CN113613826A - 用于在玻璃堆叠中产生开口的方法 - Google Patents

Abstract

用于在水平支承的玻璃片材堆叠(1)中通过激光加工产生开口(6)的方法，其中，玻璃片材堆叠(1)包括上部的玻璃片材(3)和下部的玻璃片材(4)，开口(6)穿过玻璃片材堆叠(1)的总厚度，并且玻璃片材堆叠(1)具有至少2.5mm的厚度，其中，所述方法包括：a)将激光(10)从玻璃片材堆叠(1)上方穿过玻璃片材堆叠(1)的厚度聚焦到下部的平面上，b)使激光(10)沿着切割线(L)重复地运动，其中，激光(10)的焦点在每个重复中处于布置在更上面的平面中，c)在露出开口(6)的情况下将通过切割线(L)限界的玻璃块(7.1,7.2)从下部的玻璃片材(4)和上部的玻璃片材(3)中移除。

Description

用于在玻璃堆叠中产生开口的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过激光加工在玻璃片材堆叠中产生开口的方法，一种用于制造复合玻璃片材的方法和利用所述方法制造复合玻璃片材的应用。

背景技术

现代的玻璃装置配备有大量可电控制的附装部件、如传感器、探测器、接收或照明单元。作为这种附装部件的示例尤其是在汽车领域中可列举出摄像头系统、下雨传感器、天线和装饰性或功能性的照明元件。随着各种辅助系统(ADAS，高级驾驶辅助系统)越来越受欢迎，在机动车中可电控制的附装部件的数量也升高。所述可电控制的附装部件由于其相对于天气影响的敏感性而必须被保护并且通常在机动车的挡风片材之后安放在乘客舱中。这些辅助系统中的一些需要安置在片材中的开口中，以便避免在光学上受到处于其前方的玻璃的妨碍。在由多个单个的玻璃片材组成的复合片材的情况下，需要使所有玻璃片材中的开口处于完全相同的位置处。否则产生干扰的棱边，所述干扰的棱边阻碍了辅助系统或相应的壳体的安置和精准定位或使其变得困难。

在US20070111481 A1中描述了一种半导体工业领域中的用于切割硅晶片的激光分离方法。开口在玻璃片材堆叠中的产生并不是主题。

在WO2018085284中公开了一种用于切割玻璃片材层压板的方法，在所述方法中能够加工经层压的片材的边缘。

在WO2019105855中公开了一种用于制造带有电的附装部件的复合玻璃片材的方法，其中，并没有处理贯通的开口在复合玻璃片材的两个单个的玻璃片材中精准定位的问题。

因此，存在对用于在两个玻璃片材中在精准相同的位置处产生开口的方法的需求。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于在多个玻璃片材中在严格相同的位置处产生贯通的开口的方法。所述方法尤其是也应能够应用于三维地弯曲的玻璃片材。此外，本发明的任务是提供一种用于制造带有贯通的开口的复合玻璃片材的方法。

本发明的任务根据本发明通过一种根据权利要求1所述的用于在玻璃片材堆叠中产生开口的方法解决。一种用于制造复合玻璃片材的方法及其应用由另外的独立权利要求得出。优选的实施方案由从属权利要求得出。

所述方法涉及通过激光加工在水平支承的玻璃片材堆叠中产生开口。玻璃片材堆叠包括上部的玻璃片材和下部的玻璃片材。术语“上部”和“下部”在此涉及在玻璃片材堆叠中的位置。上部的玻璃片材和下部的玻璃片材面状地堆叠。这意味着，玻璃片材松弛地上下叠置，而在它们之间不存在通过例如粘接质量或膜层实现的固定连接。开口穿过玻璃片材堆叠的总厚度，并且因此穿过上部的玻璃片材并穿过下部的玻璃片材。玻璃片材堆叠具有至少2.5mm的厚度。

所述方法包括以下步骤：

a)将激光从玻璃片材堆叠上方穿过玻璃片材堆叠的厚度聚焦到下部的平面上，

b)使激光沿着切割线L重复地运动，其中，激光的焦点在每个重复中处于布置在更上面的平面中，

c)在露出开口的情况下将通过切割线限界的玻璃块从下部的玻璃片材和上部的玻璃片材中移除。

由于激光从玻璃片材堆叠上方穿过两个玻璃片材首先聚焦到下部的平面上并且然后聚焦到布置在更上面的平面上，则能够利用激光加工厚度超过2.5mm的玻璃片材堆叠并且产生贯通的开口。从下向上在多个平面中的加工具有以下优点，未经加工的玻璃在上部的平面中是透明的，并且激光能够穿过所述未经加工的平面聚焦到处于其下方的平面上。在通过激光加工之后，玻璃在相关部位处失去透明性并且由此对于激光不再是可穿透的。由此，可实现利用激光在两个玻璃片材中产生开口，这相比于传统的机械方法引起棱边的改善的品质。此外，利用激光进行的加工即使在开口彼此间隔小的情况下、如在小于5mm的间隔下也实现任意几何结构的开口。

水平支承是指，所述堆叠如此支承，使得该堆叠以其下表面靠置在台桌或类似的底座上并且不立在其棱边之一上。玻璃片材的表面的平面在此基本上平行于地面定向或相对于地面成小于45°的角度定向。所述地面在此是所述方法执行所处的周围环境的地面、即例如工厂车间的地面。下部的玻璃片材比上部的玻璃片材更靠近台桌或底座。

优选地，玻璃片材堆叠由正好一个下部的玻璃片材和一个上部的玻璃片材组成。备选地，玻璃片材堆叠也能够包括三个或更多个玻璃片材。在正好两个玻璃片材的情况下玻璃片材堆叠具有一个带有第一表面(I)和第二表面(II)的上部的玻璃片材以及一个带有第三表面(III)和第四表面(IV)的下部的玻璃片材。第一表面在此是玻璃片材堆叠的上表面并且是露出的。第四表面是玻璃片材堆叠的下表面并且同样是露出的。在所述方法期间，第四表面例如靠置在台桌或支架上。上部的玻璃片材的第二表面指向下部的玻璃片材的第三表面，并且因此处于玻璃片材堆叠内。玻璃片材堆叠的厚度相应于各单个的玻璃片材的厚度之和。

玻璃片材堆叠的所有玻璃片材优选彼此全等地布置。由此，在所有玻璃片材中在精准相同的位置处产生开口，并且在后期的层压步骤中产生唯一的贯通的无梯级的开口。优选地，玻璃片材中的至少一个玻璃片材三维地弯曲。在两个玻璃片材的情况下，上部的玻璃片材和/或下部的玻璃片材三维地弯曲。激光加工实现在三维地弯曲的玻璃片材中产生开口。尤其是，与三维地弯曲的片材相关联地难以使孔在两个片材中完全在相同部位处定位。因此，根据本发明的方法在这种情况下提供了特别的优点，因为由于在开口产生期间各玻璃片材布置成一个堆叠，开口在没有不期望的错位的情况下在堆叠的总厚度上延伸。

在一种优选的实施方式中，上部的玻璃片材以其第二表面靠置在下部的玻璃片材的第三表面上，其中，优选在第二表面与第三表面之间布置有分隔剂。适合的分隔剂对于本领域技术人员是已知的。这能够例如是基于聚合物的粉末状的分隔剂，所述分隔剂通常用于玻璃的运输和存放。分隔剂防止各片材彼此粘附并且实现在所述方法结束之后玻璃片材的无破坏的分离。

在一种优选的实施方式中，玻璃片材堆叠的厚度处于2.5mm与15mm之间、优选处于2.6mm与10mm之间，特别优选处于2.7mm与6mm之间。在所述厚度范围内，所述方法提供特别好的结果。玻璃片材堆叠的厚度在没有可能存在的分隔剂的情况下由各单个的玻璃片材的厚度之和确定。

开口的面积优选小于225cm²、特别优选小于25cm²、尤其是小于10cm²。这样小的空隙实现附装部件的视觉上特别不显眼的集成。

在一种有利的实施方式中，开口的轮廓具有小于2mm的曲率半径。在另一种有利的设计方案中，不同开口的间距小于5mm。这种值利用机械断裂方法是无法达到的。

玻璃片材能够是部分预紧或不预紧的。

在一种优选的实施方式中，通过切割线L限界的玻璃块的移除通过将真空施加到玻璃块上来实现。优选地，在此首先将被称为下部的玻璃块的下部的玻璃片材的玻璃块移除。这优选通过在玻璃片材堆叠的下表面上施加真空来实现。接着，将上部的玻璃块从上部的玻璃片材中移除。这优选同样通过从玻璃片材堆叠下方施加真空来实现。这具有以下优点，同一设备能够被用于两个玻璃块。备选地，上部的玻璃块的移除优选通过将真空施加到玻璃片材堆叠的上表面上来实现。这具有以下优点，上部的玻璃块在通过开口移除时不会损伤下部的玻璃片材区域中的开口的内棱边。此外，上部的玻璃块的移除能够与下部的玻璃块的移除在时间上重叠地进行，这又意味着在工艺内的时间节省。

在根据本发明的方法的一种优选的实施方式中，通过激光分离在使用脉冲的激光、优选脉冲的纳秒激光的情况下产生开口。在此，工件和激光相对于彼此如此运动，使得多个彼此相继的脉冲打在工件上，并且使工件的材料熔化和蒸发。

激光射束在分离时穿透要加工的片材。因此，优选选择激光辐射的如下波长，在所述波长的情况下玻璃片材基本上是透明的。玻璃片材在所使用的激光波长的情况下优选具有至少80%、特别优选至少90%的透射度。对于常见的玻璃片材能够使用在可视范围内、在近UV范围内或在IR范围内的激光，例如在300nm至2500nm、优选300nm至1100nm、特别优选300nm至800nm范围内的激光。在一种特别有利的实施方案中，激光具有400nm至600nm、优选500nm至550nm、例如532nm的波长。这一方面在常见的玻璃片材的透明性方面是有利的并且另一方面在适合的且成本有利的激光系统的商业可获取性方面是有利的。激光射束优选通过带有品质切换(调Q)的固体激光器、特别优选通过Nd：YAG激光器产生。

优选地，在激光分离时首先使激光穿过整个玻璃堆叠的厚度聚焦到玻璃片材堆叠的下表面上，并且继续进行激光加工，直至激光聚焦到玻璃片材堆叠的上表面上。由此，获得能特别容易脱离的玻璃块，这引起开口的特别好地限定的内棱边。

优选地，在激光分离时沿竖直方向、也就是说垂直于玻璃片材堆叠的水平平面在两个彼此相继的平面之间的间距处于20µm与50µm之间，优选处于25µm与30µm之间。由此，实现沿着切割线L的特别好的分离，这又引起开口的良好限定的内棱边。

激光射束的重复率(脉冲频率)在分离时优选为10kHz至1MHz、特别优选为20kHz至500kHz，优选为至多100kHz、例如为25kHz或100kHz。由此，实现好的结果。但原则上，也能够使用明显较高的脉冲频率，例如直至100MHz的脉冲频率。

用于产生激光射束的激光器的功率在分离时优选为5W至200W、特别优选为20W至100W。脉冲能量优选为40µJ至4000µJ、特别优选为80µJ至1200µJ。

激光沿着切割线(贯通开口的轮廓)的运动速度优选为500mm/s至5000mm/s、优选为1000mm/s至4500mm/s。

激光射束优选借助于光学元件或系统聚焦到玻璃表面上。焦点垂直于辐射方向的延展能够小于或等于50µm，优选小于或等于30µm，例如为10µm亦或更小。

在一种优选的实施方式中，通过激光分离执行激光加工，并且开口的内棱边K倾斜。这意味着，在玻璃片材堆叠的上表面区域中的内棱边的上限界部Ko相比于在玻璃片材堆叠的下表面区域中的内棱边的下限界部Ku朝着开口内部的方向错开了100µm至500µm、优选错开了150µm至350µm。开口在此在玻璃片材堆叠的下表面的区域中大于在玻璃片材堆叠的上表面的区域中。这具有以下优点，下部的玻璃块和上部的玻璃块在重力的作用下从开口中掉落出。这能够通过施加真空支持。在此，实现开口的内棱边的有利的倾斜，这也能够用于固定之后的附装部件。

在一种优选的实施方式中，通过激光分离执行激光加工，并且开口完全布置在玻璃片材堆叠的面内。也就是说，所述开口具有孔的形状并且穿过堆叠的所有片材。开口/孔的横截面能够具有任意几何形状，如圆形、椭圆形、多边形、长方形、梯形或正方形。与激光分离相关联地，所述设计方案是特别有利的，因为在开口区域中仅出现小的应力，所述应力在选择其他带入热应力的方法中可导致周围的玻璃受损。

在另一种优选的实施方式中，通过激光分离执行激光加工，并且开口在片材边缘处以侧向凹部形式实施。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，利用第一激光和第二激光执行激光加工。在此，步骤(a)和(b)利用脉冲长度小于100ps的脉冲的第一激光执行以用于产生丝，其中，在步骤(c)中第二激光在连续波运行中以1µm至20µm的波长沿着切割线L运动以用于加热玻璃片材。优选地，在步骤(c)中，沿着切割线冷却玻璃片材堆叠。备选地，优选沿着切割线L不冷却玻璃片材堆叠。这简化了所述方法和所需的设备。所述方法的优点在于，切割能够在没有机械加工步骤(如通过机械压力来断裂)的情况下执行。在此，玻璃块的移除也能够通过施加真空来支持。所述方法也良好地适合用于自动化加工。冷却在玻璃中产生应力，从而玻璃块的脱出特别好地起作用。由于为了使玻璃断裂不必利用适合的工具施加机械压力，因此能够实现开口的非常小的曲率半径。已表明的是，低于2mm的曲率半径能够无问题地制造，这在机械断裂的情况下是无法可靠实现的。也能够实现带有仅小的彼此间距的多个开口。

在根据本发明的方法中，首先利用脉冲的激光在玻璃片材中产生内部的材料变化。这种材料变化作为所谓的丝是公知的。单个的丝沿着切割线排列并且优选彼此间隔开。这与丝产生的机制有关，本发明人从以下出发，即，由于非线性的克尔效应出现激光射束的自聚焦，由此实现较高的功率密度。通过这种高的功率密度，所述丝由于多光子离子化、场离子化和电子冲击离子化而产生。由此产生的电子等离子体又导致散焦作为对于自聚焦的平衡。在激光辐射穿过玻璃层以产生丝时聚焦和散焦的相互作用导致，每个丝结构具有一排交替的聚焦的部位和散焦的部位，聚焦的部位和散焦的部位沿着激光射束的辐射方向延伸，优选垂直于玻璃层的表面延伸。对于所设想的机制的更详细的讨论，参考US2013/0126573A1，尤其是第[0043]至[0048]段。

通过第一激光产生的材料变化尤其是包括局部的密度提高的区域，所述局部的密度提高的区域通过激光辐射的所描述的自聚焦产生。

第一激光沿着期望的切割线运动。在此，第一激光沿着切割线产生材料弱化部，该材料弱化部形成针对进一步加工的理论断裂部位。优选地，在此玻璃片材堆叠的上表面和玻璃片材堆叠的下表面未受损伤，即未设有刮痕、刻痕或类似物。第一激光优选不导致在上部的表面和下部的表面处的材料去除。取而代之，激光产生在玻璃片材内部沿着切割线的挨着彼此的一排微结构的材料变化，所谓的“丝”。这些丝中的每个丝由一排激光脉冲产生。通过适当控制激光辐射，在激光沿着切割线运动期间在适合的、通常周期性的间隔下将这样的多排激光脉冲输出到玻璃层上。这样的一排激光脉冲通常也被称为脉冲列(pulsetrain(脉冲序列))或脉冲串。每个脉冲列在玻璃层中产生一个丝。由此，沿着剖切线构造挨着彼此的一排丝，其中，相邻的丝彼此具有间距。用于产生这种间隔开的脉冲列的方法对于本领域技术人员而言是已知的，例如借助于所谓的短促脉冲串发生器(Burst Generator)。通过脉冲的激光辐射的运动，沿着切割线产生这种彼此间隔开的丝的轨迹，由此产生理论断裂线。玻璃片材通过丝在一定程度上被穿孔。材料变化能够视作局部密度提高部，随之而来有不同折射率。

在一种优选的实施方案中，第一激光的焦点首先定位在玻璃片材堆叠的下表面与玻璃片材堆叠的上表面之间的下部的平面中，然后该第一激光沿着切割线运动。接着使第一激光的焦点定位在上表面与下部的平面之间的上部的平面中，并且然后沿着切割线运动。各单个的平面不必定位在玻璃片材的厚度的中心。优选地，激光的焦点平面分别各一次位于玻璃片材堆叠的每个玻璃片材中。由此，实现下部的的玻璃块和上部的玻璃块的特别好的分离。

在一种有利的实施方案中，第一激光是脉冲长度小于10ps、优选小于1ps、特别优选小于500fs的脉冲的激光。这样短的脉冲在辐射的自聚焦方面是特别有利的。

由于对于内部材料变化的产生而言利用激光辐射穿透玻璃片材是重要的，因此优选选择激光辐射的如下波长，在所述波长的情况下玻璃片材基本上是透明的。玻璃片材在所使用的激光波长的情况下优选具有至少80%、特别优选至少90%的透射度。对于常见的玻璃片材能够使用在可视范围内、在近UV范围内或在IR范围内的激光，例如在300nm至2500nm、优选300nm至1200nm、特别优选350nm至1100nm范围内的激光，例如1064nm的激光。这一方面在常见的玻璃片材的透明性方面是有利的并且另一方面在适合的且成本有利的激光系统的商业可获取性方面是有利的。第一激光射束优选通过带有品质切换(调Q)的固体激光器产生。

第一激光的重复率(脉冲频率)优选为10kHz至1MHz、特别优选为20kHz至500kHz、例如为25kHz或100kHz。由此，实现好的结果。但原则上，也能够使用明显较高的脉冲频率，例如直至100MHz的脉冲频率。

第一激光的功率优选为5W至200W、特别优选为20W至100W。脉冲能量优选为4µJ至500µJ。

通过选择脉冲频率和功率能够影响，所述丝延伸至哪个材料深度。优选地，从玻璃层的、激光辐射穿入到玻璃层中所经由的表面出发，所述丝应在玻璃层的厚度的至少40%、特别优选至少50%、完全特别优选至少60%上延伸。则理论断裂部位有利地突显并且接着的材料分离是高效的。

优选地，在步骤(a)和(b)中沿竖直方向在第一激光的两个彼此相继的焦点平面之间的间距处于1mm与3mm之间、优选处于1.5mm与2.5mm之间。由此，实现特别高效的材料分离，并且玻璃块能够容易移除。

优选周期性地出现的多排激光脉冲(脉冲列)——其中，每一排产生一个丝——以优选小于1kHz的重复率输出、例如在200Hz至800Hz范围内的重复率输出。每个脉冲列优选由至少5个脉冲组成，例如由在5个至15个脉冲范围内的脉冲组成。

第一激光沿着切割线的运动速度优选为100mm/s至1500mm/s，例如为500mm/s至1200mm/s。

第一激光射束优选借助于光学元件或系统聚焦到玻璃表面上。焦点垂直于辐射方向的延展能够例如为10µm亦或更小。

在利用第一激光产生了理论断裂线之后，利用第二激光促使玻璃片材发生实际的断裂。第二激光沿着切割线在第一表面上运动，这导致玻璃片材在切割线区域中被加热，并且接着导致玻璃片材沿着切割线L断裂。玻璃片材堆叠优选沿着切割线冷却，其中，玻璃片材由于所产生的热应力而沿着切割线断裂。第二激光和冷却的组合产生应力，以便将玻璃块特别容易从玻璃片材堆叠中脱出。

方法步骤的时间顺序不应如此理解，即，在利用第二激光开始辐射之前，利用第一激光沿着整个切割线的辐射必须结束，或在冷却的可选的步骤开始之前，利用第二激光沿着整个切割线的辐射必须结束。相反地，在第一激光射束还在切割线上运动期间，就已经能够开始利用第二激光射束辐射切割线的已经由第一激光射束扫过的区域。即使在第二激光射束还在切割线上运动期间，也已经能够开始冷却切割线的已经由第二激光射束扫过的区域。尤其是该最后提及的变型方案是有利的，因为在通过第二激光射束加热与快速冷却之间不可以流逝过多时间，以便产生所需的热应力。优选地，用于冷却的器件(设备)沿运动方向布置在第二激光射束之后，并且第二激光射束和用于冷却的器件以相同的速度沿着切割线运动。特别优选地，第二激光射束同时与冷却器件一起沿着切割线L运动，其中，第二激光射束和冷却器件对准于玻璃片材堆叠的表面处的相同位置。通过同时加热和冷却特别有效地产生热应力，这导致沿着切割线L的平滑的断裂。

第二激光优选一次在玻璃片材堆叠的下表面的焦点平面中沿着切割线L运动并且另一次在玻璃片材堆叠的上表面的焦点平面中沿着切割线L运动。优选地，第二激光首先在下表面的区域中运动并且然后在上表面区域中运动，从而首先使下部的玻璃块脱离并且然后使上部的玻璃块脱离。在一种优选的实施方式中，使用第二激光类型的两个激光，其中，将第二激光从玻璃片材堆叠上方聚焦到上表面上，并且将第二激光类型的另外的激光聚焦到玻璃片材堆叠的下表面上，从而特别有效地在整个玻璃片材堆叠上进行加热。如果第二激光类型的两个激光同时沿着切割线L运动，则能够有利地减少工艺时间。

通过第二激光的激光辐射，沿着切割线加热玻璃片材堆叠。因此，特别是带有如下波长的激光辐射是适合的，玻璃片材对于该波长具有高的吸收系数。出于该原因，在中间的红外范围内的激光辐射是特别适合的。第二激光具有例如800nm至20µm，优选1µm至20µm，特别优选5µm至15µm的波长。CO₂激光是特别适合的，CO₂激光通常带有9.4µm或10.6µm的波长。好的结果例如也利用Nd：YAG激光实现。但也能够例如使用二极管激光器或固体激光器。

用于产生第二激光射束的激光器优选在连续波运行(CW, continuous wave(连续波))中运行。已表明的是，由此实现玻璃层的好的加热。此外，连续波运行比脉冲的运行在技术上能更容易实现。

第二激光的激光射束优选借助于光学元件或系统聚焦到平面上，其中，优选产生圆形的射束轮廓。射束轮廓在焦点平面中的直径优选为1mm至10mm。

也能够使用其他的射束轮廓、例如伸长的、如椭圆形的射束轮廓。

第二激光优选以1m/min至30m/min、特别优选5m/min至20m/min、完全特别优选10m/min至15m/min的速度在玻璃表面之上运动。由此实现特别好的结果。

第二激光射束的功率(输出功率)优选为30W至1kW、例如为50W至100W。利用这种功率能够实现玻璃层的充分加热。但也能够使用明显更高的功率。

第一和第二激光射束和冷却器件沿着切割线的运动原则上能够通过玻璃片材堆叠的运动和/或通过激光和/或冷却器件的运动来实现。

本身已知的激光扫描设备适合用于使激光射束在(尤其是位置固定的)玻璃片材堆叠上运动，所述激光扫描设备在最简单情况下是一个或多个可倾翻的镜子。激光辐射也能够例如通过光波导体、例如玻璃纤维在玻璃片材堆叠之上的运动而运动。但能够更简单且因此优选的是，使第一和第二激光射束以及冷却器件位置固定并且仅使玻璃片材堆叠运动。

玻璃片材堆叠的表面在加热之后或在加热期间优选被冷却。通过加热和冷却沿着切割线产生热应力，所述热应力引起期望的断裂。玻璃块从开口中移除能够附加地通过施加真空来支持。优选通过给玻璃表面沿着切割线加载气态的冷却剂来实现所述冷却。本发明不局限于特定的冷却剂。优选的冷却剂是经冷却的气体，因为这种冷却能够简单地实现并且是成本适宜的。适合的气体例如是二氧化碳或氮气或常规的压缩空气。

冷却剂优选借助于喷嘴沿着剖切线带到玻璃表面上。喷嘴优选以相同的速度且在相同的位置处或紧紧在第二激光之后在玻璃表面之上运动。在借助于激光辐射对玻璃片材堆叠的加热与玻璃片材堆叠的冷却(“激冷”)之间的时间差优选为0ms至500ms。由此，产生特别适合的热应力，所述热应力引起带有整齐的断裂棱边的有效断裂。

优选地，开口定位在片材的边缘处，从而所述开口相应于侧向凹部。由此，能够将在两阶段的方法期间产生的热应力导出至一侧并且玻璃块的断裂能够独立地发生。否则在周围被玻璃包围的开口的情况下，热应力可能导致玻璃片材损伤。

玻璃片材能够是热预紧的或化学预紧的、部分预紧的或不预紧的。

玻璃片材的类型不局限于特定的玻璃种类。相反地，根据本发明的方法基本上能够应用于任意组分的玻璃片材。玻璃片材包含例如钠钙玻璃或硼硅玻璃。

本发明还包括一种用于制造带有贯通的开口的复合玻璃片材的方法。所述方法包括以下步骤：

d)将两个玻璃片材彼此全等地上下叠置成由上部的玻璃片材和下部的玻璃片材组成的玻璃片材堆叠，

e)借助于根据本发明的用于在玻璃片材堆叠中产生开口的方法在上部的玻璃片材和下部的玻璃片材中产生至少一个贯通的开口，

f)将两个玻璃片材在中间夹有热塑性的中间层的情况下层压成复合片材。

优选地，使复合玻璃的玻璃片材之一在层压之前经受弯曲工艺。在一种优选的实施方案中，使两个玻璃片材经受弯曲工艺。这尤其是在沿空间的多个方向强烈弯曲(所谓的三维弯曲)的情况下是有利的。

备选地，玻璃片材之一不预弯曲。这特别是在带有非常小的厚度的玻璃片材的情况下是有利的，因为所述玻璃片材具有膜式的柔性并且由此能够与预弯曲的玻璃片材相适配，而不必自身被预弯曲。

玻璃片材能够单个地弯曲。优选地，玻璃片材共同(即同时且通过同一工具)全等地弯曲，因为由此使各片材的形状对于之后进行的层压最优地彼此相协调。

片材的弯曲优选在步骤e)中的激光加工之前进行。如果应将导电层施加在片材上，则将所述导电层在弯曲之前沉积在期望的片材表面上。例如使上部的玻璃片材和/或下部的玻璃片材首先设有导电层，例如借助于磁控溅射而设有导电层。在下一个步骤中，两个玻璃片材共同全等地弯曲且根据步骤d)提供。在此之后才进行根据步骤e)的激光加工。由于片材已经实现其最终弯曲，因此在此应用3D激光工艺。这具有以下优点，开口能够以其最终尺寸来产生并且不必考虑弯曲方法对开口的效果。以这种方式能够显著更精准地维持制造公差。

热塑性的中间层优选作为膜来提供。复合玻璃通过层压的制造借助常见的、对于本领域技术人员而言本身公知的方法，例如热压罐方法、真空袋方法、真空环方法、压延方法、真空层压机或其组合来实现。两个玻璃片材的连接在此通常在热、真空和/或压力的作用下实现。

在将用于制造复合片材的方法应用于汽车领域时，针对作为内部片材而设置的片材的厚度通常处于0.3mm至2.5mm的范围内，而针对作为外部片材而设置的片材的厚度通常处于0.8mm至2.5mm的范围内。在一种优选的实施方式中，复合片材是挡风片材，其中，外部片材的厚度处于1.4mm与2.1mm之间，而内部片材的厚度处于0.8mm与1.8mm之间。

本发明还包括根据本发明的带有集成在空隙中的电的附装部件的复合片材作为运输工具玻璃装置的应用，所述运输工具玻璃装置尤其是挡风片材、顶部片材、侧面片材或后窗片材。

附图说明

借助附图更详细地阐释本发明。附图是示意图并且不是按正确比例的。附图绝不限制本发明。附图中：

图1a示出玻璃片材堆叠的俯视图，该玻璃片材堆叠借助根据本发明的方法而设有开口，

图1b示出图1a中一种可行的玻璃片材堆叠沿着线A–A'的横截面，

图1c示出图1a中一种可行的玻璃片材堆叠沿着线A–A'的横截面，

图2借助在所述方法期间图1a中玻璃片材堆叠沿着线A–A'的三个横截面示出根据本发明的方法的一种实施例，

图3借助在所述方法期间图1a中玻璃片材堆叠沿着线B–B'的三个横截面示出根据本发明的方法的另一种实施例，

图4a示出借助根据本发明的方法制造的复合玻璃片材的俯视图，且

图4b示出图4a中复合玻璃片材沿着线C–C'的横截面。

具体实施方式

图1a示出由下部的玻璃片材4和上部的玻璃片材3组成的玻璃片材堆叠1的俯视图，所述下部的玻璃片材和上部的玻璃片材由钠钙玻璃制成。开口6穿过两个玻璃片材3和4。玻璃片材3和4彼此重合地布置，从而开口6在完全相同的部位处位于两个玻璃片材3和4中。开口6的轮廓通过切割线L预设并且相应于等边梯形形状，其中，梯形的底边和腰边具有1.5cm的长度，并且梯形的与底边相对而置的侧具有0.7cm的长度。如图中可见的，开口6在中间布置在玻璃片材堆叠1的玻璃片材3和4中并且不以侧向凹部形式布置在片材的边缘处，如图4a中所示。开口6具有孔的形状，该孔穿过堆叠1的所有片材并且该孔的横截面是梯形的。图1b和1c详细地示出根据图1a的玻璃堆叠1的基本构造的不同的实施变型方案。

图1b示出根据图1a的基本构造沿着剖切线A-A'的可行的横截面。玻璃片材堆叠1具有上表面I和下表面IV。上部的玻璃片材3具有上表面I和下表面II，该上表面与玻璃片材堆叠1的上表面是相同的。下部的玻璃片材具有上表面III和下表面IV，该下表面与玻璃片材堆叠的下表面是相同的。在玻璃片材3和4之间是呈基于聚甲基丙烯酸甲酯的粉末形式的分隔剂12。分隔剂12防止玻璃片材3和4如此强地彼此粘附，使得所述玻璃片材接着不能分离。分隔剂12不干扰根据本发明的方法。分隔剂层的厚度为了清楚起见强烈夸张地示出。下部的玻璃片材4具有1.6mm的厚度，并且上部的玻璃片材3具有2.1mm的厚度。因此，玻璃片材堆叠1具有3.7mm的厚度，因为在此不考虑分隔剂12。

开口6例如通过两阶段的激光方法产生，如图3中所示。开口具有内棱边K，该内棱边沿着切割线L伸延并且穿过玻璃片材堆叠1的总厚度。内棱边K完全没有梯级并且多亏通过激光方法进行的制造而实施成特别平滑的，从而不需要事后磨削或抛光。开口6具有内棱边的上限界部Ko和内棱边的下限界部Ku，该内棱边的上限界部处于玻璃片材堆叠的上表面I的平面中，该内棱边的下限界部处于玻璃片材堆叠的下表面IV的平面中。内棱边的上限界部Ko和内棱边的下限界部Ku没有错位地布置，也就是说开口6在玻璃片材堆叠的上表面I区域中和在玻璃片材堆叠的下表面IV的区域中一样大。用于附装部件的带有直线的外棱边的适合的壳体能够完美地嵌入到所述开口6中。

图1c示出根据图1a的基本构造沿着剖切线A-A'的另一种可行的横截面。该构造基本上和图1b一样地实施。该构造的区别在于开口6的内棱边K的实施方案，该内棱边在该示例中倾斜地实施。所示的变型方案优选通过激光分离方法制造，如例如在图2中所描述的。在此，相比于内棱边的下限界部Ku，内棱边的上限界部Ko在玻璃片材堆叠的上表面I的区域中错开了250µm。在内棱边的上限界部和内棱边的下限界部之间的错位s为250µm，从而开口6在玻璃片材堆叠的下表面IV的区域中大于在玻璃片材堆叠的上表面I的区域中。这实现在制造时玻璃块7.1和7.2更容易向下脱离。此外，内棱边的倾斜的开口也能够用于后期固定用于附装部件的壳体。

图2示出在根据本发明的方法的一种可行的实施方案期间图1a中玻璃片材堆叠沿着线A–A'的三个横截面。与图1a相反，图2中的开口6还未完全产生。横截面a)、b1)和b2)是根据本发明的方法的方法步骤a)和b)。方法步骤c)在该图示中未示出。该方法在如图1b中所示的玻璃片材堆叠1处执行。在图1b中示出带有开口6的完成的玻璃片材堆叠1。

开口6在该示例中通过激光分离产生。首先在该方法的步骤a)中使激光10从玻璃片材堆叠1上方穿过总共3.7mm的厚度聚焦到玻璃片材堆叠的下表面IV上。从上方穿过堆叠向下的聚焦实现利用激光进行分级加工，因为在经激光处理的平面中的透明性丢失。由此，能够利用激光加工相对厚的玻璃片材堆叠，并且在一个唯一的方法中精确地在两个玻璃片材中的同一部位处产生开口。玻璃片材堆叠的下表面相应于下部的平面E1。该激光是波长为532nm的脉冲的纳秒激光，例如Nd：YAG激光。激光10首先在下部的平面E1中聚焦并且沿着切割线L运动。在步骤b1)中示出，该激光接着如何在处于其之上的、布置在更上面的平面E2中聚焦。沿竖直方向在两个彼此相继的平面E1和E2之间的间距d为25µm。在两个彼此相继的平面之间的间距d优选在涉及玻璃片材堆叠的整个方法期间始终不变。这提供特别均匀的棱边并且简化了所述方法。在步骤b2)中示出，激光10在玻璃片材堆叠的上表面I的平面中聚焦。由此，激光10沿着切割线L穿过玻璃片材堆叠1的总厚度。在第一步骤中聚焦到下表面IV上以及在最后一个步骤中聚焦到上表面I上提供能特别好地脱离的玻璃块7.1和7.2。在所示出的步骤b2)之后，首先通过施加真空将下部的玻璃块7.1脱离并且同样通过施加真空将上部的玻璃块7.2脱离。棱边K在该示例中实施成直线的，也就是说玻璃块7.1和7.2也能够同时向上且向下通过施加真空脱离，这减少了制造时间。在脱离之后，不需要对开口棱边进行进一步的后处理，从而片材3和4能够直接进一步加工成复合片材。

图3示出在根据本发明的方法的一种可行的实施方案期间图1a中玻璃片材堆叠沿着线B–B'的三个横截面。与图1a相反，图3中的开口6还未完全产生。横截面a)、b1)和c)是根据本发明的方法的方法步骤a)、b)和c)。所述方法在如图1b中沿着线A-A'所示的玻璃片材堆叠1处执行。在图1b中示出带有开口6的完成的玻璃片材堆叠1。

开口6在该示例中通过两阶段的激光方法产生。首先使聚焦到玻璃片材堆叠1内部的第一激光10以速度v1=1m/s沿着期望的切割线L运动。图中所示的箭头表示激光的运动方向。第一激光10在步骤a)中首先聚焦到处于下部的玻璃片材4内部的下部的平面E1上。第一激光10是脉冲长度为例如10ps、脉冲序列频率为例如25kHz、功率为例如50W和波长为例如1064nm的脉冲的激光。适合的激光器例如是品质切换的固体激光器，尤其是二极管触发的(diodengepumpter)固体激光器。玻璃片材3和4在第一激光的波长的情况下在最大程度上是透明的。但高度集中的激光辐射导致玻璃材料发生内部变化，所谓的“丝”。所述变化局限于玻璃内部，所述变化不改变或损伤玻璃片材堆叠I，IV的表面。材料变化沿着切割线L排列。玻璃层的随着材料变化而来的局部弱化将切割线L限定为理论断裂部位。每个丝通过第一激光10的一个脉冲列产生。彼此分开的脉冲列分别包含例如5个脉冲并且利用所谓的短促脉冲串发生器产生。

在随后的步骤中，如b1)中所示，使第一激光10聚焦到处于其之上的平面E2上。在位于其之下的平面E1中已经发生过的材料变化改变了玻璃片材3,4对于第一激光10的透明性。因此，发生沿竖直方向从下向上的加工。在两个上下叠置的平面之间的间距约为2mm。因此，第一激光10仅需在两个平面E1和E2中沿着切割线L在玻璃片材堆叠1内运动。平面E1和E2布置在下部的玻璃片材中或布置在上部的玻璃片材中。由此，实现两个玻璃片材3,4中特别好的分离。

在接着的步骤c)中，使第二激光11以速度v2=1m/s沿着切割线L运动。第二激光11是波长为10.6µm并且功率为50W的例如CO₂激光器在连续波运行中的射束。第二激光11以圆形的射束轮廓聚焦到玻璃表面I上。在玻璃表面I上，该轮廓例如具有5mm的直径。接着将第二激光11聚焦到下部的玻璃表面IV上，从而两个玻璃片材3和4通过第二激光11加热，由此沿着切割线L加热整个玻璃片材堆叠1。备选地，也能够将具有和第二激光11一样的特性的另外的激光从玻璃片材堆叠1下方聚焦到下表面IV上。在这种情况下，当第二激光11和所述另外的激光同时沿着切割线运动时，能够缩短工艺时间。

紧紧地在第二激光11后面或在和激光11一样的位置处，喷嘴13沿着切割线L运动并且对准于玻璃片材堆叠的表面。第二激光11和喷嘴13在此以相同的速度运动。借助于喷嘴13给玻璃片材堆叠加载冷却剂、例如加载压缩空气。优选地，激光11和喷嘴13对准于表面处的同一位置。被加热的玻璃片材3,4的快速冷却引起热应力，所述热应力导致玻璃片材3和4沿着切割线L断裂。已经冷却过的区域在附图中通过暗阴影示出。如已说明的，玻璃层的断裂独立地由于热应力而发生。因此，能够省去通过施加压力而实现的主动断裂。由此，能够实现小的曲率半径并且减少材料边角料。此外，所述方法在没有干扰的损伤、如微裂纹的情况下引起平滑的切割棱边。在图中仅示出一个喷嘴13，该喷嘴冷却玻璃片材堆叠的上表面。另外的喷嘴13优选从玻璃片材堆叠1下方对准于玻璃片材堆叠的下表面IV。

图4a和4b示出带有贯通的开口6的复合片材2的一种可行的实施方式的俯视图和横截面，其中，用于电的附装部件的壳体5嵌入到所述开口中。图4a示出包括上部的片材3和下部的片材4的复合片材2的俯视图，所述上部的片材和下部的片材经由热塑性的中间层9相互层压。复合片材2被用作机动车的挡风片材。上部的片材3设置为外部片材3，而下部的片材4设置为内部片材。两个片材由钠钙玻璃制成。热塑性的中间层9是聚乙烯醇缩丁醛膜，其在层压过程之前测量的厚度为0.76mm。复合片材2具有开口6，在该开口中嵌入用于电的附装部件的壳体5。所述开口具有侧向凹部的形状。所述壳体是聚合物壳体并且能够嵌入到开口6中。在该示例中，聚合物壳体与外部片材3齐平地结束。这不一定是必须的并且也能够如此实施，即，聚合物壳体伸出超过外部片材3。

附图标记列表

(1) 玻璃片材堆叠

(2) 复合片材

(3) 上部的玻璃片材

(4) 下部的玻璃片材

(5) 用于电的附装部件的壳体

(6) 开口

(7.1,7.2) 通过切割线限界的下部的玻璃块或上部的玻璃块

(8) 电的附装部件

(9) 热塑性的中间层

(10) 激光，第一激光

(11) 第二激光

(12) 分隔剂

(13) 用于冷却的喷嘴；冷却器件

L 切割线

K 开口的内棱边

Ko 内棱边的上限界部

Ku 内棱边的下限界部

v₁ 第一激光的运动速度

v₂ 第二激光的运动速度

I 玻璃片材堆叠1的上表面，上部的玻璃片材3的上表面

II 上部的玻璃片材3的下表面

III 下部的玻璃片材4的上表面

IV 玻璃片材堆叠1的下表面

Claims (15)

1.用于在水平支承的玻璃片材堆叠(1)中通过激光加工产生开口(6)的方法，

其中，所述玻璃片材堆叠(1)包括上部的玻璃片材(3)和下部的玻璃片材(4)，所述开口(6)穿过所述玻璃片材堆叠(1)的总厚度，并且所述玻璃片材堆叠(1)具有至少2.5mm的厚度，

其中，所述方法包括：

a)将激光(10)从所述玻璃片材堆叠(1)上方穿过所述玻璃片材堆叠(1)的厚度聚焦到下部的平面上，

b)使所述激光(10)沿着切割线(L)重复地运动，其中，所述激光(10)的焦点在每个重复中处于布置在更上面的平面中，

c)在露出所述开口(6)的情况下将通过所述切割线(L)限界的玻璃块(7.1,7.2)从所述下部的玻璃片材(4)和所述上部的玻璃片材(3)中移除。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述上部的玻璃片材(3)和所述下部的玻璃片材(4)彼此全等地布置，并且其中所述上部的玻璃片材(3)和/或所述下部的玻璃片材(4)三维地弯曲。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，通过所述切割线(L)限界的玻璃块(7.1,7.2)的移除通过将真空施加到所述玻璃块(7.1,7.2)处来实现，其中，优选首先将下部的玻璃块(7.1)从所述下部的玻璃片材(4)中移除并且接着将上部的玻璃块(7.2)从所述上部的玻璃片材(3)中移除。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述开口(6)具有孔的形状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述激光加工通过激光分离以脉冲的纳秒激光(10)和300nm至800nm的波长来执行。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，首先使所述激光(10)穿过整个玻璃堆叠(1)的厚度聚焦到所述玻璃片材堆叠(1)的下表面上，并且继续进行所述激光加工，直至所述激光(10)聚焦到所述玻璃片材堆叠(1)的上表面上。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的方法，其中，所述开口(6)的内棱边(K)是倾斜的，从而在所述玻璃片材堆叠的上表面(I)区域中的所述内棱边的上限界部(Ko)相比于在所述玻璃片材堆叠的下表面(IV)区域中的所述内棱边的下限界部(Ku)错开了100µm至500µm、优选错开了150µm至350µm。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，利用第一激光(10)和第二激光(11)来执行所述激光加工，其中，所述步骤(a)和(b)利用脉冲长度小于100ps的脉冲的第一激光(10)执行以用于产生丝，其中，在步骤(c)中第二激光(11)在连续波运行中以1µm至20µm的波长沿着所述切割线(L)运动以用于加热所述玻璃片材(3,4)，并且优选沿着所述切割线(L)冷却所述玻璃片材堆叠(1)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，沿竖直方向在两个彼此相继的平面之间的间距在步骤(a)和(b)中处于1mm与3mm之间，优选处于1.5mm与2.5mm之间。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的方法，其中，使所述第二激光(11)一次聚焦到所述玻璃片材堆叠的下表面(IV)上，并且一次聚焦到所述玻璃片材堆叠的上表面(I)上。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，所述第一激光(10)具有在300nm与1200nm之间、优选在350nm与1100nm之间的波长。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，所述第二激光(11)是CO₂激光。

13.用于制造带有贯通的开口(6)的复合玻璃片材(2)的方法，其中，

d)将两个玻璃片材(3,4)彼此全等地上下叠置成由上部的玻璃片材(3)和下部的玻璃片材(4)组成的玻璃片材堆叠(1)，

e)借助于根据权利要求1至12中任一项所述的方法在所述上部的玻璃片材(3)和所述下部的玻璃片材(4)中产生至少一个贯通的开口(6)，

f)将所述两个玻璃片材(3,4)在中间夹有热塑性的中间层(9)的情况下层压成复合片材(2)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将用于电的附装部件(8)的壳体(5)集成在所述贯通的开口(6)中，其中，这在步骤(f)之前或之后进行。

15.在根据权利要求13或14中任一项所述的方法中制造的复合片材(2)作为运输工具玻璃装置、尤其是作为挡风片材、顶部片材、侧面片材或后窗片材的应用。

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