Laserschneiden: Warum Glas-Teilscheiben nicht mit einem Werkzeug geschnitten werden

Eine Glas-Teilscheibe muss aus der Vollplatte in Außenkreis und Innenloch geschnitten werden – konzentrisch zu den Strichen. Das Ritzen mit Schneidrad eignet sich nur für Gerade; Schleifen bringt Kontaktkraft und Kantenausbruch. Der Artikel erklärt die Grundlagen des Laserschneidens von Glas, die Vorteile bei freier Kontur, Konzentrizität und berührungslosem Schnitt sowie Wärmeeinflusszone und Nacharbeit.

Nach der Fotolithografie liegt das Teilscheibenmuster noch auf einer ganzen Glasplatte. Als Nächstes muss es in einzelne runde Scheiben geschnitten werden: außen ein Außenkreis, in der Mitte ein Innenloch für die Welle. Fensterglas ritzt man mit einem Schneidrad – warum braucht die Teilscheibe einen Laser?

Abb. 1 – Laserschneiden: eine Kamera nimmt zuerst Punkte am Zentrierring und findet die Mustermitte; der Laser schneidet dann Innenloch und Außenkreis um diese Mitte, sodass Außenkreis, Innenloch und Striche konzentrisch sind

Wo mechanische Verfahren an Grenzen stoßen

Glas ist hart und spröde; gängige mechanische Wege haben jeweils Grenzen:

Ritzen mit Schneidrad: Eine flache Ritze auf der Oberfläche, dann Brechen. Gerade bricht gut; ein geschlossener Kreis bricht schwer, ein Innenloch ist praktisch unmöglich.
Diamantschleifen und Kernbohren: Kreise und Löcher sind möglich, aber das Werkzeug drückt aufs Glas; Kontaktkraft und Vibration erzeugen leicht Kantenausbruch und Mikrorisse; das Werkzeug verschleißt, Maße driften; Kühlmittel und Späne können die Musterfläche verschmutzen.

Für eine Scheibe von nur wenigen zehn Millimetern mit feinen Strichen auf der Fläche ist keines dieser Probleme klein.

Wie ein Laser Glas schneidet

Laserschneiden von Glas beruht darauf, Energie entlang einer sehr schmalen Bahn einzubringen. Zwei gängige Ansätze:

Thermische Spannungsseparation: Ein langwelliger Laser, den Glas stark absorbiert (z. B. CO₂-Laser), heizt entlang der Bahn; lokale Wärmespannung lässt das Glas entlang der geplanten Linie reißen.
Ultrakurzpuls-Bearbeitung: Gewöhnliches Glas ist bei vielen Wellenlängen transparent; fokussiert man jedoch Piko- oder Femtosekundenpulse im Glasinneren, entsteht am Fokus nichtlineare Absorption und entlang der Bahn eine modifizierte Spur, die danach getrennt wird.

Methode und Parameter richten sich nach Glassorte, Dicke und Kantenanforderung.

Vorteil eins: einmal aufgespannt, konzentrisch geschnitten

Das ist für Teilscheiben am wichtigsten. Siehe Abb. 1: Vor dem Schneiden erkennt eine Kamera Zentrierring oder Marken am Muster, berechnet die Mustermitte und schneidet in derselben Aufspannung Innenloch und Außenkreis um diese Mitte. Eine Praxis: zuerst Innenloch, dann Außenkreis – so hängt die Scheibe beim Lochschneiden noch an der Platte und kann nicht wandern.

Warum ist Konzentrizität so wichtig? Orientiert der Kunde bei der Montage am Innenloch oder Außenkreis, wird jeder Schnittversatz e direkt zur Exzentrizität und erzeugt einen sinusförmigen Fehler einmal pro Umdrehung mit Amplitude etwa e ÷ r:

Ableseradius r	Exzentrizität 1 μm	Exzentrizität 5 μm
20 mm	etwa 10″	etwa 52″
10 mm	etwa 21″	etwa 103″

Auch wenn der Kunde unter dem Mikroskop am Zentrierring ausrichtet, machen konzentrischer Außenkreis und Innenloch den Passungsspalt gleichmäßiger und die Ausrichtung einfacher.

Vorteil zwei: freie Kontur, keine Kontaktkraft

Die Laserbahn steuert das Programm. Außenkreis, Innenloch, Kerben, Flachstelle und Formlöcher lassen sich alle schneiden; ein Typwechsel bedeutet Programmwechsel, kein Spezialwerkzeug. Es drückt kein Werkzeug aufs Glas – keine Einspannverformung, kein Werkzeugverschleiß, keine Kühlmittelverschmutzung; besonders günstig für dünnes Glas.

Der Preis: Wärmeeinflusszone und Nacharbeit

Laser sind nicht ohne Nebenwirkung. Nahe am Schnitt entsteht eine Wärmeeinflusszone mit möglichen Mikrorissen, Eigenspannungen und etwas Schutt. Deshalb:

Zwischen Muster und Schnittlinie einen Sicherheitsabstand lassen;
Schnittparameter materialgerecht einstellen und die Kante am ersten Stück prüfen;
Nach dem Schneiden kanten schleifen und anfasen, um Mikrorisse am Schnitt zu entfernen;
Erneut reinigen, Schutt und Staub entfernen.

Warum Kantenschleifen und Anfasen darüber entscheiden, wie lange eine Scheibe hält, behandelt der nächste Artikel.

Kurzfassung

Glas-Teilscheiben werden nicht mit einem Werkzeug geschnitten, vor allem weil der Laser in einer Aufspannung Innenloch und Außenkreis um die Mustermitte schneiden kann – ohne Kontaktkraft und ohne Konturgrenze. Der Preis ist ein wärmebeeinflusster Schnitt, der mit Kantenschleifen und Reinigen abgeschlossen werden muss. Je kleiner der Ableseradius, desto höher die Anforderung an die Schnitt-Konzentrizität.

Übersetzung des chinesischen Originalartikels (0027). ENC7 – Hersteller von Encoderscheiben (Anfrage) · Fachartikel · https://enc7.com