trained so that high cutting performance can be achieved.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt verfahrensgemäß ausgehend von dem eingangsbezeichneten Verfahren erfindungsgemäß dadurch, dass der Strahl aus dem hochkalten fluiden Kältemedium so geformt ist, dass sich ein Kältefleck ergibt, der im wesentlichen symmetrisch zur Trennlinie liegt, und dessen Abmessungen senkrecht zur Schnittrichtung groß sind im Vergleich zu seinen Abmessungen in Schnittrichtung.This task is solved proceeding according to the procedure of the method described at the outset according to the invention in that that the jet from the extremely cold fluid refrigeration medium is shaped in such a way that a cold spot results, which is substantially symmetrical to the dividing line, and whose dimensions perpendicular to the cutting direction are large in Comparison to its dimensions in the cutting direction.

Vorrichtungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem Werkstoff entlang einer vorgegebenen Trennlinie, mit Mitteln zur Erzeugung eines entlang der Trennlinie geführten, thermisch auf das Werkstück einwirkenden, Strahles unter schnittfugenloser Induzierung einer thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes hinaus, und einem Mittel für einen mechanischen Anritz an der Werkstückkante, wobei die Mittel zur Erzeugung des Strahles durch eine Anblasvorrichtung, die mit einem, ein hochkaltes fluides Kältemedium enthaltenden Vorratsgefäß verbunden ist, gebildet sind, mittels derer ein Strahl aus hochkaltem, fluiden Kältemedium als ausschließlicher Schneidstrahl auf das Werkstück aufblasbar ist, erfindungsgemäß dadurch, dass die Anblasvorrichtung eine Austrittsdüse mit elliptischem Querschnitt aufweist, deren längere Halbachse quer zur Schnittrichtung liegt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Größe der aufgebauten thermomechanischen Spannung maßgebend von der Strahlformung beeinflusst wird. Mit der erfindungsgemäßen Strahlformung lassen sich hohe Werte der induzierten thermomechanischen Spannung und damit hohe Schneideleistungen erzeugen.According to the device, the task is solved starting from a device for cutting a workpiece brittle material along a predetermined dividing line, with means for generating one along the dividing line, thermally on the workpiece acting beam under induction-free induction of a thermomechanical tension up to the breaking strength of the material, and a means for one mechanical scoring on the workpiece edge, the means for Generation of the jet by a blowing device which a very cold fluid refrigeration medium containing reservoir connected is formed, by means of which a jet of extremely cold, fluid cold medium as an exclusive Cutting beam on the workpiece is inflatable, according to the invention, that the blowing device has an outlet nozzle with an elliptical cross section has, the longer Semi-axis is transverse to the cutting direction. The invention is based on recognizing that the size of the thermomechanical built Tension decisive is influenced by the beam shaping. With the beam shaping according to the invention high values of the induced thermomechanical tension and thus generate high cutting performance.

Um eine besonders hohe thermomechanische Spannung aufzubauen, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Verfahren so geführt, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem eingesetzten fluiden Kältemedium und dem Werkstück mindestens 200° C beträgt.To a particularly high thermomechanical Building tension is according to one Development of the invention performed the method so that the temperature difference at least between the fluid refrigerant used and the workpiece Is 200 ° C.

Eine derartig hohe Temperaturdifferenz lässt sich gemäß Ausgestaltungen der Erfindung mit Vorteil realisieren, wenn als fluides Kältemedium entweder direkt flüssiger Stickstoff oder Stickstoffgas, das aus flüssigem Stickstoff in die Gasphase überführt ist, verwendet wird.Such a high temperature difference let yourself according to configurations realize the invention with advantage when as a fluid refrigerant either directly more fluid Nitrogen or nitrogen gas which is converted from liquid nitrogen to the gas phase, is used.

Auch ein Schneidestrahl mit einem flüssigen und einem gasförmigen Kältemittel-Anteil ist möglich.Even a cutting beam with one liquid and a gaseous Refrigerant fraction is possible.

Vorzugsweise hat dabei der Kältefleck eine elliptische Konfiguration, mit der langen Halbachse quer zur Schnittrichtung. Hohe Schneideleistungen infolge eines hohen Wärmeüberganges lassen sich dabei erzielen, wenn ein Kältefleck mit einer Breite des 2- bis 4-fachen der Länge des Kältefleckes verwendet wird bzw. ein Kältefleck mit einer Länge des 5- bis 15-fachen der Werkstückdicke verwendet wird.The cold spot preferably has an elliptical configuration, with the long semiaxis across Cutting direction. High cutting performance due to high heat transfer can be achieved if a cold spot with a width of 2 to 4 times the length of the cold spot is used or a cold spot with a length 5 to 15 times the workpiece thickness is used.

Zur Erhöhung der Temperaturdifferenz und damit der induzierten thermomechanischen Spannung wird das Verfahren vorzugsweise so geführt, dass das Werkstück vor dem Schneiden eine Temperatur oberhalb Raumtemperatur besitzt.To increase the temperature difference and thus the induced thermomechanical stress becomes the process preferably performed in such a way that the workpiece has a temperature above room temperature before cutting.

Die höhere Temperatur kann durch nachträgliches Erwärmen des Werkstückes erreicht werden. Es ist aber auch möglich, die bei der Herstellung des Werkstückes auftretende Wärme auszunutzen, d.h. das Werkstück im herstellungsbedingten, heißen Zustand zu schneiden.The higher temperature can be achieved by subsequently heating the workpiece. However, it is also possible to utilize the heat that occurs during the production of the workpiece, ie the workpiece in the production-related, hot Zu stood to cut.

Auch vorrichtungsgemäß sind Ausgestaltungen der Erfindung möglich. Um einen hohen Wärmeübergang beim Schneiden mit dem Kältefleck zu erzielen, ist die Vorrichtung zweckmäßig so ausgestaltet, dass das Vorratsgefäß flüssigen Stickstoff enthält.Refinements are also in accordance with the device the invention possible. To ensure high heat transfer when cutting with the cold spot To achieve, the device is advantageously designed so that Liquid nitrogen storage vessel contains.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.Based on an embodiment shown in the drawing the invention becomes closer explained.

Es ist in einer perspektivischen Ansicht eine Glasscheibe 1 gezeigt, die längs einer Schnittlinie 2 durchtrennt werden soll. Auf der Oberseite der Glasscheibe 1 wird mittels einer Anblasvorrichtung 3, die mit einem ein Kältemittel enthaltenden Vorratsgefäß 6 verbunden ist, ein Kältefleck 4 erzeugt, der in Pfeilrichtung durch eine Vorschub-Relativbewegung zwischen Anblasvorrichtung 3 und Glasscheibe 1 entlang der Schnittlinie 2 bewegt wird und dabei einen durchgehenden Sprödbruch in der Glasscheibe erzeugt. Dabei kann die Glasscheibe 1 feststehen und die Anblasvorrichtung 3 in der durch den Pfeil gekennzeichneten Vorschubrichtung "V" bewegt werden, oder auch umgekehrt.It is a glass pane in a perspective view 1 shown along a cutting line 2 to be cut. On the top of the glass pane 1 is by means of a blowing device 3 with a storage container containing a refrigerant 6 is connected to a cold spot 4 generated in the direction of the arrow by a relative feed movement between the blowing device 3 and glass pane 1 along the cutting line 2 is moved and creates a continuous brittle fracture in the glass pane. The glass pane can 1 stand firm and the blower 3 are moved in the feed direction "V" indicated by the arrow, or vice versa.

Die Anblasvorrichtung 3, die typischerweise ein Gebläse und einen düsenförmigen Austritt 3a besitzt, ist im dargestellten Beispiel zum Anbläsen von in die gasförmige Phase überführten, im Vorratsbehälter 6 enthaltenen flüssigen Stickstoff 5 ausgebildet. Die Temperatur des aufgeblasenen Kältemediums beträgt dadurch -180° C. Durch das Anblasen werden Wärmeübergangskoeffizienten von mindestens 500 W/m²K erreicht. Die Anblasdüse 3a ist so geformt, daß die Abmessungen des Fleckes senkrecht zur Schnittrichtung größer sind im Vergleich zu seinen Abmessungen in Schnittrichtung, d. h., daß der Kältefleck 4 eine elliptische Gestalt hat, mit der längeren Halbachse quer zur Vorschubrichtung. Vorzugsweise entspricht die Gestalt des Kältefleckes 4 einer Ellipse mit einem Halbachsenverhältnis von 4 : 1.The blowing device 3 , which is typically a blower and a nozzle-shaped outlet 3a owns, is in the example shown for blowing in the gaseous phase, in the reservoir 6 contained liquid nitrogen 5 educated. The temperature of the inflated refrigerant is therefore -180 ° C. By blowing on, heat transfer coefficients of at least 500 W / m ² K are achieved. The blowing nozzle 3a is shaped so that the dimensions of the spot perpendicular to the cutting direction are larger compared to its dimensions in the cutting direction, ie that the cold spot 4 has an elliptical shape, with the longer semi-axis transverse to the feed direction. The shape of the cold spot preferably corresponds 4 an ellipse with a semi-axis ratio of 4: 1.

In Finite-Element-Berechnungen wurde eine Ellipse mit den Abmessungen 9,6 mm × 4,8 mm und ein 0,3 mm dickes Glas mit einer Vorschubgeschwindigkeit von ca. 1 m/min simuliert und gezeigt, daß das Glas geschnitten werden kann.In finite element calculations an ellipse measuring 9.6 mm × 4.8 mm and a 0.3 mm thick Glass simulated at a feed rate of approx. 1 m / min and shown that the glass can be cut.

Die Schnittgeschwindigkeit wurde dabei durch die Vorschubgeschwindigkeit der Anblasvorrichtung festgelegt.The cutting speed was determined by the feed speed of the blowing device.

Das Prinzip der Erfindung beruht somit darauf, daß mit dem Kältefleck durch Abschrecken thermomechanische Spannungen erzeugt werden, die einen Schnitt entlang der Trennlinie 2 ziehen. Der Schnitt geht von einem mechanischen Anritz 7 an der Scheibenkante aus, der zuvor in einem gesonderten Prozeßschritt erzeugt worden sein muß. Der Kältefleck 4 unterkühlt den Bereich, den er während seiner Bewegung überstreicht, hat entlang der Schnittlinie 2 die größte Wirkung und führt zu einer Kontraktion des Glases, wodurch hohe mechanische temporäre Zugspannungen im Bereich des Anritzes bzw. der simultan zur Abkühlspur verlaufenden Schnittlinie 2 erzeugt werden.The principle of the invention is therefore based on the fact that the cold spot is generated by quenching, creating thermomechanical stresses which make a cut along the dividing line 2 pull. The cut is based on a mechanical scoring 7 on the edge of the pane, which must have been previously created in a separate process step. The cold spot 4 hypothermic area that he sweeps during his movement has along the cutting line 2 the greatest effect and leads to a contraction of the glass, whereby high mechanical temporary tensile stresses are generated in the area of the scoring or the cutting line 2 running simultaneously with the cooling track.

Die Schnittgeschwindigkeit, die durch die Wärmeleitung des Glases begrenzt ist, liegt für 1,1 mm dickes Glas bei ca. 0,6 m/min.The cutting speed by the heat conduction of the glass is limited to 1.1 mm thick glass at approx. 0.6 m / min.

Generell läßt sich sagen, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem eingesetzten Kältemedium und dem Werkstück mindestens 200° C betragen sollte. Hierdurch wird eine Temperaturdifferenz von ca. 60° im Werkstück erzeugt. Die daraus resultierende thermomechanische Spannung hängt von dieser Temperaturdifferenz, der Höhe des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dem Elastizitätsmodul des Werkstoffes des zu schneidenden Werkstückes ab.Generally it can be said that the temperature difference between the refrigerant used and the workpiece at least 200 ° C should be. This results in a temperature difference of approx. 60 ° generated in the workpiece. The resulting thermomechanical stress depends on this temperature difference, the level of the thermal expansion coefficient and the modulus of elasticity of the Material of the workpiece to be cut.

Der Kältefleck 4 sollte generell, wie bereits erwähnt, eine Fläche haben, deren Abmessungen senkrecht zur Schnittrichtung (Breite) groß sind im Vergleich zu ihren Abmessungen in Schnittrichtung (Länge). Die Breite des Kühlflecks liegt vorzugshalber bei dem 5 – 15-fachen der Dicke des zu schneidenden Werkstückes, während die Länge des Kühlflecks ein Viertel bis die Hälfte der Breite betragen kann. Der genaue Wert hängt von den Werstoffeigenschaften des Werkstückes ab.The cold spot 4 should generally, as already mentioned, have an area whose dimensions perpendicular to the cutting direction (width) are large compared to their dimensions in the cutting direction (length). The width of the cooling spot is preferably 5 to 15 times the thickness of the workpiece to be cut, while the length of the cooling spot can be a quarter to half the width. The exact value depends on the material properties of the workpiece.

Eine durch einen vorgeschalteten Prozeß gegebene Vorheizung des Werkstoffes verbessert den Schneidprozeß infolge der höheren Temperaturdifferenz und kann die Schnittgeschwindigkeit erhöhen.One by an upstream Process given Preheating the material improves the cutting process as a result the higher Temperature difference and can increase the cutting speed.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur mit einem gasförmigen Kältemittel, z.B. mit in die gasförmige Phase überführtem flüssigen Stickstoff, sondern auch mit einem flüssigen Kältemittel, z.B. mit flüssigem Stickstoff, in Form eines gezielten Flüssigkeitsstrahles, angeblasen werden, wobei auch ein Strahl aus einer Mischung beider Phasen denkbar ist.The method according to the invention can not only with a gaseous Refrigerant e.g. with in the gaseous Phase transferred liquid nitrogen, but even with a liquid Refrigerant e.g. with liquid Blown in nitrogen in the form of a targeted liquid jet be, a beam from a mixture of both phases is also conceivable is.

Zur Beschreibung der Erfindung im Ausführungsbeispiel wird der Einfachheit halber von plattenartigen Werkstücken mit konstanter Dicke ausgegangen. Aus der Beschreibung der Erfindung wird aber klar, daß sich die Erfindung auch auf Werkstücke mit komplizierteren Formen anwenden läßt. Daher werden auch solche Werkstücke als in die Erfindung einbezogen betrachtet.To describe the invention in embodiment is used for the sake of simplicity of plate-like workpieces constant thickness. From the description of the invention but it becomes clear that the invention also on workpieces can be used with more complicated shapes. Therefore, there are also workpieces considered to be included in the invention.

Die Erfindung läßt sich nicht nur auf Materialien anwenden, die von Hause aus, d.h. bei Raumtemperatur sprödbrüchig sind, sondern sinngemäß auch auf an sich duktile Materialien, wie z.B. Metalle, falls diese erst während des Schneidprozesses durch die Kälteeinwirkung verspröden. Daher werden auch solche duktilen Materialien als in die Erfindung einbezogen betrachtet.The invention does not only apply to materials apply from home, i.e. are brittle at room temperature, but also analogously inherently ductile materials, such as Metals, if they are while the cutting process due to the effects of cold brittle. Therefore, such ductile materials are also considered in the invention considered included.

Claims (10)

Verfahren zum Schneiden eines Werkstückes aus sprödbrüchigem Werkstoff entlang einer vorgegebenen Trennlinie durch Induzieren einer lokalen, über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes hinausgehenden thermomechanischen Spannung mittels eines entlang der Trennlinie geführten Strahles, in Verbindung mit einem mechanischen Anritz an der Werkstückkante, wobei der Strahl allein durch den Strahl aus einem hochkalten fluiden Kältemedium gebildet wird, das entlang der Trennlinie auf das Werkstück auf mindestens einer seinen gegenüberliegenden Seiten aufgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl aus dem hochkalten fluiden Kältemedium so geformt ist, dass sich ein Kältefleck ergibt, der im wesentlichen symmetrisch zur Trennlinie liegt, und dessen Abmessungen senkrecht zur Schnittrichtung groß sind im Vergleich zu seinen Abmessungen in Schnittrichtung. Process for cutting a workpiece from brittle material along a predetermined dividing line by inducing a local thermomechanical stress beyond the breaking strength of the material by means of a beam guided along the dividing line, in connection with a mechanical scoring on the edge of the workpiece, the jet being passed solely through the jet is formed from a super-cold fluid refrigeration medium, which is inflated along the dividing line onto the workpiece on at least one of its opposite sides, characterized in that the jet from the super-cold fluid refrigeration medium is shaped such that a cold spot results which is essentially symmetrical to the Dividing line lies, and its dimensions perpendicular to the cutting direction are large compared to its dimensions in the cutting direction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem eingesetzten fluiden Kältemedium und dem Werkstück mindestens 200° C beträgt.A method according to claim 1, characterized in that the Temperature difference between the fluid refrigeration medium used and the workpiece at least 200 ° C is. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als fluides Kältemedium flüssiger Stickstoff verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that as fluid refrigerant liquid Nitrogen is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als fluides Kältemedium Stickstoffgas, das aus flüssigem Stickstoff in die Gasphase überführt ist, verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that as fluid refrigerant Nitrogen gas coming from liquid Nitrogen is converted into the gas phase, is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kältefleck mit einer Länge des 5- bis 15-fachen der Werkstückdicke verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the existence cold spot with a length 5 to 15 times the workpiece thickness is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kältefleck mit einer Breite des 2- bis 4-fachen der Länge des Kälteflecks verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the existence cold spot with a width of 2 to 4 times the length of the cold spot is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück auf nur einer Seite entlang der Schnittlinie mit einem Kältemittel beaufschlagt wird, und eine Durchwölbung der gegenüberliegenden Fläche mechanisch verhindert wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that that this workpiece on one side along the cutting line with a refrigerant is applied, and a bulging of the opposite area is prevented mechanically. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor dem Schneiden eine Temperatur oberhalb Raumtemperatur besitzt.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that that this workpiece has a temperature above room temperature before cutting. Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstückes (1) aus sprödbrüchigem Werkstoff entlang einer vorgegebenen Trennlinie (2), mit Mitteln zur Erzeugung eines entlang der Trennlinie (2) geführten, thermisch auf das Werkstück einwirkenden, Strahles (5) unter schnittfugenloser Induzierung einer thermomechanischen Spannung bis über die Bruchfestigkeit des Werkstoffes hinaus, und einem Mittel für einen mechanischen Anritz an der Werkstückkante, wobei die Mittel zur Erzeugung des Strahles durch eine Anblasvorrichtung (3), die mit einem, ein hochkaltes fluides Kältemedium enthaltenden Vorratsgefäß (6) verbunden ist, gebildet sind, mittels derer ein Strahl aus hochkaltem, fluiden Kältemedium als ausschließlicher Schneidestrahl (5) auf das Werkstück (1) aufblasbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anblasvorrichtung (3) eine Austrittsdüse (3a) mit elliptischem Querschnitt aufweist, derer längere Halbachse quer zur Schnittrichtung liegt.Device for cutting a workpiece ( 1 ) made of brittle material along a predetermined dividing line ( 2 ), with means for generating a along the dividing line ( 2 ) guided, thermally acting on the workpiece, beam ( 5 ) with no kerf induction of a thermomechanical tension beyond the breaking strength of the material, and a means for a mechanical scoring on the workpiece edge, the means for generating the jet by a blowing device ( 3 ) with a storage vessel containing a high-temperature fluid refrigerant ( 6 ) is formed, by means of which a jet of extremely cold, fluid cooling medium is used as the exclusive cutting jet ( 5 ) on the workpiece ( 1 ) is inflatable, characterized in that the blowing device ( 3 ) an outlet nozzle ( 3a ) with an elliptical cross-section, the longer semi-axis of which is transverse to the cutting direction. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß (6) flüssigen Stickstoff enthält.Apparatus according to claim 9, characterized in that the storage vessel ( 6 ) contains liquid nitrogen.