DE3826355C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschriften einer Verbundglasscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Im Automobilbau werden Verbundglasscheiben eingesetzt und im Apparatebau werden Sicherheitsscheiben verwendet, die jeweils eine Kennzeichnung mit Prüfnummer aufweisen müssen. Diese werden auf dem Wege einer Beschriftung angebracht. Herkömmli­ cherweise erfolgt eine solche Beschriftung entweder dadurch, daß auf einer Außenfläche einer Verbundscheibe ein Farbstoff im Siebdruckverfahren aufgebracht wird, oder daß die aus Glas bestehende Scheibenoberfläche mit einem Ätzstempel unter Verwendung von Flußsäure angeätzt wird. Bei beiden Verfahren ist ein mechanischer Kontakt erforderlich, nämlich entweder der Kontakt zwischen der Schablone und der zu beschriftenden Verbundscheibe, oder zwischen letzterem und dem Ätzstempel. Das Ätzverfahren hat noch den Nachteil eines relativ hohen Verschleißes des Ätzstempels.

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, Glas mit Laser­ strahlung zu beschriften, und zwar unter der Verwendung eines Kohlendioxidlasers. Die Laserstrahlung bewirkt die Beschrif­ tung durch Aufschmelzung des Glases, verbunden mit einem Abdampfen der obersten Werkstoffschichten. Die dabei auftre­ tende thermische Schockwirkung bewirkt Risse, die von der Oberfläche aus in tiefere Schichten des Werkstoffes gelangen können. Infolgedessen werden bei diesem Beschriftungsvorgang Fehlstellen erzeugt, die insbesondere für hochbruchfeste Anwendungen von Sicherheitsscheiben, für die eine Beschriftung aus Sicherheitsgründen hauptsächlich von Bedeutung ist, nicht infrage kommt. Außerdem ist bereits vorgeschlagen worden, die Beschriftung mit Laserstrahlung vorzunehmen, durch die eine Abtragung mit vernachlässigbarer Dicke der Schmelzschicht erfolgt und ohne sichtbare Rißbildung. Dadurch wird aber auch die Erkennbarkeit der Beschriftung relativ schlecht, so daß zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen, um die Erkenn­ barkeit zu verbessern.

Aus der FR-24 95 982 ist bereits ein gattungsgemäßes Verfahren zur Beschriftung von Verbundglasscheiben bekannt.

Das bekannte Verfahren arbeitet ebenfalls mit Laserstrahlung im IR-Bereich. Da in diesem Wellenlängenbereich sowohl die erste Glasscheibe als auch die die beiden Glasscheiben mitein­ ander verklebende Polymerschicht nur eine mäßige Absorption aufweisen, ist es nach der genannten Entgegenhaltung erforder­ lich, durch zusätzliche Maßnahmen sicherzustellen, daß ein nennenswerter Anteil der eingestrahlten Energie in der Ver­ bundglasscheibe verbleibt und die angestrebte Beschriftung bewirkt. Der Laserstrahl wird hierzu entweder mittels einer Optik mit kurzer Brennweite nach Art eines Brennglases auf die Polymerschicht fokussiert oder es wird eine zusätzliche Schicht mit erhöhter Absorption für die verwendete IR-Laser­ strahlung in der Verbundglasscheibe vorgesehen.

Bei der ersten Verfahrensalternative muß mit hohem Aufwand dafür Sorge getragen werden, daß der Fokuspunkt während des gesamten Beschriftungsvorganges ausschließlich innerhalb der nur Bruchteile von Millimetern dicken Polymerschicht ver­ bleibt, da ansonsten eine Schädigung einer der beiden Glas­ scheiben und damit eine Verschlechterung der Haftung, im Falle von Verbundsicherheitsglasscheiben der Sicherheitseigenschaf­ ten nicht ausgeschlossen werden kann.

Die zweite Verfahrensalternative des gattungsbildenden Standes der Technik ist unter anderem deshalb unbefriedigend, weil zusätzliche Produktionsschritte erforderlich werden und wegen der Absorption der IR-Laserstrahlung in der Oberfläche der zweiten Glasscheibe Schädigungen dieser Glasscheibe, die zu einer Reduzierung ihrer Bruchfestigkeit führen, nicht vermie­ den werden können. Außerdem bedingt dieses Verfahren eine Einschränkung hinsichtlich der Produktauslegungsmöglichkeiten und kann damit in der Praxis nicht befriedigen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das gattungsbildende Verfahren dahingehend zu verbessern, daß auf einfache Weise eine ausreichend erkennbare Beschriftung mittels Laserstrahlung ohne Schädigung der Oberfläche des Verbundglasscheibe sowie bei Verbundsicherheitsglasscheiben ohne Beeinträchtigung ihrer Sicherheitseigenschaften ermög­ licht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Laserstrahlung im UV-Bereich verwendet wird, für die die Polymerschicht undurchlässig ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü­ che.

Die Laserstrahlung im UV-Bereich durchsetzt die erste Glas­ scheibe und wirkt auf die für sie undurchlässige Polymer­ schicht ein. Diese liegt im Innern der Verbundglasscheibe und ist entsprechend geschützt, die Beschriftung kann also nicht verfälscht werden. Die im Inneren der Verbundglasscheibe vorhandene Beschriftung steigert auch die Sicherheit der Verbundglasscheibe durch Vermeidung einer irgendwie gearteten Beeinflussung der Oberfläche der ersten Glasscheibe. Wesent­ lich für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, daß die Bauteilschichten unterschiedliche Transmissionsraten für die UV-Laserstrahlung aufweisen, so daß durch entsprechende Wahl der Transmissionsraten und der Intensitäts- und Leistungspara­ meter der UV-Laserstrahlung bestimmt werden kann, daß letztere nur in der Polymerschicht wirksam wird, und dort im Grenzbe­ reich zur ersten Glasscheibe. Die Beschriftung, die ohne die Verwendung zusätzlichen Werkstoffes erfolgt, ist und bleibt durch die außen liegende Scheibe vor abrasiven und korrodie­ renden Einflüssen geschützt. Die Beschriftung der Polymer­ schicht mit UV-Laserstrahlung gestattet es, Intensitäts- und Leistungsparameter den jeweiligen Anforderungen entsprechend von einem Rechner steuern zu lassen.

Da als erste Bauteilschicht eine Glasscheibe verwendet wird, die eine erhebliche Transmissionsrate für Laserstrahlung im UV-Bereich aufweist, wird also in dieser Schicht nur ver­ gleichsweise wenig Energie der UV-Laserstrahlung absorbiert, wobei das Verfahren so gesteuert werden kann, daß die Absorp­ tion in der Glasscheibe nicht zu deren Schmelzen bzw. zu deren Zersetzen führt, während die transmittierte UV-Laserstrahlung in der Lage ist, auf die Polymerschicht einzuwirken. Zur Anwendung kommen Wellenlängen des Lichts im UV-Bereich. Die Auswahl wird in Abhängigkeit von den Absorptionseigenschaften des verwendeten Werkstoffs der Polymerschicht getroffen und je nach dem, welche Änderung bzw. Zersetzung des Werkstoffs erreicht werden soll. Als solche Änderungen kommen die Ände­ rungen der chemischen Struktur infrage, wodurch eine Änderung des Farbeindrucks durch chemische Umwandlung erreicht wird, oder eine Änderung der makroskopischen Struktur, wobei z. B. ein Verdampfen mit anschließender Rekondensation bewirkt wird.

Die die Glasscheiben miteinander verklebende Polymerschicht ist glasklar und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung zum Verkleben von Glas an sich bekannt. Mit diesem Verfahren können also herkömmliche dreischichtige Verbundglasscheiben, insbesondere Verbundsicherheitsglasscheiben, beschriftet werden.

Insbesondere kann die Beschriftung nach Fertigstellung der Sicherheitsscheibe erfolgen, also als letzter Schritt im Fertigungsprozeß z. B. nach der Endkontrolle. Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, daß das Produkt auch tatsäch­ lich die durch seine Beschriftung garantierten Eigenschaften hat und behält, das heißt, daß durch das Beschriftungsverfah­ ren die Eigenschaften nicht beeinträchtigt sind.

Zum Beschriften wird ein Xenon-Fluorid-Excimer-Laser oder ein frequenzvervielfachter Neodym-YAG-Laser verwendet, deren Wellenlängen im Bereich hoher Transmission oder sogar in der Nähe eines lokalen Maximums der Transmissionsrate für Glas liegen und damit gewährleistet, daß ein Minimum an Strahlungs­ energie in der Glasscheibe bei deren Durchstrahlung verbleibt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die UV-Laserstrahlung gepulst und die Beschriftung erfolgt durch Zersetzung der Polymerschicht bei Anwendung mehrerer aufeinander folgender Impulse. Infolgedessen ist eine Steuerung der Beschriftung durch die Wahl der Impulsgrößen möglich, beispielsweise durch die Wahl von Impulshöhe und -länge sowie durch die Wahl der Pulspausenlänge. Die Anwendung von Laserimpulsen vermeidet die Überlastung der durchstrahlten Glasscheibe und gestattet eine gezielte und dosierte Zersetzung der zu beschriftenden Poly­ merschicht.

Desweiteren wird das Verfahren vorteilhafterweise so durchge­ führt, daß die Beschriftung unter Verwendung einer Maske mit dem gewünschten Abbildungsmaßstab von der UV-Laserstrahlung auf die Verbundglasscheibe projiziert wird und/oder daß ein fokussierter Laserstrahl unter Verwendung einer Ablenkoptik die Beschriftung vornimmt. Das Verfahren mit einer Maske wird insbesondere dann angewendet, wenn eine Vielzahl von Verbund­ glasscheiben mit jeweils der gleichen Beschriftung versehen werden soll. Eine Rechnersteuerung kann dann herangezogen werden, wenn dieselbe Abbildung bei unterschiedlich gestalte­ ten Verbundglasscheiben angewendet werden soll, die mit unterschiedlichen Intensitäts- und Leistungsparametern be­ strahlt werden müssen.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Diagrammen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Transmissionsrate T in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für unterschiedliche Werkstoffe, und

Fig. 2 die Laserintensität I sowie die absorbierte Inten­ sität I_ABS in Abhängigkeit vom Weg X durch unter­ schiedliche Medien.

Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die unterschiedlichen Absorptionseigenschaften der verwendeten Werkstoffe von Bedeutung. Fig. 1 zeigt als obere Kurve 3 den Verlauf der Transmissionsrate T im Bereich von 350 bis 400 nm für Glas. Es ist ersichtlich, daß dieser Werkstoff bei ca. 371 nm ein relatives Maximum hat. Die Transmissionsrate ist in diesem Bereich besonders groß. Im Vergleich dazu ist die Transmissionsrate von Polymer gemäß Kurve 4 bei Wellenlängen kleiner als 375 nm weniger als 1%, das heißt, die Strahlung wird praktisch vollständig absorbiert. Für das erfindungsgemä­ ße Verfahren ergibt sich, daß die optimale Wellenlänge zur Beschriftung etwa bei 371 nm liegt, weil der größte Teil der Energie des Strahls durch diesen Werkstoff hindurchgeht, andererseits aber eine dünne Schicht des Polymers bereits ausreicht, um die gesamte Energie der Lichtstrahlung zu absorbieren.

Der Wellenbereich mit 371 nm ist zur Zeit nur Farbstofflasern zugänglich. In benachbarten Wellenlängenbereichen, in denen also die Transmissionsrate nicht ganz so hoch ist, kann beispielsweise der Xenon-Fluor-Excimer-Laser verwendet werden, der bei einer Wellenlänge von 351 nm eine Transmissionsrate von 35% hat, oder es können Festkörperlaser verwendet werden, und zwar mit einer Harmonischen, z. B. der dritten Harmonischen des Neodym-YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 355 nm bei einer Transmissionsrate von 45% im Glas.

Fig. 2 zeigt Darstellungen für die nacheinander folgende Durchstrahlung verschiedener Schichten mit Laserlicht, nämlich eine Luftschicht, eine Glasscheibe und eine Polymerschicht. Die Glasscheibe ist mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet und die Polymerschicht mit der Bezugsziffer 2. Außerdem ist im unteren Teil der Fig. 2 die Zersetzungsschwelle von Glas eingezeichnet, welche über der Zersetzungsschwelle der Polymerschicht liegt, wobei letztere ein Bereich ist, während die Zersetzungsschwel­ le von Glas infolge der festliegenden Schmelztemperatur einer einzigen I_ABS zugeordnet ist.

Die Luft absorbiert keine Laserstrahlung, so daß der Kurven­ verlauf in Fig. 2 oben X-Achsen-parallel ist und in Fig. 2 unten mit der X-Achse zusammenfällt. In Glas wird nur wenig Laserstrahlung absorbiert, weil Glas eine hohe Transmissions­ rate T hat. Infolgedessen fällt die Intensität I in der Bauteilschicht 1 nur wenig ab. Die absorbierte Intensität zeigt über die Dicke der Scheibe 1 geringe und abnehmende Werte, die unterhalb der Zersetzungsschwelle des Glases liegen, so daß letzteres nicht beschädigt wird. Die abfallen­ den Werte von I_ABS in Glas erklären sich durch die mit wachsender Dicke geringer werdende Intensität gemäß Fig. 2, oberer Teil, so daß auch die pro Volumeneinheit absorbierte Intensität I_ABS entsprechend abnimmt.

Die Polymerschicht 2 hat eine geringe Transmissionsrate T bzw. eine hohe Absorption, so daß die Intensität der Strahlung sehr schnell auf sehr geringe Werte abfällt. Dementsprechend groß ist die absorbierte Intensität I_ABS mit einem Spitzenwert 5, der die Zersetzungsschwelle von Polymer erreicht und über­ schreitet, so daß dort Änderungen der Struktur des Polymers erreicht werden.

Zur Beschriftung der Polymerschicht 2 durch die Glasscheibe 1 hindurch werden die Intensitäts- und Leistungsparameter der UV-Strahlung mit geeigneter Wellenlänge so eingestellt, daß die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der Werkstoffe ausgenutzt werden. Während die Polymerschicht 2 gezielt beschädigt wird, allerdings nur in einem Teilbereich ihrer Dicke, bleibt die Glasscheibe 1 insgesamt unbeschädigt, weil die absorbierende Leistung zu einem Aufschmelzen nicht aus­ reicht.

Claims (5)

1. Verfahren zum Beschriften einer Verbundglasscheibe, insbesondere einer Verbundsicherheitsglasscheibe, mittels Laserstrahlung, wobei für die Verbundglasscheibe eine erste, für die verwendete Laserstrahlung wenigstens teiltransparente Glasscheibe, eine zweite Glasscheibe sowie eine die beiden Glasscheiben miteinander verkleben­ de Polymerschicht verwendet wird, wobei die Beschriftung durch die erste Glasscheibe hindurch mit diese unbeschä­ digt lassenden Intensitäts- und Leistungsparametern in der eine niedrigere Transmission für die verwendete Laserstrahlung als die erste Glasscheibe aufweisenden Polymerschicht erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß Laserstrahlung im UV-Bereich verwendet wird, für die die Polymerschicht undurchlässig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Laserstrahlung im Bereich von ca. 371 nm verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Xenon-Fluorid-Excimer-Laser oder ein frequenzver­ vielfachter Neodym-YAG-Laser verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laserstrahlung gepulst ist und die Beschriftung durch Zersetzung der Polymerschicht bei Anwendung mehrerer aufeinanderfolgender Impulse erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beschriftung unter Verwendung einer Maske mit dem gewünschten Abbildungsmaßstab von der Laserstrahlung auf die Verbundglasscheibe projiziert wird.