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DE69013047T2 - Verfahren zum Spalten einer Platte aus sprödem Werkstoff. - Google Patents

Verfahren zum Spalten einer Platte aus sprödem Werkstoff.

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DE69013047T2
DE69013047T2 DE69013047T DE69013047T DE69013047T2 DE 69013047 T2 DE69013047 T2 DE 69013047T2 DE 69013047 T DE69013047 T DE 69013047T DE 69013047 T DE69013047 T DE 69013047T DE 69013047 T2 DE69013047 T2 DE 69013047T2
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DE
Germany
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plate
crack
cutting line
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heat
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Jacob Nicolaas Prof Dekker
Ireneus Henricus Theo Fierkens
Peter Leendert Prof Holster
Gennip Theodorus Johannes Van
Maarten Harm Prof Zonneveld
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spalten einer Platte aus sprödem Werkstoff, in der eine Rißeinleitung in einer Seite einer Platte aus sprödem Werkstoff als Anfang für einen Riß angebracht ist, wonach eine Wärmebelastung entlang einer Wärmespur auf wenigstens eine Hauptfläche einer zu spaltenden Platte ausgeübt wird, wodurch in die Platte Spannungen erzeugt werden, die von der Rißeinleitung ausgehend einen Riß quer zur Hauptfläche längs der gewünschten Schnittlinie auslösen.
  • Ein Verfahren der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, ist aus DE-C- 28 13 302 bekannt. In diesem bekannten Verfahren wird eine Rißeinleitung in einer Seite einer Platte aus Flachglas angebracht und die Platte wird in einem von zwei aufeinanderfolgend angeordneten Gebieten symmetrisch zur gewünschten Schnittlinie erhitzt und in dem anderen dieser Gebiete gekühlt, wodurch infolge der Temperaturgradienten Wärmespannungen in der Platte erzeugt werden, die einen Riß ausgehend von der Rißeinleitung bewirken. Wenn die Platte symmetrisch gespalten wird, folgt der Riß der gewünschten Schnittlinie. Jedoch wenn die Platte asymmetrisch gespalten wird, weicht der Riß von der gewünschten Schnittlinie ab.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem eine Platte aus sprödem Material genau und schnell längs einer gewünschten Schnittlinie gespalten wird. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wärmebelastung in bezug auf die gewünschte asymmetrische Schnittlinie derart angebracht wird, daß die mechanischen Spannungen in der Platte nahe bei einem Rißansatz, die das Ergebnis der asymmetrischen Spaltung der Platte und der Wärmebelastungsspannungen sind, in bezug auf die gewünschte asymmetrische Schnittlinie symmetrisch sind, wenn der Rißansatz sich auf der gewünschten Schnittlinie befindet.
  • Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, längs einer geraden Linie und längs Umrisse ohne Abweichungen des Risses von der gewünschten Schnittlinie zu schneiden. Wenn eine Platte mit dem aus DE-C-28 13 302 bekannten Verfahren asymmetrisch gespalten wird, treten zwei Arten von Abweichungen auf: Lateralabweichungen, d.h. Abweichungen des Risses von der gewünschten Schnittlinie in einer Hauptfläche der Platte, und Rechteckigkeitsabweichungen, d.h. Abweichungen des Risses von einer Fläche, die von der gewünschten Schnittlinie ausgehen, und quer zu einer Hauptfläche der Platte. Die Ursache dieser Abweichungen ist mechanische Asymmetrie. Wenn eine Platte asymmetrisch gespalten wird, weist die Platte eine Verteilung in zwei Streifen mit verschiedenen Breiten auf. Beim Spalten hat das Material längs des Risses eine höhere Temperatur als das Umgebungsmaterial und die Wärmeausdehnung des Materials ist daher entlang des Risses größer als die des Umgebungsmaterials. Hierdurch verwerfen sich die Materialstreifen an beiden Seiten des Risses: Die Streifen biegen sich vom Riß weg. Jedoch verbiegt sich der schmale Streifen weiter als der breite Streifen, weil der letztgenannte Streifen mit einer größeren Menge des kalten Werkstoffs verbunden ist und also beim Wegbiegen vom Riß daran gehindert wird. Die Spannung im Werkstoff nahe beim Rißansatz in der Richtung des Risses ist hierdurch größer an der Seite des breiteren Streifens. Die Spannungsbedingung ist asymmetrisch. Schließlich wird eine Scherbelastung im Werkstoff direkt vor dem Rißansatz gebildet. Hierdurch ändert sich die Richtung des Risses nach dem schmaleren Streifen hin und der Riß verfolgt nicht länger die gewünschte Schnittlinie. Wenn die seitliche Abweichung des Risses größer wird, verringert sich die Scherbelastung dementsprechend, bis bei einer ausreichenden seitlichen Abweichung die Scherbelastung gleich Null wird und die Spannungsbedingung um den Rißansatz herum symmetrisch ist.
  • Der Wert der seitlichen Abweichung wird durch eine große Anzahl von Parametern bestimmt, z.B. thermische und mechanisch Eigenschaften des Werkstoffs, Leistung, Form und Abmessung der Wärmequelle sowie geometrische Parameter, z.B. Abmessungen der Platte und die Stelle des Risses in der Platte.
  • Die Rechteckigkeitsabweichungen werden beispielsweise erhalten, wenn die Wärmebelastung nur auf einer einzigen Hauptfläche der zu spaltenden Platte angebracht wird. Die erwärmte oder gekühlte Zone ist durch Diffusion größer auf der anderen Hauptfläche. Die seitliche Abweichung ist also auf den zwei Hauptflächen verschieden. Beide Abweichungen werden also durch den Unterschied in der Breite und damit in der Steifheit der Werkstoffstreifen an beiden Seiten des Risses verursacht, d.h. durch mechanische Asymmetrie. Diese Abweichungen treten sowohl bei geradlinigem Schneiden als auch bei Konturschneiden auf.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die thermische Belastung längs einer Wärmespur derart angebracht, daß die Spannungen im Werkstoff der Platte nahe beim Rißansatz symmetrisch sind, wenn der Rißansatz auf der gewünschten Schnittlinie liegt. Also treten keine seitlichen Abweichungen und Rechteckigkeitsabweichungen in bezug auf die gewünschte Schnittlinie auf. Die Platte wird längs der gewünschten Schnittlinie asymmetrisch gespalten. Mit diesem Verfahren ist es möglich, längs einer geraden Linie und längs Umrisse zu schneiden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine punktförmige Wärmequelle und die zu spaltende Platte gegeneinander verschoben, wobei eine Abweichung des Risses von der gewünschten Schnittlinie zurückgekoppelt und die relative Bewegung neueingestellt wird. Die Position des Rißansatzes wird während des Spaltvorgangs gemessen. Wenn die gemessene Position nicht auf der gewünschten Schnittlinie liegt, wird die punktförmige Wärmequelle gegen die zu spaltende Platte derart verschoben, daß der Riß die gewünschte Schnittlinie verfolgt. Abweichungen werden sofort korrigiert.
  • Die Position des Rißansatzes ist beispielsweise mechanisch, akustisch oder optisch meßbar. Bei mechanischer Messung verfolgt ein Abtaster mit einer scharfen Spitze beim Abtasten des Risses die Quelle. Abgesehen von den üblichen Nachteilen eines mechanischen Kontaktes ist ein großer Nachteil, daß nicht im Bereich der Rißansatzes gemessen werden kann, da die Spitze des Abtasters immer einen endlichen Radius hat, während die Rißöffnung im Bereich des Rißansatzes gleich Null ist. Der Abtaster muß sich daher in einemn bestimmten Abstand hinter dem Rißansatz bewegen. Dies verursacht Ungenauigkeiten im System, so daß dies auf Kosten der Genauigkeit geht, mit der hier eingestellt werden kann.
  • Akustisches Messen ist eine Alternative. Bekannt ist, daß in der Platte erzeugte akustische Wellen von einem Riß reflektiert werden. Die Position des Risses und des Rißansatzes können aus der Verbindung zwischen emittierten Wellen und reflektierten Wellen abgeleitet werden.
  • Das meist versprechende Verfahren besteht in der optischen Messung der Position des Rißansatzes. Dies kann derart ausgeführt werden, daß das Gebiet um den Rißansatz herum mit einer Videokamera aufgezeichnet wird, die die Bewegung der Quelle verfolgt. Selbstverständlich kann auch die Platte in bezug auf die Quelle und in bezug auf die Kamera verschoben werden. Die Beleuchtung und die Wellenlänge des zu verwendenden Lichts sind von dem zu schneidenden Material abhängig. Für ein Material wie Glas kann eine Kamera mit sichtbarem Licht verwendet werden, während die Beleuchtung durch die Glasplatte hindurch erfolgen kann, so daß die Kamera die Reflexionen am Riß "sieht". Im Gegensatz dazu ist Silizum nicht für sichtbares Licht, aber schon für infrarotes Licht transparent. Es können dabei eine Infrarotlichtquelle und eine Infrarotkamera verwendet werden. Mit einem Material, das nicht für jede Kamera ausreichend transparent ist, kann der Riß durch Reflexion des einfallenden Lichts gesehen werden. In diesem Fall wird es jedoch schwieriger sein, ein gutes Bild des Risses zu erhalten. Sobald ein Bild des sich erweiternden Risses erhalten ist, kann die Position des Rißansatzes mit Hilfe von Bildbearbeitungstechniken berechnet werden. Diese Information wird darauf zum Steuern der relativen Verschiebung rückgekoppelt. Der Fleck der punktförmigen Wärmequelle kann kreisförmig, oval oder länglich sein. Mit einem länglichen Fleck wird die Längsrichtung des Flecks parallel zur gewünschten Schnittlinie gewählt. Hierdurch wird das Material um den Rißansatz herum und in der Richtung der gewünschten Schnittlinie besser erwärmt.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden sowohl die relative Geschwindigkeit der punktförmigen Wärmequelle in bezug auf die Platte in der Richtung der gewünschten Schnittlinie als auch die relative Verschiebung der punktförmigen Wärmequelle in bezug auf die Platte senkrecht zur Richtung der gewünschten Schnittlinie durch Rückkopplung neu eingestellt. Durch diese Maßnahmen wird die relative Bewegung der punktförmigen Wärmequelle neu eingestellt. Die zwei Maßnahmen sind nicht voneinander abhängig. Eine Änderung in der relativen Geschwindigkeit beeinflußt die Position des Rißansatzes in der und quer zur gewünschten Richtung der Schnittlinie. Durch Erhöhen der relativen Geschwindigkeit wird die laterale Abweichung reduziert, und umgekehrt. Durch die relative Bewegung der punktförmigen Wärmequelle in bezug auf die Platte quer zur Richtung der gewünschten Schnittlinie ändert sich außerdem die Position des Rißansatzes in der Richtung der gewünschten Schnittlinie. Es ist also möglich, die Position des Rißansatzes durch Anpassen der Wärmeleistung der punktförmigen Wärmequelle zu korrigieren.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel dies erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmebelastung auf der Platte längs einer vorgegebenen Wärmespur angebracht, die nicht mit der gewünschten Schnittlinie zusammenfällt. Abgesehen von einer geringen stochastischen Änderung ist die laterale Abweichung ein Reproduktionsphänomen, d.h. das beim wiederholten Spalten identischer Platten die Abweichungen im wesentlichen gleich sind. Durch Anpassen der Wärmespur kann also die Spannung um den Rißansatz herum beeinflußt und die Lateralabweichung reduziert werden. Aus dem Blockpunkt der Einstelltechnik kann dies als positive Rückkopplung bezeichnet werden. Die genaue Form der Wärmespur kann durch Versuche oder durch Berechnungen bestimmt werden. Dieses Verfahren bietet große Vorteile, wenn große Anzahlen gleicher Platten auf derselben Weise gespalten werden.
  • In wieder einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine statische lineare Wärmequelle verwendet, deren Form der der Wärmespur entspricht. Die genaue Form der Linienquelle wird empirisch oder durch Berechnung bestimmt. Die Form der Linienquelle weist eine Krümmung nach dem breiten Streifen auf, so daß der breite Streifen wärmer wird und vom Riß über denselben Abstand wie der schmale Streifen wegbiegt. Die Spannung um den Rißansatz herum ist dann symmetrisch. Das Spalten von Platten mit einer linearen Wärmequelle erfolgt sehr schnell.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine punktförmige Wärmequelle verwendet, die längs der Wärmespur mit einer relativen Bewegung der Wärmequelle in bezug auf die Platte verschoben wird. Die Wärmespur, auf der die punktförmigie Wärmequelle verschoben wird, wird empirisch oder durch Berechnung vorbestimmt. Dies ist im Gegensatz zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, in dem die Wärmespur der punktförmigen Wärmequelle durch Rückkopplung bestimmt wird. Die Wärmespur bei Verwendung einer punktförmigen Wärmequelle weicht von der Wärmespur bei der Verwendung einer linearen Wärmequelle ab, weil die Wärmebelastung verschieden ist. Die Verwendung einer punktförmigen Wärmequelle ist insbesondere vorteilhaft beim Schneiden von Umrissen in die Platte.
  • In einem wieder anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Wärmequellen verwendet. Durch eine geeignete Kombination mehrerer Wärmequellen kann die Spannung um den Rißansatz herum symmetrisch gehalten werden. Mehrere Wärmequellen können beim Spalten einer Platte mit Rückkopplung und mit positiver Rückkopplung verwendet werden. Statt mehrerer Wärmequellen kann auch eine Kombination von Wärme- und Kältequellen verwendet werden. Eine Kältequelle wird als eine negative Wärmequelle betrachtet. Wenn die Wärmequellen einander nicht thermisch beeinflussen, wird die Gesamtwärmebelastung durch mehrere Wärmequellen mittels Überlagerung der Spannungsverteilungen durch die getrennten Quellen gefunden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem die Rißansatzposition mechanisch gemessen wird,
  • Fig. 2 schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem die Rißansatzposition optisch gemessen wird,
  • Fig. 3 die Anpassung der relativen Bewegung durch Rückkopplung bei geradlinigem Spalten,
  • Fig. 4 die Anpassung der relativen Bewegung durch Rückkopplung beim Konturspalten,
  • Fig. 5 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Voranpassung der Wärmespur beim geradlinigen Spalten,
  • Fig. 6 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Voranpassung der Wärmespur beim Konturspalten,
  • Fig. 7 die Anpassung der Wärmebelastung durch den Zusatz einer zusätzlichen Wärmequelle.
  • In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, mit dem die Position des Rißansatzes 1 mechanisch gemessen wird. Die Platte 3 und die punktförmige Wärmequelle 5 werden gegeneinander verschoben, wobei die Position des Rißansatzes 1 in bezug auf die gewünschte Schnittlinie 7 von einem Abtaster 9 mit einer scharfen Spitze 11 gemessen wird und Abweichungen rückgekoppelt und die relative Bewegung neueingestellt werden.
  • In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, mit dem die Position des Rißansatzes 1 optisch gemessen wird. Die Bauelemente entsprechend Fig. 1 werden mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die punktförmige Wärmequelle 5 wird über die Platte 3 verschoben. Statt des Abtasters wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Videokamera 13 verwendet, die die Bewegung der Quelle verfolgt und das Gebiet 15 um den Rißansatz 1 herum aufzeichnet. Wenn das Bild des sich erweiternden Risses 17 erhalten ist, läßt sich die Position des Rißansatzes 1 in bezug auf die gewünschte Schnittlinie 7 mit Hilfe von Bildbearbeitungstechniken berechnen. Diese Information wird zur Steuerung der Position und der Geschwindigkeit der Wärmequelle 5 in bezug auf die Platte 3 rückgekoppelt.
  • In Fig. 3 ist schematisch die Anpassung der relativen Bewegung der punktförmigen Wärmequelle in bezug auf die Platte 3 beim geradlinigen Spalten dargestellt. In Fig. 3 sind ein kreisförmiger Fleck 19 und das Bildfeld 21 der Kamera dargestellt. Die gewünschte Schnittlinie 7 erstreckt sich parallel zur X-Achse. Die Position des Bildfeldes 21 wird so eingestellt, daß die Mitte H mit der gewünschten Schnittlinie 7 zusammenfällt. Die nicht dargestellte Kamera und der Fleck 19 werden in der X-Richtung in einem relativen Abstand C festgesetzt. Der Fleck 19 kann in der Y- Richtung jedoch frei verschoben werden. (Bei der Verwendung eines Lasers als Wärmequelle kann dies beispielsweise mit Hilfe eines Spiegels oder einer um die X- Achse rotierenden Linse ausgeführt werden.) Die Platte 3 wird in der negativen X- Richtung verschoben. Das Spaltverfahren und die Kamera werden als ein Verfahren mit "schwarzer Dose" mit zwei Parametern am Eingang betrachtet: Die y-Position yb des Flecks 18 und die Geschwindigkeit V, und mit zwei Parametern am Ausgang: Die x- und y-Positionen xs und ys des Rißansatzes 1 in bezug auf die Mitte H des Kamerabildfeldes 21. Der y-Wert ys ist gleich der Abweichung Δy des Risses 17 in bezug auf die Schnittlinie 7; er wird mit dem gewünschten Wert von Δy verglichen, Δy = 0. Der Unterschied wird über einen Regler nach die y-Position yb des Flecks 19 rückgekoppelt: Wenn Δy > 0 ist, wird die y-Position yb verkleinert, und umgekehrt. Der x-Wert xs der Position des Rißansatzes 1 wird zum Einstellen der Geschwindigkeit V benutzt. Faktisch muß vermieden werden, daß der Rißansatz 1 sich aus dem Bildfeld 21 der Kamera herausbewegt. Der gewünschte Wert von xs wird beispielsweise auf Null gesetzt, so daß die gewünschte Position des Rißansatzes 1 mit der Mitte H des Bildfeldes 21 der Kamera zusammenfällt. Wenn xs positiv ist, wird die Geschwindigkeit V erhöht und bei einem negativen xs-Wert verringert. Diese Einstellung kann weggelassen werden, wenn die Position des Rißansatzes 1 in bezug auf die punktförmige Wärmequelle 19 sich im wesentlichen nicht längs der ganzen Schnittlinie 7 ändert. Die Geschwindigkeit V kann dabei längs des ganzen Risses konstant gehalten werden.
  • Die beiden Einstellungen sind nicht voneinander unabhängig. Eine Änderung der Geschwindigkeit V beeinflußt nicht nur die x-Position xs, sondern auch die y-Position ys des Rißansatzes 1. Beim Erhöhen der Geschwindigkeit V sinkt die laterale Abweichung Δy ab. Wenn sich die y-Position yb des Flecks 19 ändert, ändert sich außerdem nicht nur die y-Position ys des Rißansatzes 1, sondern auch die x- Position xs. Diese Kreuzverbindung ist beim Entwurf der Regler zu berücksichtigen.
  • In Fig. 4 ist schematisch die Anpassung der relativen Bewegung durch Rückkopplung bei Konturspalten dargestellt. Beim Konturspalten kann der Rißansatz 1 grundsätzlich alle Positionen in bezug auf die Wärmestelle 19 einnehmen. Das anhand der Fig. 3 beschriebene Verfahren kann hier nicht angewandt werden. Eine Lösung zum Vermeiden, daß der Rißansatz 1 sich aus dem Bildfeld 21 der Kamera herausbewegt, ist in Fig. 4 dargestellt. Die gewünschte Position des Rißansatzes 1 fällt mit der Mitte H des Bildfeldes 21 zusammen. Die Mitte H des Bildfeldes 21 bewegt sich längs der gewünschten Schnittlinie 7. Von der gewünschten Schnittlinie 7, also von der Orientierung eines örtlichen Koordinatensystems wird bestimmt, daß sein Ursprung die Mitte H des Bildfeldes 21 derart ist, daß die x-Achse an der gewünschten Schnittlinie 7 tangiert. Die Position des Rißansatzes 1 wird in bezug auf dieses örtliche Koordinatensystem bestimmt. Der Fleck 19 kann jetzt keine Translationsbewegung in bezug auf die Kamera wie in Fig. 3, sondern eine Drehbewegung um die Mitte H des Bildfeldes 21 ausführen. Die y-Position ys des Rißansatzes 1 wird jetzt zum Einstellen der Position des Flecks 19 in bezug auf die Mitte H des Bildfeldes 21 verwendet. Wenn ys positiv ist, dreht sich der Fleck 19 im Uhrzeigersinn, während bei einem negativen ys-Wert der Fleck 19 sich im Gegenuhrzeigersinn dreht. Die x-Position xs wird zum Einstellen der Tangentialgeschwindigkeit verwendet.
  • Theoretisch ist es möglich, daß auf diese Weise die seitliche Abweichung nicht ganz auf Null gestellt wird, da die seitliche Abweichung der Wärmestelle 19 einen Höchstwert bekommt. Faktisch ist diese letzte gleich dem Abstand C zwischen der Bildmitte H und der Wärmestelle 19. Sie wird erhalten, wenn ein Winkel ∅ gleich 90º ist. Es kann erforderlich sein, eine zusätzliche Bewegungsfreiheit der Wärmestelle 19 in bezug auf das Kamerabild 21 hinzuzufügen, beispielsweise eine ganz freie Bewegung der Wärmestelle 19 in den X- und Y-Richtungen oder eine der Drehbewegung überlagerte Tangentialtranslation. Jedoch wird dies in den meisten Fällen nicht erforderlich sein. Vielleicht sind andere Positionierungen und Bewegungen des Bildfeldes in bezug auf die Wärmestelle möglich. Sie entstehen alle aus demselben Prinzip der Spurkorrektur mittels Rückkopplung. Selbstverständlich kann dieser Grundsatz zum Konturenschneiden auch für geradliniges Schneiden verwendet werden.
  • In Fig. 5 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Voranpassung der Wärmespur 23 bei geradlinigem Spalten dargestellt. Eine Platte 3 wird längs einer gewünschten Schnittlinie 7 durch Anpassung der Wärmespur 23 asymmetrisch gespaltet. Die Wärmespur 23 wird empirisch oder durch Berechnungen bestimmt. Die Form der Spur 23 ist von der gewählten Wärmequelle abhängig: Eine Punktquelle oder eine Linienquelle.
  • In Fig. 6 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Voranpassung der Wärmespur 23 beim Konturspalten dargestellt. Auch in diesem Fall ist die Wärmespur 23 von der gewahlten Wärmequelle abhängig. Die Wärmespur 23 fällt nicht mit der gewünschten Schnittlinie 7 zusammen.
  • Diese beiden Ausführungsbeispiele basieren auf dem Prinzip der Spurkorrektur mittels positiver Rückkopplung. Sowohl beim Prinzip der positiven Rückkopplung als auch beim Prinzip der Rückkopplung wird die Spannung um den Rißansatz herum symmetrisch gemacht, so daß der Riß die gewünschte Schnittlinie 7 verfolgt.
  • In Fig. 7 ist die Anpassung der Wärmebelastung durch den Zusatz einer zusätzlichen Wärmequelle dargestellt. Eine Platte 3 wird längs einer geraden Linie asymmetrisch thermisch gespalten. Auf übliche Weise wird die gewünschte Schnittlinie 7 mittels einer linearen Wärmequelle 25 erwärmt, aber in diesem Fall wird weiter auf den schmalen Streifen 31 mittels einer anderen linearen Quelle 27 eine ungleichmäßige Wärmebelastung ausgeübt. Die Spannungsverteilung 33 kann jetzt aus der Überlagerung der Spannungsverteilungen 35 und 37 durch beide getrennte Quellen 25 und 27 gefunden werden. Die Zusatzquelle 27 gewährleistet, daß die Spannung an der oberen Seite des Risses 17 größer wird. Bei geeigneter Bemessung ist die Spannungsverteilung 33 genau gleich an beiden Seiten des Risses 17 und es entsteht keine Scherbelastung.
  • Verschiedene Werkstoffarten können mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens gespalten werden. Das Material soll jedoch spröde sein, wie z.B. Glas oder Silizium. Ein großer Vorteil dabei ist, daß beim Spalten keine Splitter und Späne gebildet werden, die die Oberflächen der schmalen und breiten Streifen beschädigen können. Als Rißeinleitung kann ein angebrachter Kratzer oder eine Ungleichheit in der Seitenwand des Materials verwendet werden. Eine Hauptfläche der zu spaltenden Platte kann sowohl planar als auch gebogen sein.

Claims (7)

1. Verfahren zum asymmetrischen Spalten einer Platte (3) aus sprödem Werkstoff längs einer gewünschten Schnittlinie, in der eine Rißeinleitung in einer Seite einer Platte aus sprödem Werkstoff als Rißansatz angebracht ist, wonach eine Wärmebelastung längs einer Wärmespur auf wenigstens einer Hauptfläche einer zu spaltenden Platte angebracht ist, wodurch Spannungen in der Platte erzeugt werden, die von der Rißeinleitung ausgehend einen Riß quer zur Hauptfläche entlang der gewünschten Schnittlinie (7) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daßdie Wärmebelastung in bezug auf die gewünschte asymmetrische Schnittlinie (7) derart asymmetrisch angebracht wird, daßdie mechanischen Spannungen nahe bei einem Rißansatz (1), die das Ergebnis der asymmetrischen Spaltung der Platte und der Wärmebelastungsspannungen sind, in bezug auf die gewünschte asymmetrische Schnittlinie (7) symmetrisch sind, wenn der Rißansatz sich auf der gewünschten Schnittlinie befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Belastung mit einer punktförmigen Wärmequelle angebracht wird, und daß die punktförmige Wärmequelle und die zu spaltende Platte gegeneinander verschoben werden, wobei eine Abweichung des Risses von der gewünschten Schnittlinie durch Messung der Position des Rißansatzes beim Spalten zum Steuern der Position und der Geschwindigkeit der Wärmequelle (5) in bezug auf die Platte (3) und zum Neueinstellen der relativen Bewegung der Wärmequelle und der Platte rückgekoppelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die relative Geschwindigkeit der punktförmigen Wärmequelle in bezug auf die Platte in der Richtung der gewünschten Schnittlinie und die relative Verschiebung der punktförmigen Wärmequelle in bezug auf die Platte quer zur Richtung der gewünschten Schnittlinie durch Rückkopplung neu eingestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebelastung auf der Platte längs einer vorgegebenen Wärmespur angebracht wird, die nicht mit der gewünschten Schnittlinie zusammenfällt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine statische lineare Wärmequelle verwendet wird, deren Form der der Wärmespur entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine punktförmige Wärmequelle verwendet wird, die entlang der Wärmespur durch eine relative Bewegung der Wärmequelle in bezug auf die Platte verschoben wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, daurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmequellen verwendet werden.
DE69013047T 1989-05-08 1990-05-02 Verfahren zum Spalten einer Platte aus sprödem Werkstoff. Expired - Fee Related DE69013047T2 (de)

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