Der Riss als Werkzeug

Glas ist ein vielseitiges und beliebtes Material für verschiedene Anwendungen. Ein Schlüssel zu hoher Produktqualität ist das Schneiden des Glases. Beim konventionellen Verfahren zum Trennen von Flachglas wird mit einem kleinen Rädchen eine Linie auf das Glas geritzt.

Anschließend wird das Glas entlang dieser Linie belastet, so dass es bricht. Dabei platzen Glassplitter ab und es entstehen Fehler, die Mikrorisse. Daher müssen die Gläser aufwändig nachbearbeitet werden, durch Schleifen und Polieren. Trotzdem können Spannungen im Glas zurückbleiben, die die Festigkeit vermindern.

Viel Aufwand, hohe Kosten, eingeschränkte Design-Möglichkeiten – gute Gründe, um ein besseres und effektiveres Verfahren für das Trennen von Gläsern zu entwickeln. In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF geförderten Projekt, erarbeitete Dr. Rainer Kübler mit seinem fünfköpfigen Team das schädigungsarme Laser-induzierte Spannungstrennverfahren für Flachglas. Dafür wird der Wissenschaftler mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2008 ausgezeichnet.

Was machen die Fraunhofer-Wissenschaftler anders? Sie ritzen das Glas nicht mehr mechanisch, sondern durch Spannungen. „Wir müssen das Glas entlang der gewünschten Trennlinie erhitzen, ohne es zu schädigen“, erläutert Dr. Kübler. „Dafür verwenden wir einen CO2-Laser.“ Zweiter Trick: Das Glas schockartig abkühlen. Dafür wird aus einer Kühldüse, die dem Laserstrahl unmittelbar folgt, kalte Luft lokal auf das Glas geblasen. Durch den Temperaturunterschied entsteht ein Spannungsfeld und dieses erzeugt einen Riss. Anschließend wird der so in die Oberfläche eingebrachte thermische Anritz durch Biegebruch geöffnet. Lange Erfahrung und numerische Simulation haben dabei geholfen, das Material und insbesondere den Riss zu beherrschen; ihn kontrolliert zu erzeugen und als Werkzeug zu nutzen. „Mit unserem Verfahren erreichen wir eine extrem hohe Qualität der Glaskanten. Und fehlerfreie, glatte Kanten bedeuten stabileres Glas“, so Dr. Kübler. Denn die Festigkeit der Kanten bestimmt die Festigkeit der gesamten Scheibe.

Damit ergeben sich völlig neue Perspektiven für den Einsatz von Glasscheiben in der Architektur. Denn dank der fehlerfreien Kanten können die verbauten Glasscheiben dünner werden – ohne dabei an Festigkeit zu verlieren. Und der Entwicklungspartner, die Firma Grenzebach, ist ein Global Player im Glasmaschinenbau. Das eröffnet dem neuen Verfahren einen weltweiten Marktzugang.