Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein das Strukturieren von Glas. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Strukturierung von Glas derart, dass das Glas lokal eine erhöhte Flexibilität erhält.

Das Strukturieren von Glas zum Einfügen von Öffnungen oder Vertiefungen beliebiger Form ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 10 2018 100 299 Al und der DE 10 2018 110 211 Al bekannt.

Die EP 3 936 485 Al beschreibt ein flexibles Element aus einem anorganischen spröden Material und dessen Herstellung. Das Element weist mindestens drei Abschnitte auf, wobei ein erster Abschnitt zwischen zwei zweiten Abschnitten angeordnet ist. Der erste Abschnitt umfasst eine Anordnung von Öffnungen, die Durchgänge von einer Seite zu der gegenüberliegenden Seite des Elements bilden, so dass der erste Abschnitt eine höhere Flexibilität als die zweiten Abschnitte aufweist. Der erste Abschnitt wirkt damit wie ein Scharnier zwischen den beiden zweiten Abschnitten. In einigen Fällen kann es allerdings unerwünscht oder nachteilig sein, dass ein Glaselement Durchgangsöffnungen aufweist. Dies kann etwa dann der Fall sein, wenn das Glaselement gasdicht sein und/oder eine Abschirmung gegen Schmutz oder Feuchtigkeit bieten soll. Die Anordnung der Öffnungen ist weiterhin insbesondere so ausgebildet, dass eine Biegung ermöglicht wird. Wünschenswert kann es darüber hinaus aber auch sein, eine einfache Dehnung oder Stauchung des flexiblen Abschnitts zu ermöglichen. Dies ist unter anderem dann der Fall, wenn eine mechanische Dämpfung eines inneren Abschnitts des Glaselements gegenüber vom inneren Abschnitt über den flexiblen Abschnitt getrennten, umgebenden Abschnitten bewirkt werden soll. Gerade bei Glas als sprödhartem Werkstoff besteht an sich das Problem, dass abrupte mechanische Stöße zu einer Beschädigung führen können. Unter anderem tritt dieses Problem bei elektrischen Durchführungen auf, bei denen eine Stoßeinwirkung beispielsweise auf den Durchführungsleiter zu einem Riss und damit zu einer Undichtigkeit der Durchführung führen kann. Aus der WO 2021/061481 Al ist dazu eine Durchführung bekannt, bei welcher die Glasisolation einen Graben aufweist, welcher den Durchführungsleiter umgibt. Dieser Graben soll verhindern, dass sich ein Riss aufgrund einer mechanischen Einwirkung weiter fortpflanzt. Nachteilig ist hier, dass zwar die Rissfortpflanzung und damit die Beschädigung begrenzt wird, aber dennoch vorhanden ist. Wünschenswert wäre es demgegenüber, Beschädigungen ganz zu vermeiden, um eine Durchführung widerstandsfähiger gegenüber wiederholten mechanischen Einwirkungen zu machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Glaselement zur Verfügung zu stellen, welches die vorstehend genannten zusätzlichen Eigenschaften aufweist. Aufgabe der Erfindung ist auch, ein originär nicht oder nur minimal flexibles Werkstück durch eine Strukturierung mit einer lokalen Flexibilität zu versehen, indem ein bestimmtes Gebiet durch eine umrahmende Strukturierung gegenüber dem restlichen Element auslenkbar wird. Die Strukturierung soll so ausgeprägt sein, dass die Auslenkung insbesondere senkrecht zur Werkstückoberfläche ermöglicht wird, beziehungsweise mindestens eine senkrechte Komponente aufweist.

Dazu ist ein Glaselement mit einem gegenüber einem ersten Abschnitt auslenkbaren zweiten Abschnitt vorgesehen, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt über einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der Verbindungsabschnitt einstückig ausgebildet sind und wobei der Verbindungsabschnitt flexibel verformbar ausgebildet ist, derart, dass der Verbindungsabschnitt biegbar, sowie dehnbar oder stauchbar ist, so dass der zweite Abschnitt gegenüber dem ersten Abschnitt unter Verformung des Verbindungsabschnitts bewegbar ist.

Insbesondere kann die Strukturierung des Verbindungsabschnitts dergestalt sein, dass die Strukturierung die durch das Werkstück voneinander hermetisch getrennten Volumina nicht zueinander öffnet, die Strukturierung also gasdicht bleibt. Demgemäß kann der Verbindungsabschnitt in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung eine gasdichte Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt bilden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Glaselement plattenförmig ausgebildet, wobei der erste Abschnitt den zweiten Abschnitt umgibt. In diesem Fall kann der zweite Abschnitt beispielsweise einen Knopf bilden, der gegenüber der umgebenden Glasscheibe, beziehungsweise dem umgebenden ersten Abschnitt betätigbar, insbesondere eindrückbar ist.

Um die Verformbarkeit des Verbindungsabschnitts zu erleichtern, ist es weiterhin bevorzugt, wenn der Verbindungsabschnitt eine zumindest bereichsweise gegenüber dem ersten und/oder zweiten Abschnitt reduzierte Dicke aufweist.

Die Verformbarkeit, insbesondere auch die Dehnung oder Stauchung kann besonders wirkungsvoll dadurch erzielt werden, indem der Verbindungsabschnitt zumindest eine Oberflächenversetzung aufweist, dergestalt, dass der Verbindungsabschnitt mindestens zwei Bereiche aufweist, deren Oberflächen in Richtung senkrecht zur Oberfläche des ersten oder zweiten Abschnitts auf unterschiedlichen Höhen liegen. Durch diese Formgebung kann eine Dehnung oder Stauchung in eine Biegung des Materials zwischen diesen beiden Bereichen übersetzt werden. Durch die Biegung können sich die beiden Bereiche voneinander weg, oder aufeinander zu bewegen. Insbesondere kann der Verbindungsabschnitt zumindest eine Schlaufe oder Mäander aufweisen. Der Verbindungsabschnitt erhält dadurch eine Querschnittform ähnlich zu einem Balg, wie insbesondere einem Falten- oder Wellbalg.

Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand der beigefügten Figuren erläutert. In den Figuren verweisen gleiche Bezugszeichen jeweils auf gleiche oder entsprechende Elemente.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf ein plattenförmiges Glaselement.

Fig. 2 ist eine Querschnittansicht des plattenförmigen Glaselements.

Fig. 3 zeigt ein rohrförmiges Glaselement.

Fig. 4 zeigt ein plattenförmiges Glaselement im Querschnitt.

Fig. 5 zeigt eine Variante des Beispiels der Fig. 4.

Fig. 6 zeigt vier Beispiele von Glaselementen mit unterschiedlich geformten Verbindungsabschnitten.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm mit auftretenden Spannungen am Verbindungselement und Auslenkungen eines Abschnitts des Glaselements unter verschiedenen Krafteinwirkungen. Fig. 8 zeigt ein Glaselement mit unter Krafteinwirkung ausgelenktem zweiten Abschnitt.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm mit den für eine vorgegebene Auslenkung auftretenden Spannungen und Kräften für verschiedene Ausführungsformen von Glaselementen.

Fig. 10 bis Fig. 12 zeigen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Glaselements.

Fig. 13 zeigt eine Variante des Glaselements mit schräg verlaufenden Versetzungsstreifen.

Fig. 14 zeigt einen Schaltknopf mit einem Glaselement.

Fig. 15 zeigt eine Variante des Schaltknopfs.

Fig. 16 zeigt eine Bedienblende eines Smartphones oder Tablet-PCs.

Fig. 17 zeigt einen Sensor mit einem Glaselement.

Fig. 18 zeigt eine elektrische Durchführung.

Ausführliche Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Glaselement 1. Das Glaselement 1 ist gemäß einer Ausführungsform, die auch dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel zugrunde liegt, platten- oder scheibenförmig ausgebildet. Das Glaselement 1 untergliedert sich in einen ersten Abschnitt 3, einen zweiten Abschnitt 5 und einen die beiden Abschnitte 3, 5 verbindenden Verbindungsabschnitt 7. Die genannten drei Abschnitte 3, 5, 7 sind einstückig, beziehungsweise monolithisch ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass die drei Abschnitte 3, 5, 7 aus dem gleichen Glas geformt sind. Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel ist es bevorzugt, dass der erste Bereich 3 den zweiten Bereich 5 im Falle eines platten- oder scheibenförmigen Glaselements 1 umgibt, so dass der zweite Abschnitt 5 vorzugsweise vollständig vom ersten Abschnitt 3 umgeben ist. Der Verbindungsabschnitt 7 hat hier demgemäß die Form eines geschlossenen oder umlaufenden Rings, welcher den zweiten Abschnitt 5 einschließt und ringförmig umgibt. Im dargestellten, rein schematischen Beispiel weist der Verbindungsabschnitt 7 scharfe Ecken auf. In der Praxis kann es anders als dargestellt zur Erleichterung der Deformation allgemein von Vorteil sein, wenn der Verbindungsabschnitt 7 Ecken aufweist, die abgerundet sind. Der Verbindungsabschnitt 7 ist flexibel ausgebildet und kann insbesondere gedehnt oder gestaucht werden. In dem dargestellten Beispiel ist insbesondere die Dehnfähigkeit von Belang. Dadurch, dass der Verbindungsabschnitt 7 gedehnt werden kann, ist es möglich, den zweiten Bereich 5 gegenüber dem ersten Bereich 3 in Richtung senkrecht zur Oberfläche auszulenken. Allgemein, ohne Beschränkung auf bestimmte Ausführungsbeispiele ist daher in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt 7 eine Bewegung des zweiten Abschnitts 5 gegenüber dem ersten Abschnitt 3 in eine Richtung mit einer Komponente senkrecht zur Oberfläche des zweiten Abschnitts 5 ermöglicht. Insbesondere kann diese Bewegung auch genau senkrecht zur Oberfläche, beziehungsweise entlang der Oberflächennormale des zweiten Abschnitts 5 sein. Gegebenenfalls können auch Bewegungen gewünscht sein, die im Wesentlichen senkrecht sind. Im Sinne dieser Offenbarung wird darunter eine Bewegung verstanden, deren Bewegungskomponente senkrecht zur Oberfläche des zweiten Abschnitts 5 betragsmäßig größer ist, als der Betrag der Bewegungskomponente entlang, also parallel zur Oberfläche des zweiten Abschnitts 5.

Dies ist genauer anhand der schematischen Querschnittansicht eines plattenförmigen Glaselements 1 gemäß Fig. 2 verdeutlicht. Das Glaselement 1 weist zwei gegenüberliegenden Seiten 10, 11 auf. Durch eine Krafteinwirkung, beispielsweise durch Druck mittels eines Fingers kann der zweite Abschnitt 5 in Richtung senkrecht zu den Seiten 10, 11 ausgelenkt werden. In Fig. 2 ist der zweite Abschnitt 5 in ausgelenkter Position dargestellt, die Richtung der Auslenkung ist mit einem Pfeil symbolisiert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist für die Auslenkung des zweiten Abschnitts 5 einerseits eine Biegung, sowie andererseits auch eine Dehnung des Verbindungsabschnitts 7 erforderlich.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 3. Bei dieser Ausführungsform ist das Glaselement 1 als Rohr ausgebildet. Die Abschnitte 3, 5, 7 sind hier Längsabschnitte des Rohrs, wobei die beiden Abschnitte 3, 5 durch den Verbindungsabschnitt 7 miteinander verbunden sind. Dadurch, dass der Verbindungsabschnitt 7 nicht nur biegbar, sondern auch dehn- oder stauchbar ist, ermöglicht diese Anordnung, die beiden Abschnitte 3, 5 zueinander abzuwinkeln.

Wie der in den Fig. 1 bis 3 nur schematisch gezeigte Verbindungsabschnitt 7 geformt ist, um eine solche Deformation zu ermöglichen, wird im Folgenden anhand verschiedener Ausführungsformen genauer erläutert. Fig. 4 zeigt dazu ein Ausschnitt eines Glaselements 1 im Querschnitt. Das Glaselement 1 weist einen ersten Abschnitt 3 und einen zweiten Abschnitt 5 auf, die über einen Verbindungsabschnitt 7 miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungsabschnitt 7 eine gewisse Flexibilität aufweist, die eine Dehnung oder Stauchung, sowie auch eine Biegung ermöglicht, so dass die beiden Abschnitte 3, 5 gegeneinander verkippt, als auch quer zu deren Seiten 10, 11 versetzt werden können.

Um diese Flexibilität zu ermöglichen, weist der Verbindungsabschnitt 7 wie auch im dargestellten Beispiel zumindest bereichsweise eine gegenüber dem ersten oder zweiten Abschnitt 3, 5 reduzierte Dicke auf. Dies ermöglicht bereits eine einfachere Verbiegung des Glaselements 1 am Verbindungsabschnitt 7. Das Glaselement 1 ist vorzugsweise so strukturiert, die zumindest bereichsweise gegenüber dem ersten oder zweiten Abschnitt 3, 5 reduzierte Dicke einen Wert im Bereich von 10 pm bis 200 pm, bevorzugt im Bereich von 20 pm bis 100 pm aufweist.

Um eine Dehn- oder Stauchbarbeit des Verbindungsabschnitts 7 zu ermöglichen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform allgemein und ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt 7 zumindest eine Stufe oder Oberflächenversetzung 8 aufweist, dergestalt, dass der Verbindungsabschnitt 7 mindestens zwei Streifen 70, 71 aufweist, deren Oberflächen in Richtung senkrecht zur Oberfläche des ersten oder zweiten Abschnitts 3, 5 auf unterschiedlichen Höhen liegen. Diese versetzten Streifen 70, 71 können insbesondere durch einen weiteren Streifen des Verbindungsabschnitts 7 miteinander verbunden sein. Ein solcher Streifen wird im Folgenden als Versetzungssteg bezeichnet. Bevorzugt ist der Versetzungssteg 9 wie auch bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel in seiner Orientierung um 90° gegenüber der Orientierung der Seiten der Abschnitte 3, 5 verkippt. Liegen die Seiten 10, 11 der Abschnitte 3, 5 also waagerecht, so ist der Versetzungssteg 9 senkrecht orientiert. Die Verkippung muss nicht genau 90° betragen, allgemein kann der Versetzungssteg 9 gegenüber einer der Seiten 10, 11 eines der Abschnitte 3, 5 so orientiert sein, dass zwischen der Seite 10, 11 und der Oberfläche des Versetzungssteg 9 ein Winkel im Bereich von 60° bis 120°, vorzugsweise von 80° bis 100° besteht.

Allgemein wird die Dehn- und Stauchbarkeit des Verbindungsabschnitts 7 dadurch bewirkt, dass der Verbindungsabschnitt 7 Bereiche mit zueinander geneigten Flächen, beziehungsweise Flächen mit variierender Oberflächennormale aufweist. Dadurch kann eine Dehnung oder Stauchung einfach in eine leichte Änderung des Winkels zwischen den Flächen übersetzt werden. Wie anhand der Fig. 4 ersichtlich, ist die Oberfläche des Verbindungsabschnitts 7 so geformt, dass zumindest eine Kehle oder Rinne 13 gebildet wird. Dieses Merkmal ist nicht auf das spezielle Beispiel beschränkt. Der Verbindungsabschnitt 7 ist dann in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rinne 13 dehn- oder stauchbar. Besonders bevorzugt werden mehrere Rinnen 13 gebildet, dergestalt, dass benachbarte Rinnen zu unterschiedlichen Seiten 10, 11 des Glaselements 1 hin geöffnet sind. Sofern der Verbindungsabschnitt 7 ringförmig verläuft, gilt dies auch für die eine oder mehreren Rinnen 13. Ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel ist in Weiterbildung dieser Ausführungsform vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt zumindest 3, oder gemäß noch einer Weiterbildung mindestens 5 Rinnen 13 aufweist. Mit der Anzahl der Rinnen steigt bei gegebener Breite der Rinnen auch die gesamte Breite des Verbindungsabschnitts. Daher ist es andererseits günstig, wenn der Verbindungsabschnitt 7 höchstens 200, bevorzugt höchstens 100 Rinnen aufweist. Bevorzugt ist aber die Anzahl der Rinnen 13 auf höchstens 50, insbesondere höchstens 20 beschränkt, um den Fertigungsaufwand zu reduzieren. Die Rinnen 13 verlaufen Allgemein und bevorzugt typischerweise konzentrisch.

Bei dem Beispiel der Fig. 4 ist nur ein einzelner Versetzungssteg 9 vorhanden, welcher die Seitenwandung zweier benachbarter Rinnen 13 bildet. Eine höhere Dehnoder Stauchfähigkeit wird erreicht, wenn mehrere solcher Versetzungsstege 9 vorhanden sind. Fig. 5 zeigt dazu ein Beispiel einer allgemeinen Ausführungsform bei welchem der Verbindungsabschnitt 7 eine Rinne 13 aufweist, die beabstandet zu den Übergängen vom Verbindungsabschnitt 7 zu den angrenzenden ersten und zweiten Abschnitten 3, 5 verläuft. Diese Rinne 13 kann wie dargestellt von zwei solchen Versetzungsstegen 9 begrenzt werden. Die Form des Verbindungsabschnitts 7 kann auch dahingehend beschrieben werden, dass der Verbindungsabschnitt 7 zumindest eine Schlaufe oder Mäander aufweist. Bestandteil dieser Schlaufe oder Mäander ist die Rinne 13, beziehungsweise die Abfolge von zu gegenüberliegenden Seiten 10, 11 des Glaselements 1 geöffneten Rinnen 13. Wie anhand der Ausführungsformen der Fig. 5 und Fig. 6 ersichtlich, ist der Verbindungsabschnitt 7 als durchgehende Verbindung ohne Öffnungen ausgebildet. Allgemein, ohne Beschränkung auf die speziellen Beispiele ist daher in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt 7 eine fluiddichte, insbesondere auch gasdichte Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 3 und dem zweiten Abschnitt 5 bildet. Dies ermöglicht in einfacher Weise die Verwendung des Glaselements 1 für Anwendungen, bei denen das Glaselement 1 auch eine Barriere gegenüber der Einwirkung von Gasen oder Flüssigkeiten bieten soll. Beispielsweise ist dies von Vorteil für die Verwendung als Abdeckung von Displays. Das Glaselement 1 gemäß dieser Offenbarung ermöglicht es damit, Displays auch flexibel, insbesondere klapp- oder faltbar auszugestalten.

Eine Rinne 13, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, kann nun hinsichtlich ihrer Form in verschiedener Weise variiert werden. Fig. 6 zeigt vier verschiedene Ausgestaltungen einer Rinne 13 des Verbindungsabschnitts 7. Im Beispiel a) ist die mittlere Rinne 13 schmal und flach ausgebildet. Bei Beispiel b) ist die Rinne 13 ebenfalls flach, dafür aber breit geformt. Bei Beispiel c) ist eine schmale, aber tiefe Rinne 13 vorgesehen. Beispiel d) schließlich weist eine sowohl breite, als auch tiefe Rinne auf. Im Folgenden wird untersucht, wie sich die verschiedenen Rinnenformen auf die Verformbarkeit des Verbindungsabschnitts 7 auswirken. Dazu wurden Glaselemente 1 mit einer Dicke von 1 mm verwendet. Die Glasdicke im Verbindungsabschnitt 7 ist dabei um einen Faktor 20 reduziert auf 0,05 mm. Die Übergänge zwischen den Streifen 70, 71 und den Versetzungsstegen 9 sind anders als in den Figuren dargestellt leicht abgerundet mit Kantenradien von 0,025 mm an allen Kanten. Bei breiten Streifen 70, 71 und breiten Versetzungsstegen betrug deren Breite jeweils 0,9 mm. Bei kurzen Streifen 70, 71 und Versetzungsstegen 9, wie etwa im Beispiel a) der Fig. 6 betrug die Breite ein Viertel dieses Werts, also etwa 0,225 mm. Es ist ersichtlich, dass die Darstellung der Fig. 6 diesbezüglich nicht maßstäblich ist, da die schmalen Streifen und Stege der berechneten Beispiele im Verhältnis zu den breiten Streifen und Stegen nochmals deutlich schmaler sind, als in der schematischen Darstellung gezeigt.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm mit auftretenden Spannungen an verschieden geformten Verbindungselementen und die entstehenden Auslenkungen unter verschiedenen Krafteinwirkungen. Die Verbindungsabschnitte 7 sind unter dem Diagramm schematisch gezeigt und mit Buchstaben a) - d) bezeichnet. Diese Buchstaben kennzeichnen die in Fig. 6 gezeigten Ausführungsformen. Berechnet wurde die Auslenkung des zweiten Abschnitts 5 gegenüber dem ersten Abschnitt 3 unter Krafteinwirkung senkrecht auf eine der Seiten 10 oder 11 und die daraus entstehende Auslenkung senkrecht zur Seite 10 oder 11. Die vier Ausführungsformen sind in Fig.7 von links nach rechts in absteigender Reihenfolge bezüglich der bei Auslenkung auftretenden Maximal Spannung geordnet. Die Maximal Spannung tritt dabei übrigens an einer unter Zugspannung stehenden Innenkante auf. Wie anhand des Diagramms ersichtlich verhalten sich die verschiedenen Ausführungsformen bezüglich der Maximal Spannung und Auslenkung sehr unterschiedlich. Dabei zeichnen sich die Ausführungsformen mit schmalen Rinnen (Ausführungsformen a) und c)) durch geringere Auslenkungen bei gleichzeitig auch geringeren maximalen Hauptspannungen aus. Die Ausführungsformen mit breiten Rinnen 13 weisen demgegenüber bei gegebener Krafteinwirkung vergleichsweise große Auslenkungen und auch große Maximal Spannungen auf. Wie erläutert sind die auftretenden maximalen Zugspannungen abhängig von der Form und den Abmessungen des Verbindungsabschnitts. Generell kann der Verbindungsabschnitt 7 so ausgelegt werden, dass am Verbindungsabschnitt 7 eine Maximal Spannung im Belastungsfall entsteht, die kleiner als 400 MPa, vorzugsweise kleiner als 200 MPa, insbesondere kleiner als 100 MPa und ganz besonders bevorzugt kleiner als 80 MPa beträgt. Diese

Maximal Spannung bezieht sich dabei insbesondere auf die durch den j eweiligen Anwendungsfall gegebene Maximalauslenkung. So kann beispielsweise bei einem Schalter ein Anschlag vorgesehen sein, welcher die Auslenkung begrenzt. Die vorstehend genannten Maximal Spannungen beziehen sich dann auf die durch den Anschlag festgelegte Maximalauslenkung.

Fig. 8 zeigt zur Verdeutlichung noch die Ausführungsform gemäß Fig. 6 b) unter Einwirkung einer Kraft F. Durch die Kraft F wird der zweite Abschnitt 5 senkrecht zur Oberfläche, beziehungsweise zu den Seiten 10, 11 ausgelenkt. Der Bereich der maximalen Zugspannung 15, welcher an der Innenkante am Übergang vom Verbindungsabschnitt 7 zum ersten Abschnitt 3 auftritt, ist in Fig. 8 gekennzeichnet.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm mit den für eine vorgegebene Auslenkung auftretenden Spannungen und Kräften für die gleichen Ausführungsformen von Glaselementen 1, die auch dem Diagramm der Fig. 7 zugrunde liegen. Die durch Simulationsrechnung erhaltenen Werte beziehen sich auf eine Auslenkung von 0,03 mm. Die mit der durchgezogenen Linie verbundenen Werte kennzeichnen die auftretenden Maximal Spannungen für die Auslenkung von 0,03 mm. Die mit der gestrichelten Linie verbundenen Werte sind die für die genannte Auslenkung jeweils erforderlichen Kräfte.

Die benötigte Kraft (gestrichelte Kurve) für die gleiche Auslenkung ist für die Ausführungsform gemäß Fig. 6 b) (im Diagramm links) 10-fach kleiner als für die Ausführungsform nach Fig. 6 c). Die Spannungen variieren demgegenüber nur etwa um den Faktor 4 mit Höchstwert bei Variante „schmal und kurz“ gemäß Fig. 6 a).

Alle hier gezeigten Ausführungsformen haben je nach Anwendung Vor- und Nachteile. So können steifere oder auch flexiblere Verbindungen gewünscht sein. Bei einigen Anwendungen sind allerdings große Auslenkungen bei möglichst geringen Spannungen von besonderem Vorteil. Diese Eigenschaften werden insbesondere mit breiten horizontalen Stegen, beziehungsweise breiten Streifen 70, 71 erzielt. Demgegenüber ergeben lange vertikale Stege, also lange Versetzungsstege 9 eher steifere Verbindungselemente. Um einen eher leicht verformbaren Verbindungsabschnitt 7 zu erhalten, ist es daher von Vorteil, wenn die Summe der Breiten der zumindest zwei auf unterschiedlichen Höhen liegenden Streifen 70, 71 größer ist, als die Breite des die beiden Streifen 70, 71 verbindenden Versetzungsstegs 9. Die Breite des Versetzungsstegs 9 wird dabei ebenso wie die Breite der Streifen 70, 71 jeweils entlang von deren Oberfläche gemessen. Für die Breiten der Streifen 70, 71 und des Versetzungsstegs 9 können zur exakten Festlegung die Breiten an den gegenüberliegenden Seiten gemittelt werden. Bei dem Streifen 70 des in Fig. 5 gezeigten Beispiels endet das gemittelte Breitenmaß damit an der Mittellinie des Versetzungsstreifens 9. Das gemittelte Breitenmaß B ist zur Veranschaulichung in Fig. 5 eingezeichnet. Bevorzugt ist die Summe der Breiten zweier Streifen 70, 71 mindestens um einen Faktor 3 größer, als die Breite des Versetzungsstegs 9. Dies ist etwa bei dem Beispiel der Fig. 6 b) der Fall.

Unabhängig von der speziellen Formgebung ist es in Weiterbildung des Glaselements vorgesehen, dass der Abschnitt 7 dergestalt strukturiert ist, dass die Spannungen im Material des Elements, also im Glas, hervorgerufen durch eine Bewegung vom zweiten Abschnitt 5 relativ zum ersten Abschnitt 3 im Vergleich zur Bewegung, wie etwa einer Verbiegung eines unstrukturierten Abschnitts, insbesondere eines unstrukturierten Abschnitts ohne Dickenreduktion um mindestens 50%, bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 99% vermindert sind.

Allgemein ist die relative Auslenkbarkeit der beiden Abschnitte 3, 5 auch von der Breite des Verbindungsabschnitts 7 abhängig. Im Allgemeinen ist der Verbindungsabschnitt 7 umso leichter verformbar, je breiter dieser ausgeführt ist. Dazu ist es günstig, wenn der Verbindungsbereich 7 eine Breite aufweist, die mindestens 10% der Dicke des Glaselements 7 aufweist. Im Falle, dass die Dicke des Glases in den Bereichen 3, 5 unterschiedlich ist, gilt die vorgenannte Bedingung in Bezug auf die größere der Dicken. Mehr bevorzugt ist eine Breite des Verbindungsabschnitts 7, die mindestens 20% der Dicke des Glaselements 1 beträgt. Insbesondere bevorzugt ist eine Breite des Verbindungsabschnitts 7 von mindestens 50% der Glasdicke. Bei einer zu großen Breite kann aber auch die Stabilität des Glaselements 1 reduziert werden. Es ist daher weiterhin allgemein bevorzugt, wenn die Breite des Verbindungsabschnitts höchstens 150% der Dicke des Glaselements 1 beträgt.

Ein Glaselement 1 wie es hier beschrieben ist, lässt sich herstellen, indem zunächst eine Vorform eines Glaselements bereitgestellt und nachträglich selektiv Material von der Vorform entfernt wird, so dass durch das Entfernen des Materials ein Verbindungsabschnitt 7 erzeugt wird, welcher angrenzende Abschnitte, nämlich einen ersten Abschnitt 3 und einen zweiten Abschnitt 5 verbindet und welcher biegbar, sowie dehnbar oder stauchbar ist, so dass der erste und der zweite Abschnitt 3, 5 relativ zueinander bewegbar sind. Um das Material zu entfernen, können mehrere Verfahren eingesetzt und gegebenenfalls auch kombiniert werden. Diese Verfahren können strukturierende Laser-Ablation, selektives Laser-Ätzen, Ablation mit Ätzen, Ätzen mit Maskierung, insbesondere ein Lithographie- Verfahren, Sandstrahlen und Ultraschall- Schwingläppen umfassen. Ein weiteres Verfahren, welches für die hier beschriebene Strukturierung verwendbar ist, ist in der DE 10 2018 110 211.9 beschrieben, deren Inhalt bezüglich der Erzeugung von Vertiefungen in Glas vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird. Das darin beschriebene Verfahren basiert darauf, dass eine Kavität in einem Substrat aus sprödhartem Material, vorzugsweise Glas eingefügt wird, indem der Laserstrahl eines Ultrakurzpulslasers auf eine der Seitenflächen des Substrates, hier also auf die Vorform des herzustellenden Glaselements 1, gerichtet und mit einer Fokussierungsoptik zu einem langgezogenen Fokus im Substrat konzentriert wird. Durch die eingestrahlte Energie des Laserstrahls wird eine filamentförmige Schädigung im Volumen des Substrates erzeugt, welche bis zu einer vorbestimmten Tiefe in das Volumen hineinreicht und nicht durch das Substrat hindurchgeht. Nach dem Einfügen von zumindest zwei filamentförmigen Schädigungen wird das Substrat einem Ätzmedium ausgesetzt, welches Material des Substrates abträgt und die zumindest zwei filamentförmigen Schädigungen zu Filamenten aufweitet, wobei zumindest zwei Filamente zu einer Kavität verbunden werden. Eine solche Kavität kann dann eine Rinne 13 des Verbindungsabschnitts 7 bilden.

Allgemein kann das Entfernen des Materials also durch Ätzen, insbesondere auch unter vorhergehendem Erzeugen filamentförmiger Schädigungen, oder auch, wie weiter oben beschrieben, durch Ablation, oder durch abrasiven Abtrag erfolgen.

Die Fig. 10 bis Fig. 12 zeigen zur Veranschaulichung Verfahrensschritte zur Herstellung eines Glaselements 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Verfahren basiert auf einer mittels einer Maskierung bewirkten selektiven Material entfernung. Zunächst wird auf einer Glaselement-Vorform 2 wie in Fig. 10 gezeigt, eine Maskierung 17 in Form einer strukturierten Beschichtung aufgebracht. Dies kann auch erfolgen, indem die Schicht unstrukturiert aufgebracht und dann, beispielsweise lithographisch strukturiert wird. Die Maskierung 17 ist so strukturiert, dass diese Öffnungen 19 aufweist. Anschließend wird, wie in Fig. 11 dargestellt, Glas im Bereich der Öffnungen 19 entfernt, so dass die Glasdicke lokal verringert wird und Vertiefungen erzeugt werden. Schließlich kann die Maskierung 17 entfernt werden und es wird, wie in Fig. 12 dargestellt, ein Glaselement 1 erhalten, bei welchem die Vertiefungen zu gegenüberliegenden Seiten hin geöffnete Rinnen 13 eines flexiblen Verbindungsabschnitts 7 bilden. Das Entfernen des Glases kann abrasiv, etwa durch einen Sandstrahl, oder auch durch Ätzen erfolgen.

Das Glaselement 1 kann nach der Strukturierung und der damit erfolgten Herstellung des Verbindungsabschnitts 7 auch noch weiter verarbeitet werden. Gedacht ist hier unter anderem an einer ein- oder beidseitigen Bearbeitung der Oberfläche des Glaselements 1. Eine solche Bearbeitung kann eine ein- oder beidseitige Beschichtung umfassen. Besonders ist aber auch an eine Vorspannung gedacht. Bevorzugt wird hierbei insbesondere eine chemische Vorspannung. Gemäß einer Weiterbildung ist das Glaselement 1 demgemäß chemisch vorgespannt. Es bietet sich hierbei weiterhin an, dass das Vorspannen nach dem Strukturieren, also nach der Herstellung des Verbindungsabschnitts 7 durchgeführt wird. In diesem Fall ist demgemäß das Glaselement einschließlich des Verbindungsabschnitts 7 vorgespannt, insbesondere chemisch vorgespannt. Durch das Vorspannen ist auf beiden Seiten des Glaselements einschließlich der gegenüberliegenden Oberflächen des Verbindungsabschnitts 7 eine Druckspannungszone vorhanden. Die Druckspannung wird durch eine durch das Vorspannen erzeugte Austauschschicht hervorgerufen, In der Austauschschicht sind Ionen des Glases zumindest teilweise durch größere Ionen ausgetauscht. Verbreitet ist der Austausch von Natrium-Ionen durch Kalium-Ionen. In diesem Fall weist die beidseitige Austauschschicht eine gegenüber dem Glas im Inneren des Glaselements erhöhte Kalium-Konzentration auf.

Fig. 13 zeigt eine Variante des Glaselements 1 mit mindestens einem schräg zur Oberfläche des Glaselements 1, also schräg zu zumindest einer der Seiten 10, 11 verlaufenden Versetzungsstreifen 9. Vorzugsweise sind mehrere Versetzungsstreifen 9 schräg angeordnet, wie auch im dargestellten Beispiel. Mit anderen Worten weicht der Winkel der Oberflächen mindestens eines der Versetzungsstreifen 9 von einem 90°- Winkel zu den Seiten 10, 11 ab. Durch diese Anordnung sind auch die Rinnen 13 im Querschnitt betrachtet schräg angeordnet. Die Mittenebene 14 der Rinnen 13 liegt demgemäß ebenfalls schräg zu den Seiten 10, 11. Mit einer solchen Anordnung kann erreicht werden, dass die für eine Auslenkung erforderliche Kraft abhängig von der Richtung der Auslenkung wird, dass sich also beispielsweise die Kraft für eine Auslenkung in einer Richtung von Seite 10 hin zu Seite 11 unterscheidet von einer Auslenkung in die entgegengesetzte Richtung. Ohne Beschränkung auf spezielle Ausführungsformen ist daher gemäß noch einer Weiterbildung allgemein vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt 7 so geformt ist, dass sich die Kräfte für Auslenkungen der Abschnitte 3, 5 relativ zueinander unterscheiden, wenn diese Auslenkungen in entgegengesetzte Richtungen erfolgen. Eine solche Asymmetrie der Auslenkungskräfte kann auch mit anderen Formgebungen als den oben beschriebenen schräg verlaufenden Rinnen 13 erzielt werden. Für ein Glaselement 1, wie es hierin beschrieben ist, ergeben sich vielfältige Anwendungen. Fig. 14 zeigt dazu ein Bedienelement, im Speziellen einen manuell bedienbaren Schaltknopf 21. Die Bedienoberfläche des Schaltknopfs 21 wird durch ein Glaselement 1 gemäß dieser Offenbarung gebildet. Beispielsweise kann mit dem Glaselement 1 ein von diesem abgedeckter elektrischer Schalter betätigt werden. Bei dem Beispiel der Fig. 14 stellt der zweite Abschnitt 5 ein Bedienelement dar, mit dem ein darunter liegender Schaltknopf 21 betätigbar ist.

Fig. 15 stellt eine Variante dar, bei welcher das Glaselement 1 selbst Teil eines elektrischen Schalters ist. Hierzu ist auf dem Glaselement 1 ein Schaltkontakt 24, beispielsweise in Form einer leitenden Beschichtung angeordnet. Durch Drücken auf den zweiten Abschnitt 5 kann dieser in Richtung auf einen weiteren Schaltkontakt 22 bewegt werden, so dass sich die beiden Schaltkontakte 22, 24 berühren und einen elektrischen Kontakt herstellen, beziehungsweise einen Stromkreis schließen. Ohne Beschränkung auf die dargestellten Beispiele ist somit gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Glaselement 1 oder spezieller der zweite Abschnitt 5 als Teil eines elektrischen Schalters verwendet wird.

Die Auslenkbarkeit des zweiten Abschnitts 5 gegenüber dem ersten Abschnitt 3 kann dabei unter anderem dazu dienen, dem Bediener eine haptische Rückkopplung zu vermitteln. Eine mögliche Anwendung ist hier die Abdeckblende eines Displays, etwa eines Displays von einem Smartphone oder Tablet-PC. Die Abdeckblende kann damit durch den bewegbaren zweiten Abschnitt 5 mit einem integrierten Bedienschalter versehen sein. Ein solches Beispiel zeigt das in Fig. 16 dargestellte mobile elektronische Gerät 20. Das mobile elektronische Gerät 20 kann wie gesagt ein Smartphone oder ein Tablet-PC sein und weist ein Display 27 auf, das von einer transparenten Abdeckblende 20 geschützt wird. Die Abdeckblende 20 wird durch ein Glaselement 1 gemäß dieser Offenbarung gebildet. Dabei wird das Display 27 vom ersten Abschnitt 3 des Glaselements 1 bedeckt. Der zweite Abschnitt 5 ist ein Knopf, wie er beispielsweise in Fig. 14 oder Fig. 15 dargestellt ist. Dieses Bedienelement kann etwa als sogenannter „Home-Button“ dienen.

Eine weitere Anwendung zeigt Fig. 17. Das Glaselement 1 kann als Bestandteil eines Sensors 29 verwendet werden. Dabei kann der Sensor 29 insbesondere ausgebildet sein, die Auslenkung des zweiten Abschnitts 5 zu erfassen, etwa um Kräfte oder Drücke zu messen. Für die Druckmessung ist es besonders von Vorteil, dass der Verbindungsabschnitt 7 flexibel ist und gleichzeitig fluiddicht ausgebildet sein kann. Eine Möglichkeit, die auch bei dem in Fig. 17 gezeigten Beispiel realisiert ist, ist eine optische Erfassung der Auslenkung des zweiten Abschnitts 5. Bei dem Beispiel ist eine Laserdiode 31 vorgesehen, deren Laserstrahl 32 auf den zweiten Abschnitt 5 gerichtet ist. Der von der Oberfläche des Glaselements 1, beziehungsweise vom zweiten Abschnitt 5 reflektierte Laserstrahl 5 wird von einem Detektor 33 erfasst. Durch eine Auslenkung des zweiten Abschnitts 5 ergibt sich dabei eine Positionsänderung des Auftreffpunkts des Laserstrahls 32 auf dem Detektor. Eine andere Möglichkeit ist beispielsweise eine kapazitive Erfassung. Dabei kann der zweite Abschnitt mit einer Elektrode, beispielsweise mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung, versehen sein. Eine Positionsänderung des zweiten Abschnitts 5 kann dann anhand der Änderung des Abstands zu einer zweiten Elektrode und der damit verbundenen Kapazitätsänderung erfasst werden.

Umgekehrt kann das Glaselement 1 auch Bestandteil eines Aktors 30 sein. Bei dem dargestellten Beispiel könnte dazu der zweite Abschnitt 5 aktiv bewegt werden, um einen Laserstrahl 32 abzulenken.

Noch eine besonders vorteilhafte Anwendung ist die Verwendung des Glaselements 1 als Isolation einer elektrischen Durchführung. Eine solche elektrische Durchführung 35 zeigt das Beispiel der Fig. 18. Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel ist dabei eine elektrische Durchführung 35 mit einem Glaselement 1 gemäß dieser Offenbarung vorgesehen, bei welcher ein Durchführungsleiter 41 durch den zweiten Abschnitt 5 des Glaselements hindurchgeführt und mit dem Glas des Glaselements 1 dichtend verbunden ist, und wobei das Glaselement 1 am ersten Abschnitt 3 mit einem Flansch, beziehungsweise einer Fassung 37 verbunden ist, derart, dass der Durchführungsleiter 41 beabstandet zur Fassung gehalten ist und das Glaselement 1 eine elektrische Isolation des Durchführungsleiters 41 gegenüber der Fassung bereitstellt, und wobei sich der Verbindungsabschnitt 7 zwischen der Fassung 37 und dem Durchführungsleiter 41 und ringförmig um den Durchführungsleiter 41 herum erstreckt.

Diese Anordnung sorgt dafür, dass der Durchführungsleiter 41 gegenüber der Fassung beweglich ist. Die besondere Ausgestaltung des Verbindungsbereichs 7, der dehn- und stauchbar, sowie dadurch auch verkippbar ist, ermöglicht es, sowohl seitliche, als auch axial auf den Durchführungsleiter einwirkende Stöße aufzufangen, ohne dass die Durchführung 35 beschädigt wird.

Gemäß einer Ausführungsform, welche auch im Beispiel der Fig. 18 verwirklicht ist, ist das Glaselement 1 an der Fassung 37 mittels eines Glaslots 39 verbunden. Ebenso kann auch der Durchführungsleiter 41 mit Glaslot in einer passenden Öffnung im zweiten Abschnitt 5 des Glaselements 1 befestigt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht es, das Glaselement 1 mit der Strukturierung des Verbindungsabschnitts 7 vorzufertigen und dann die Durchführung 35 durch Montage von Durchführungsleiter 41 und Fassung 37 und vorzugsweise hermetischer Verbindung dieser Komponenten mit Glaslot 39 fertigzustellen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch zunächst die Durchführung hergestellt werden, indem der Durchführungsleiter 41 in der Fassung 37 eingeglast wird und die Einglasung dann nachträglich strukturiert wird, indem Glas zur Herstellung des Verbindungsabschnitts 7 abgetragen wird. Beim Einglasen werden der Durchführungsleiter 41 und die Fassung 37 in einer Form gehalten und der Zwischenraum mit Glasmaterial gefüllt. Die Anordnung wird dann aufgeheizt, bis das Glasmaterial aufschmilzt und ein Glaselement, beziehungsweise eine Glas-Vorform bildet.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die verschiedenen Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, auch in vielfältiger Weise variiert und kombiniert werden können. So ist die Offenbarung unter anderem nicht auf Glaselemente mit einem einzelnen zweiten Abschnitt 5 beschränkt. Vielmehr kann ein Glaselement 1 mehrere solcher gegenüber dem ersten Abschnitt 3 vermittels eines Verbindungsabschnitts 7 beweglicher zweiter Abschnitte 5 aufweisen. Diese können auch je nach Anwendung unterschiedlich geformt sein. Bezugszeichenliste