Experimentelle und simulative Untersuchung der Risssysteme beim Glasschneiden (CrackCut)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralf Müller; Dr.-Ing. Matthias Seel; Dr.-Ing. Aris Tsakmakis
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552288432

Das industrielle Schneiden von Flachglas erfolgt i.d.R. mittels Schneidrad. Dieser Prozess ist zweistufig. Im ersten Prozessschritt rollt das Schneidrad bei gleichzeitigem Aufbringen einer Schneidkraft über die Glasoberfläche und intendiert diese. Dabei wird ein oberflächennahes, räumliches Risssystem im Glas erzeugt (Fissur). Im zweiten Prozessschritt, dem Bruchöffnungsvorgang, erfolgt das mechanische Trennen der Glasscheibe entlang der Fissur durch Biegung. Das beim ersten Prozessschritt entstehende Risssystem besteht aus einer fragmentierten Zone, einem Medianriss in Dickenrichtung und zum Teil aus Lateralrissen, welche parallel zur Glasoberfläche orientiert sind. Die genannte Risscharakteristik ist weitgehend bekannt. Es ist davon auszugehen, dass beim Zuschnitt noch Radialrisse, im Speziellen sekundäre Radialrisse entstehen, welche für die Kantenfestigkeit von Glasstrukturen entscheidend sind. Das gesamte Risssystem, und insbesondere das Entstehen und Vorhandensein von sekundären Radialrissen und deren Charakteristik, ist nicht vollends verstanden. Die Hauptziele des vorgeschlagenen Forschungsprogramms bestehen deshalb darin, dass beim Schneidvorgang entstehende Risssystem zu charakterisieren, die Risssystem beeinflussenden Parameter zu identifizieren und einen kausalen Zusammenhang zwischen Risssystem und Kantenfestigkeit zu bestimmen. Der Fokus liegt auf den sekundären Radialrissen. Das Forschungsprogramm basiert auf drei Hypothesen. (H1) Beim Glaszuschnitt mittels Schneidrad entstehen sekundäre Radialrisse. (H2) Die Charakteristik (Morphologie und Dimensionen) der sekundären Radialrisse ist neben der Geometrie des Eindringkörpers, der Schneidkraft (vertikale und horizontale Komponente) und -dauer auch von den Umgebungsmedien abhängig. (H3) Die sekundäre Radialrissen stehen im kausalen Zusammenhang zur Kantenfestigkeit von Flachglas. Die Klärung der Hypothesen soll aus einer Kombination von numerischer Simulation und experimentellen Untersuchungen erfolgen. Im Rahmen der numerischen Untersuchungen soll zuerst am Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik (IfSW) das Materialverhalten von Glas charakterisiert und darauf aufbauend ein Phasenfeldmodell zur Beschreibung des Bruchverhaltens entwickelt werden. Anschließend werden am Institut für Mechanik (IfM) die notwendigen großskaligen Simulationen durchgeführt. Die experimentellen und charakterisieren Untersuchungen zur Rissentwicklung erfolgen am Glass Competence Center des ISMDs. Eine enge Verknüpfung von experimentellen Beobachtungen, charakterisierenden Untersuchungen und der numerischen Abbildung soll einen substanziellen Beitrag zum Prozessverständnis der relevanten Mechanismen beim Schneidvorgang im Glas und dessen Auswirkungen auf das Risssystem und somit auf die Kantenfestigkeit leisten. Die Resultate werden u.a. in den Branchen Bauwesen und Automobilindustrie zukünftig zur Verbesserung der mechanischen Beanspruchbarkeit der Glaskanten beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen