Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vogelschutzvorrichtung, umfassend einen transparenten Stoff, wobei der transparente Stoff optisch wirksame Strukturen aufweist, welche eine gegenüber dem transparenten Stoff erhöhte Absorption von elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich ausserhalb des für den Menschen sichtbaren Bereichs haben.
Stand der Technik
[0002] Ein bekanntes Problem bei transparenten Teilen von Bauten ist deren mangelnde Wahrnehmbarkeit durch Vögel. Da es den meisten Vögeln nicht möglich ist, transparente Gegenstände zu erkennen, kommt es häufig zu Kollisionen der Vögel mit den transparenten Gegenständen. Bei einer solchen Kollision tritt der Tod des Vogels häufig sofort ein, oder kurze Zeit später infolge von schweren Verletzungen oder Verhaltensstörungen.
[0003] Bekannte Massnahmen zu der Verhinderung von Vogelschlag betreffen das Anbringen von blickdichten Folien in Form von Raubvogelsilhouetten oder das Ausgestalten von optisch wahrnehmbaren Mustern wie Streifen oder Punkten. Diese Massnahmen haben den Nachteil, dass sie die grundlegende Aufgabe der Objekte, nämlich deren Transparenz, beeinträchtigen. Insbesondere werden sie aber oft vom Menschen als störend und als ästhetisch nachteilig empfunden.
[0004] Es ist z.B. die EP 1 110 450 (Meyerhuber) bekannt, welche UV-absorbierende Massnahmen zum Schutz gegen Vogelschlag an einem transparenten Stoff vorschlägt. Damit wird erreicht, dass die Massnahme gegen den Vogelschlag von den Vögeln besser wahrgenommen wird als vom Menschen. Zur Ausbildung der UV-absorbierenden Massnahmen werden in der EP 1 110 450 bevorzugt bereichsweise Beschichtungen der Oberfläche des transparenten Stoffes durch z.B. Folien, chemische Abscheidungen oder Bedampfung vorgeschlagen. Es wird auch die Möglichkeit beschrieben, dem transparenten Stoff bereits bei seiner Herstellung einen Zuschlagstoff beizumengen, durch welchen die UV-absorbierenden Eigenschaften erreicht werden.
[0005] Ausführungen mit Oberflächenbeschichtungen des transparenten Stoffes haben den Nachteil einer schlechten Haltbarkeit. Oft weisen die Beschichtungen eine schlechte Haftung an der Oberfläche auf und lösen sich nach vergleichsweise kurzer Zeit wieder ab. Zudem sind zusätzliche Massnahmen wie z.B. weitere Beschichtungen notwendig, um die Oberflächenbeschichtung z.B. gegen äussere Einflüsse wie Witterungseinflüsse zu schützen. Insbesondere Folien haben den Nachteil, dass sie zu Spannungen im transparenten Stoff und zu Deformation führen können oder, im Falle von Glas, sogar zum Bruch.
Ein Zuschlagstoff, welcher dem transparenten Stoff bei seiner Herstellung beigemengt wird, hat den Nachteil, dass es nicht möglich ist, selektiv optisch wirksame Strukturen zu erzeugen, sondern der transparente Stoff nur gesamthaft mit der erwünschten UV-absorbierenden Wirksamkeit versehen werden kann.
Darstellung der Erfindung
[0006] Die Aufgabe eines ersten Aspekts der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Vogelschutzvorrichtung zu schaffen, welche witterungsbeständig ist und sich durch eine hohe Haltbarkeit auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine einfache Herstellung einer dem eingangs genannten Gebiet zugehörigen Vogelschutzvorrichtung mit beliebig geformten und witterungsbeständigen optisch wirksamen Strukturen ermöglicht, insbesondere einer Vogelschutzvorrichtung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung.
[0007] Die Lösung der Aufgabe gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst eine Vogelschutzvorrichtung einen transparenten Stoff mit optisch wirksamen Strukturen. Die optisch wirksamen Strukturen weisen dabei eine gegenüber dem transparenten Stoff erhöhte Absorption von elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich ausserhalb des für den Menschen sichtbaren Bereichs auf. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Metallion aus der Liste von Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag und Sn in Bereichen der optisch wirksamen Strukturen in einer unter einer Oberfläche im Inneren des transparenten Stoffes liegenden Schicht gegenüber anderen Bereichen des transparenten Stoffes angereichert ist.
[0008] Hinweis: Mit der "Anreicherung" einer Metallionensorte wird eine Erhöhung der Konzentration der entsprechenden Metallionen in den jeweiligen Bereichen bezeichnet. "Optisch wirksame Strukturen" bezeichnen Bereiche im transparenten Stoff, in welchen die optischen Eigenschaften des transparenten Stoffes modifiziert sind. Die Strukturen können dabei Formen wie z.B. Raubvogelsilhouetten haben oder andere flächige Objekte und/oder Muster wie z.B. Streifen, Gitter oder Punkte darstellen. Die innen liegende Schicht ist dabei als eine gedachte, unter der Oberfläche im Inneren des transparenten Stoffes liegende Schicht zu verstehen, welche nur in den Bereichen der optischen Strukturen mit Metallionen angereichert ist.
[0009] Die erfindungsgemäss in einer innen liegenden Schicht unter der Oberfläche im transparenten Stoff angereicherten Metallionen vermögen eine elektromagnetische Strahlung zu absorbieren. Insbesondere filtern die Metallionen selektiv gewisse Wellenlängenbereiche aus einem durch den transparenten Stoff hindurchtretenden elektromagnetischen Strahlungsspektrum durch Absorption heraus. Ebenso wird auch das Reflexionsvermögen des transparenten Stoffs durch die eingelagerten Metallionen modifiziert. Elektromagnetische Strahlung, welche von einer zweiten, innen liegenden, Oberfläche des transparenten Stoffes reflektiert wird, durchquert die innen liegende absorbierende Schicht zweimal bevor sie zurückgeworfen wird. Somit wird der entsprechende Wellenlängenbereich auch aus der reflektierten Strahlung zu einem gewissen Grad herausgefiltert.
Erfindungsgemäss sind die angereicherten Metallionen derart gewählt, dass die absorbierte Strahlung in einem Wellenlängenbereich liegt, welcher vom Menschen nicht wahrgenommen werden kann. In der Durchsicht durch den transparenten Stoff ergibt sich dann in den Bereichen mit einer Anreicherung der Metallionen, d.h. der optisch wirksamen Strukturen, für den Menschen keine oder nur eine sehr geringe Änderung bzw. Beeinträchtigung der Transparenz. In dem Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung, in welchem die Absorption der Metallionen liegt, ist der transparente Stoff jedoch weniger durchsichtig. Die optisch wirksamen Strukturen erscheinen in der Durchsicht als dunklere und auch, in der Wahrnehmung des Vogels, farblich veränderte Objekte. Ebenso können in reflektierten Strahlungsanteilen die optisch wirksamen Strukturen als dunkle Objekte hervortreten.
Insbesondere können die Metallionen derart gewählt werden, dass die einfallende und in den transparenten Stoff eindringende UV-Strahlung durch die Metallionen absorbiert wird.
[0010] Erfindungsgemäss liegt die innen liegende Schicht unter einer Oberfläche des transparenten Stoffes, das heisst die angereicherten Metallionen sind im transparenten Stoff vorhanden bzw. eingelagert. Damit ergibt sich im Vergleich zu bekannten Vogelschutzvorrichtungen, welche UV-absorbierende Folien oder Beschichtungen benutzen, intrinsisch eine verbesserte Beständigkeit gegenüber äusseren Einflüssen wie z.B. Witterung oder Beschädigung durch Krafteinwirkung. Indem die innen liegende Schicht innerhalb des transparenten Stoffes liegt, ist sie durch den transparenten Stoff selbst geschützt. Die Haltbarkeit gegenüber äusseren Einflüssen ist daher im Wesentlichen durch die Haltbarkeit des transparenten Stoffes selbst bestimmt.
[0011] Erfindungsgemäss werden die Metallionen durch thermisch induzierte Diffusion in den transparenten Körper eingebracht, d.h. eindiffundiert. Insbesondere können die Metallionen durch ein derartiges Verfahren nach der Herstellung des transparenten Stoffes oder dessen Ausgestaltung in seine endgültige Form in den transparenten Stoff eingebracht werden.
[0012] Es ist bekannt, dass Vögel ein besseres Wahrnehmungsvermögen als der Mensch im Bereich der UV-Strahlung (ca. 10-400 nm) haben. Insbesondere im UVA-Bereich, welcher einen Wellenlängenbereich von etwa 315-400 nm umfasst, weisen Vögel eine gute UV-Sichtigkeit auf. Es ist daher vorteilhaft in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Anreicherung der Metallionen in den Bereichen der optischen wirksamen Strukturen derart zu wählen, dass ein Absorptionsmaximum im Bereich der UV-Strahlung liegt, insbesondere im Bereich der UVA-Strahlung. Es ist auch denkbar, das Absorptionsmaximum mit einer geeigneten Wahl der Metallionen in einem anderen UV-Bereich auszubilden, z.B. im UVB-Bereich (280-320 nm).
Dies kann insofern vorteilhaft sein, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass gewisse Vogelarten für andere Wellenlängenbereiche im UV-Bereich eine bessere Wahrnehmung haben, als im UVA-Bereich. Alternativ ist es auch denkbar, dass andere Wellenlängenbereiche des Lichts, welche nicht im UV-Bereich und ausserhalb des für Menschen sichtbaren Bereichs liegen, für Vögel sichtbar sind und daher ebenfalls geeignet sind, um durch Absorption in eben diesen Wellenlängenbereichen die optisch wirksamen Strukturen zu schaffen.
[0013] Optisch wirksame Strukturen, welche alleine auf Absorption eines gewissen Wellenlängenbereichs ausserhalb des für Menschen sichtbaren Bereichs beruhen, werden nicht von allen Vögeln gleich gut wahrgenommen. Bei UV-absorbierenden optischen Strukturen hat man die Erfahrung gesammelt, dass diese Strukturen von gewissen Vogelarten überhaupt nicht wahrgenommen werden. Es ist daher vorteilhaft, die absorbierende Eigenschaft mit einem weiteren optischen Effekt zu kombinieren. Insbesondere kann eine Kombination mit Fluoreszenzemission im sichtbaren Bereich eine verbesserte Wahrnehmbarkeit der optischen Strukturen für eine breitere Artenvielfalt der Vögel bedingen. Die Fluoreszenzemission kommt erfindungsgemäss durch Abstrahlung der durch die Metallionen absorbierten Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich zustande.
Insbesondere findet die Wiederabstrahlung im für den Menschen sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums statt. Die Fluoreszenzemission ist dabei als zusätzliches, optisch wirksames Mittel zu verstehen, welches die absorbierende Eigenschaft der optisch wirksamen Strukturen ergänzen und verbessern kann. Die optisch wirksamen Strukturen können aber auch als rein absorbierende Strukturen ausgeführt sein, wobei z.B. durch genaue Anpassung des Absorptionsprofils bzw. -spektrums erreicht werden kann, dass die optisch wirksamen Strukturen von einer möglichst grossen Zahl von verschiedenen Vogelarten wahrgenommen werden können.
[0014] Es hat sich herausgestellt, dass die Anreicherung von zwei Sorten von Metallionen in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen besonders vorteilhaft ist. Überraschenderweise hat sich gegenüber anderen Kombinationen eine gemeinsame Anreicherung von entweder Kupfer (Cu) und Zirkonium (Zr) oder Kupfer und Chrom (Cr) als besonders geeignet herausgestellt. In einer Vielzahl von Versuchen hat sich die gemeinsame Anreicherung von Cu und Zr oder Cu und Cr durch eine unerwartet hohe UV-Absorption ausgezeichnet. Eine Ausführung einer erfindungsgemässen Vogelschutzvorrichtung mit angereichertem Cu und Zr oder Cu und Cr bildet somit eine besonders bevorzugte Ausführungsform.
[0015] Zusätzlich zu der guten UV-Absorption weist die Kombination von Cu mit Zr oder Cr ein hohes Mass an Fluoreszenzemission in einem für Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich auf. Während die Fluoreszenzemission aber für Menschen zu schwach und kaum wahrnehmbar ist, kann es für verschiedene Vogelarten zu einer wahrnehmbaren Emission kommen, welche kombiniert mit der ausgezeichneten UV-Absorption eine verbesserte Wahrnehmbarkeit der optisch wirksamen Strukturen ergibt.
[0016] Es zeigt sich somit, dass die kombinierte Anreicherung von Cu mit Zr oder von Cu mit Cr überraschenderweise besonders wünschenswerte Eigenschaften miteinander verbindet und für die Erfindung besonders geeignet ist.
[0017] Alternativ können auch andere Metallionen der erfindungsgemässen Liste paarweise kombiniert werden. Entsprechende Versuche haben aber ergeben, dass andere Paarungen von Metallionen eine geringere UV-Absorption aufweisen und damit weniger bevorzugt sind.
[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die innen liegende Schicht direkt unter der Oberfläche d.h. angrenzend an die Oberfläche des transparenten Stoffes und bildet somit eine Oberflächenschicht. Die erhöhte Konzentration der Metallionen in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen reicht dann ebenfalls bis an die Oberfläche heran. Es ist auch denkbar, die innen liegende Schicht in einer gewissen Tiefe unter der Oberfläche zu erzeugen, wobei dann zwischen der innen liegenden Schicht und der Oberfläche des transparenten Stoffes eine weitere Schicht liegt, welche keine Anreicherung der Metallionen aufweist. Eine derartige innen liegende Schicht ist aber schwieriger zu erzeugen als eine Oberflächenschicht.
[0019] Bevorzugt weist die innen liegende Schicht eine Dicke von bis zu 15 Mikron auf. Insbesondere kann auch eine Schichtdicke von 100 Mikron oder grösser gewählt werden. Mit Schichtdicke wird hierbei ein charakteristischer Durchmesser eines Tiefenbereichs im transparenten Stoff definiert, in welchem im Bereich der optisch wirksamen Strukturen die Konzentration der Metallionen nicht unter einen bestimmten Bruchteil des Maximalwerts abfällt. Üblicherweise ist der Bruchteil dabei z.B. die Hälfte oder der (1/e)-te Teil, wobei e=2.718... die Eulersche Zahl bezeichnet. Alternativ kann die Schichtdicke auch kleiner als 15 Mikron sein. Es ist dann jedoch aufgrund der geringeren Menge von Metallionen kaum möglich, das erforderliche Mass an Absorption zu erreichen.
[0020] Sind verschiedene Metallionen in der innen liegenden Schicht vorhanden, so ist nicht notwendigerweise die räumliche Konzentrationsverteilung der unterschiedlichen Metallionen gleich. Es ist denkbar, dass sich die Dicke einer mit einer Sorte Metallionen angereicherten Schicht von einer mit einer anderen Metallionensorte angereicherten Schicht unterscheidet. Eine Abweichung der Konzentrationsprofile ergibt sich bei konstant gehaltener Diffusionszeit bereits aus den unterschiedlichen Diffusionsraten für unterschiedliche Metallionensorten. Es ist nicht ausgeschlossen, dass unterschiedliche Schichtdicken für verschiedene angereicherte Metallionensorten eine vorteilhafte Ausführungsform bilden. Um jedoch eine kombinierte Wirkung der verschiedenen Metallionensorten zu erreichen, sollten diese zumindest in der innen liegenden Schicht gemeinsam angereichert sein.
[0021] Werden die optisch wirksamen Strukturen durch ein Diffusionsverfahren erzeugt, kann die Dicke der angereicherten Schicht einfach durch entsprechende Wahl von Temperatur und Dauer des Diffusionsprozesses auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Insbesondere ist es denkbar, dass verschiedene Metallionen verschieden lange eindiffundiert werden und sich somit für die verschiedenen Metallionen auch unterschiedliche Schichtdicken ausbilden lassen. Die Schichtdicke ist damit auf sehr einfache Weise genau einstellbar und erlaubt eine optimale Anpassung an die Anforderungen an eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung.
[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht eine physische Oberflächenstruktur der Oberfläche des transparenten Stoffes in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen einer physischen Oberflächenstruktur in den Bereichen ohne optisch wirksame Strukturen. Hierbei bezieht sich"physische Oberflächenstruktur" auf eine geometrische Struktur der Oberfläche wie z.B. Rauheit, Mattierung oder Hochglanz. Die Oberflächenbereiche der optisch wirksamen Strukturen unterscheiden sich in ihrer physischen Struktur erfindungsgemäss nicht von der Oberflächenstruktur von anderen Oberflächenbereichen des transparenten Stoffes. Insbesondere kann die Oberfläche unabhängig von der Lage der Bereiche der optisch wirksamen Strukturen beliebig gestaltet und strukturiert werden.
Es ist z.B. denkbar, dass die gesamte Oberfläche des transparenten Stoffes hochglanzpoliert ist und somit z.B. besonders einfach zu reinigen ist. Ebenso ist es jedoch denkbar, dass in gewissen Bereichen, die unabhängig von den optisch wirksamen Strukturen gewählt sein können, die Oberfläche z.B. aufgeraut oder auf eine andere Art behandelt ist um z.B. durch Licht oder Strahlung beleuchtbare Strukturen im transparenten Körper zu schaffen oder eine Verringerung des Reflexionsvermögens zu bewirken.
[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Oberflächen in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen Benetzungseigenschaften auf, welche sich von den Benetzungseigenschaften der übrigen Oberfläche des transparenten Körpers unterscheiden. Die speziellen Benetzungseigenschaften der Oberfläche in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen werden erfindungsgemäss durch Anreicherung von Metallionen in einer Oberflächenschicht erreicht. Es ist bekannt, dass die Eindiffusion von Metallionen Veränderungen in den Benetzungseigenschaften des transparenten Stoffes verursachen kann (US 1 592 429; Kraus). Die Metallionen, welche für die veränderte Benetzbarkeit verantwortlich sind, können dann gemeinsam mit den Metallionen, welche für die Strahlungsabsorption verantwortlich sind, in den transparenten Stoff eingebracht, z.B. eindiffundiert, werden.
Die speziellen Benetzungseigenschaften werden dabei bevorzugt durch die Anreicherung mit Silberionen erreicht, wobei nur eine geringe Menge von Silberionen eindiffundiert werden muss. Erfindungsgemäss kann somit durch eine geeignete Wahl der in den optisch wirksamen Strukturen vorhandenen Metallionen erreicht werden, dass die Oberfläche des transparenten Stoffes in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen modifizierte Benetzungseigenschaften aufweisen. Damit können dann z.B. durch einfache Methoden wie Besprühen der Oberfläche mit einer Flüssigkeit oder Anhauchen die Lage und Form der optisch wirksamen Strukturen auf der Oberfläche des transparenten Stoffes sichtbar gemacht werden. Es muss dann nicht auf eine Beleuchtung mit speziellen (kostenintensiven) Lampen im absorbierenden Wellenlängenbereich und entsprechende Detektierungsmittel zurückgegriffen werden.
Dies kann z.B. bei der Materialprüfung eine einfache und schnelle Möglichkeit zur Überprüfung der erzeugten optisch wirksamen Strukturen ergeben. Alternativ können die Benetzungseigenschaften der Bereiche der optisch wirksamen Strukturen auch den Benetzungseigenschaften in den übrigen Bereichen entsprechen, d.h. sich nicht von diesen unterscheiden.
[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Oberfläche des transparenten Stoffes eine Aussenseite der Vogelschutzvorrichtung. Die Oberfläche ist dann unbedeckt und bildet eine äussere Begrenzung der Vogelschutzvorrichtung. Insbesondere ist die Oberfläche in keinem Bereich durch z.B. Beschichtungen oder Folien bedeckt. Alternativ kann die Vogelschutzvorrichtung aber auch eine Glasschicht aufweisen, welche mit einer Fläche an der Oberfläche des transparenten Stoffes anliegt und welche z.B. ebenfalls optisch wirksame Strukturen aufweist.
[0025] Bevorzugt umfasst der transparente Stoff ein Glas, insbesondere ein Weissglas. Weissglas bezeichnet hier ein Glas mit einem gegenüber herkömmlichem Klarglas reduzierten Grünanteil. Weissglas hat den Vorteil, dass die optisch wirksamen Strukturen mit den übrigen Bereichen des Glases im absorbierten Wellenlängenbereich besser kontrastieren und somit für die Vögel besser wahrnehmbar sind. Eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung kann dabei in der Form von Flachglas zum Einsatz kommen. Flachglas bezeichnet hierbei unter anderem Scheibenglas für moderne Fenster, aber auch flaches Bauglas wie es z.B. beim Fassadenbau zum Einsatz kommt.
Auch gläserne Lärmschutzwände z.B. zur Reduktion der Lärmemission von Autobahnen können ein erfindungsgemässes Flachglas umfassen. Überhaupt ist die Anwendung einer erfindungsgemässen Vogelschutzvorrichtung für Bauten überall dann sinnvoll, wenn ein transparenter Stoff, insbesondere ein Glas, für Vögel sichtbar sein soll, während die für den Menschen sichtbaren Eigenschaften des transparenten Stoffes nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt werden sollen.
[0026] Weiter stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vogelschutzvorrichtung mit einer bereichsweise mit Metallionen angereicherten innen liegenden Schicht bereit. Gemäss der Erfindung umfasst das Verfahren das Eindiffundieren von Metallionen in eine Oberfläche eines transparenten Stoffes. Insbesondere umfasst das Verfahren das Eindiffundieren von wenigstens einem Metallion aus der Liste von Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag und Sn.
[0027] Durch das erfindungsgemässe Verfahren können Metallionen, welche optisch wirksame Strukturen bilden, wenn sie im transparenten Stoff vorhanden sind, verhältnismässig einfach in den transparenten Stoff eingebracht werden. Insbesondere ist es möglich, durch geometrisch selektives Eindiffundieren die Metallionen in beliebigen Strukturen, d.h. Formen und/oder Mustern in den transparenten Körper einzubringen, wobei sie nach der Durchführung des Verfahrens im Inneren des transparenten Stoffes unter einer Oberfläche vorhanden sind. Damit können die optisch wirksamen Strukturen in beliebiger Form unter einer Oberfläche im Inneren des transparenten Stoffes erzeugt werden, wo sie weitgehend gegen äussere Einflüsse wie z.B. Witterung geschützt sind.
[0028] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass das Eindiffundieren der Metallionen ohne Rückstände an der Oberfläche des transparenten Stoffes erfolgen kann. Die Oberfläche des transparenten Stoffes kann somit frei gestaltet werden wie z.B. aufgeraut oder auf Hochglanz poliert werden. Sind die optisch wirksamen Strukturen unter der Oberfläche erzeugt, so werden diese durch eine mechanische Behandlung der Oberfläche nicht mehr weiter beeinflusst.
[0029] Weiter hat das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil, dass das Einbringen der Metallionen in den transparenten Stoff erfolgen kann, nachdem der transparente Stoff hergestellt und/oder in seine endgültige Form gebracht worden ist. Gegenüber bekannten Verfahren wird damit insbesondere der Vorteil erreicht, dass die Ausgestaltung der Vogelschutzvorrichtung unabhängig von der Form oder der Lage der optisch wirksamen Strukturen erfolgen kann.
[0030] Vorzugsweise umfasst das Eindiffundieren das Aufbringen der Metallionen in der Form einer Paste auf die Oberfläche des transparenten Stoffes. Dabei sind die Metallionen in Metallverbindungen vorhanden, insbesondere Metallverbindungen wie Sulfate, Sulfide, Chloride, Carbonate, Phosphate oder Oxide. Bevorzugt umfassen die Metallverbindungen der Paste wenigstens ein Metalloxid und eine Metallsulfid der vorgenannten Metalle. Insbesondere hat sich unerwarteterweise eine Kombination von ZrO2 und Cu2S als besonders geeignet für eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung herausgestellt. Die Paste umfasst ein Anpastmittel, welches insbesondere wasserlösliche organische Substanzen mit erhöhter Viskosität wie z.B. mehrwertige Alkohole wie Ethylenglycol oder Glycerin, oder ätherische Öle wie Kiefernöl umfasst.
Bei der Auswahl der Anpastmittel ist es vorteilhaft darauf zu achten, dass die Haftung der Paste auf der Oberfläche des transparenten Stoffes möglichst gering ist, um eine spätere rückstandsfreie Entfernbarkeit zu gewährleisten. Das Aufbringen der Paste umfasst z.B. Aufdrucken, Aufsprühen und Aufstreichen. Überhaupt kann die Paste auf jede erdenkliche und sinnvoll erscheinende Art auf die Oberfläche aufgebracht werden. Je nach Art muss dabei möglicherweise das Anpastmittel entsprechend gewählt werden. Nach dem Aufbringen der Paste wird die Diffusion der Metallionen in den transparenten Stoff durch eine thermische Behandlung des transparenten Stoffes mit applizierter Paste angeregt. Insbesondere findet eine Erwärmung auf etwa 500 Grad statt, welche während etwa 45 Minuten aufrechterhalten wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden dann die Paste bzw. die Pastenrückstände möglichst rückstandfrei von der Oberfläche des transparenten Stoffes entfernt. Während sich hierzu verschiedene bekannte Verfahren anbieten, wird die Paste vorzugsweise in einem Wasserbad abgewaschen. Die Metallverbindungen der abgelösten Pastenrückstände können wieder zu einer neuen Paste aufbereitet werden.
[0031] Alternativ können die Metallionen auch in einer anderen Form als einer Paste auf die Oberfläche aufgebracht werden. Es ist z.B. denkbar, dass die Metallionen bzw. die Metallverbindungen in wässriger Lösung auf die Oberfläche aufgebracht werden bevor sie mit dem thermischen Behandlungsschritt zur Diffusion in den transparenten Stoff angeregt werden. Eine weitere Alternative zum oben beschriebenen Verfahren bildet ein "Chemical Vapour Deposition" (CVD) Verfahren, insbesondere ein Flammen-CVD Verfahren. Mit einem derartigen hinreichend bekannten Verfahren ist es möglich, die Eindiffusion der Metallionen in einem einzelnen Schritt zu erreichen, ohne Rückstände auf der Oberfläche, welche abgewaschen werden müssen.
[0032] Bevorzugt wird die Paste nach dem Aufbringen auf den transparenten Stoff thermisch behandelt, bevor die Diffusion durch den oben erwähnten thermischen Behandlungsschritt angeregt wird. Der im Ablauf des Verfahrens erste thermische Behandlungsschritt, welcher auf das Aufbringen der Paste folgt, umfasst insbesondere eine Trocknung der Paste. Bevorzugt umfasst dieser erste thermische Behandlungsschritt eine Erwärmung des transparenten Stoffes auf eine Temperatur von etwa 70 Grad, welche während einer Zeit von etwa 4 Stunden aufrechterhalten wird.
[0033] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0034] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>Schematische Draufsicht auf eine Vogelschutzvorrichtung mit verschiedenen Formen und Mustern von optisch wirksamen Strukturen;
<tb>Fig. 2<sep>Eine schematische Schnittansicht durch einen transparenten Stoff mit applizierter Paste vor Eindiffusion von Metallionen;
<tb>Fig. 3<sep>Eine schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung;
<tb>Fig. 4<sep>Absorptionsspektrum einer unbehandelten Weissglasprobe und einer Weissglasprobe mit erfindungsgemässer optisch wirksamer Struktur.
[0035] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Ausführungsbeispiel
[0036] ZrO2 und Cu2S werden zu gleichen Teilen mit einem Anpastmittel zu einer homogenen, luftblasenfreien Paste vermengt. Diese Paste wird gleichmässig und deckend in den Bereichen der zu erzeugenden optisch wirksamen Strukturen auf die Glasoberfläche aufgestrichen und dann 4 Stunden bei 70[deg.]C getrocknet. Die thermisch induzierte Diffusion erfolgt dann in einem Ofen bei 500[deg.]C über eine Dauer von 45 Minuten. Nach dem Abkühlen des Glases wird die Paste von der Glasoberfläche durch Anlösen in einem Wasserbad entfernt. Die abgelösten Metallverbindungen können wieder zu einer neuen Paste aufbereitet werden.
[0037] Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine ebene Oberfläche 2 einer erfindungsgemässen Vogelschutzvorrichtung 1. Unter bzw. in der Oberfläche 2 sind verschieden ausgestaltete optisch wirksame Strukturen 3 dargestellt. Die dargestellten Strukturen 3 stellen eine nicht erschöpfende Auswahl von verschiedenen möglichen Formen 4 und 5 sowie Mustern 6 und 7 dar. Die Form 4 stellt die Silhouette eines Raubvogels dar, während die Form 5 eine einfache geometrische Form, eine Raute, darstellt. Das Muster 6 repräsentiert ein Gitternetz von schrägen Streifen und das Muster 7 sind in einem Raster angeordnete Punkte.
[0038] Fig. 2 zeigt eine Teilansicht eines Schnittes im Bereich der optisch wirksamen Struktur 5 in einer Ebene A, welche in Fig. 1eingezeichnet ist und senkrecht auf der ebenen Oberfläche 2 steht. Die Darstellung der Fig. 2 zeigt einen transparenten Stoff 10 in Form einer Scheibe 11 vor bzw. bei der Herstellung der erfindungsgemässen Vogelschutzvorrichtung 1. Der transparente Stoff 10 der Scheibe 11 befindet sich in einem Zustand kurz vor dem erfindungsgemässen Eindiffundieren der Metallionen. Die in Fig. 2dargestellte Ansicht repräsentiert eine Prinzipskizze und kann auf entsprechende Schnittansichten anderer optisch wirksamer Strukturen bei der Herstellung übertragen werden.
[0039] Eine erste Begrenzung 12 der Scheibe 11 wird durch die ebene Oberfläche 2 gebildet. Eine zweite Begrenzung 9 wird durch eine weitere, zur Oberfläche 2 parallele ebene Oberfläche 13 gebildet. Die Dicke der Scheibe 11 entspricht dem Abstand 14 der beiden Oberflächen 2 und 13. Ein Bereich 15 ist dargestellt, in welchem die optisch wirksame Struktur 5 erzeugt wird. Der Bereich 15 ist in der Ebene A in Richtung der Oberfläche 2 durch zwei gestrichelte Linien 16 und 17 begrenzt, welche senkrecht auf den Oberflächen 2 und 13 stehen. Die Linien 16 und 17 sind dabei derart beabstandet, dass ihr Abstand 18 der Dimension der zu erzeugenden optischen Struktur 5 in der Schnittebene A entspricht.
Räumlich entspricht der Bereich 15 einem prismatischen Volumen mit einem Querschnitt, welcher durch den Umriss der optischen Struktur 5 in einer Ebene parallel zur Oberfläche 2 bzw. 13 gebildet wird.
[0040] Die Darstellung der Fig. 2zeigt auch eine Paste 19, welche im Bereich 15 auf die Oberfläche 2 aufgetragen ist. Die Paste 19 beinhaltet Metallverbindungen mit Metallionen, die zur Ausbildung der optisch wirksamen Struktur 5 in den transparenten Stoff 10 eindiffundiert werden.
[0041] Fig. 3 zeigt eine der Darstellung in Fig. 2entsprechende Schnittansicht in der Ebene A der Vogelschutzvorrichtung 1 nach der Eindiffusion der Metallionen mit der in dem transparenten Stoff 1 vorhandenen optisch wirksamen Struktur 5. Die Metallionen wurden aus der Paste 19 (Fig. 2) in den transparenten Stoff 10 der Scheibe 11 durch eine thermische Behandlung eindiffundiert. Die Paste 19 bzw. etwaige Rückstände der Paste 19, die möglicherweise nach der thermischen Behandlung zur Anregung der Diffusion auf der Oberfläche 2 zurückgeblieben sind, wurden entfernt, indem sie z.B. abgewaschen wurden.
[0042] Die eindiffundierten Metallionen liegen in einem Bereich 24 des transparenten Stoffes 10. Der Bereich 24 wird dabei durch das Schnittvolumen des Bereichs 15 mit einer innen liegenden Schicht 20 gebildet. Die innen liegende Schicht 20 ist in der Darstellung der Fig. 3direkt unter der Oberfläche 2 ausgebildet. Der mit Metallionen angereicherte Bereich 24 entspricht dabei der optischen Struktur 5.
[0043] Die innen liegenden Schicht 20 weist eine Begrenzung 21 an der Oberfläche 2 und eine Begrenzung 22 zur Oberfläche 13 hin auf. Die Begrenzung 21 fällt dabei mit der Oberfläche 2 zusammen, d.h. der Bereich 24 bzw. die optisch wirksame Struktur 5 sowie die innen liegende Schicht 20 sind einseitig von der Oberfläche 2 begrenzt. Die optisch wirksame Struktur 5 sowie die innen liegende Schicht 20 erstrecken sich dabei bis zu einer Tiefe 23 unter der Oberfläche 2 in den transparenten Stoff 10 hinein, wobei die Tiefe 23 dem Abstand der Begrenzung 22 von der Begrenzung 21 bzw. der Oberfläche 2 entspricht. In einer Richtung parallel zu der Oberfläche 2 ist die optisch wirksame Struktur 5 durch die Linien 16 und 17 des Bereichs 15 begrenzt.
[0044] Fig. 4 zeigt ein Diagramm 30, welches die Absorption in Abhängigkeit der Wellenlänge von UV-Strahlung bei Transmission durch eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung darstellt. Das Diagramm 30 umfasst als Achsen eine Abszisse 31 sowie eine senkrecht dazu stehende Ordinate 32, wobei die beiden Achsen ein Rechtssystem bilden.
[0045] Die Abszisse 31 zeigt die Wellenlänge der einfallenden Strahlung. Das Intervall 33 zwischen zwei benachbarten langen Teilstrichen 34 und 35 beträgt 20 nm und die Werte auf der Abszisse 31 nehmen linear zu. Der dargestellte Bereich der Abszisse 31 reicht von einem kleinsten Wert 36, welcher einer Wellenlänge von 270 nm entspricht, bis zu einem grössten Wert 37, welcher 390 nm entspricht.
[0046] Die Ordinate 32 zeigt die Absorption in der Vogelschutzvorrichtung in Prozent. Die Absorption bezeichnet hierbei den Prozentsatz der einfallenden Strahlungsintensität, welcher in der Vogelschutzvorrichtung absorbiert wurde. Das Intervall 38 zwischen zwei benachbarten langen Teilstrichen 39 und 40 entspricht 10 Prozent und die Werte auf der Ordinate 32 nehmen linear zu. Der dargestellte Bereich der Ordinate 32 reicht von einem kleinsten Wert 41, welcher 0 Prozent entspricht, bis zu einem grössten Wert 42, welcher 100 Prozent entspricht.
[0047] Im Diagramm sind zwei Kurven 43 und 44 eingezeichnet. Die Kurve 43 entspricht dabei dem spektralen Absorptionsverhalten von Bereichen ohne optisch wirksame Strukturen der Vogelschutzvorrichtung. Der transparente Stoff der Vogelschutzvorrichtung ist dabei ein Weissglas. Die Kurve 43 entspricht also dem Absorptionsspektrum bei Transmission von unbehandeltem Weissglas. Die folgende Wertetabelle entspricht den gerundeten Werten der dargestellten Kurve 43, wobei W die Wellenlänge und S die Absorption bezeichnet:
<tb>W in (nm)<sep>280<sep>290<sep>300<sep>310<sep>320<sep>330<sep>340<sep>350<sep>360<sep>370<sep>380
<tb>S in (%)<sep>95.5<sep>92.5<sep>79.5<sep>56<sep>32.5<sep>16.5<sep>8<sep>4<sep>2<sep>1.5<sep>2
[0048] Die Kurve 44 hingegen entspricht dem Absorptionsspektrum in einem Bereich einer optisch wirksamen Struktur der Vogelschutzeinrichtung. Die optisch wirksame Struktur ist dabei in dem Weissglas vorhanden und wurde durch Eindiffusion von Cu und Zr erzeugt. Die folgende Wertetabelle entspricht den gerundeten Werten der dargestellten Kurve 44:
<tb>W in (nm)<sep>280<sep>290<sep>300<sep>310<sep>320<sep>330<sep>340<sep>350<sep>360<sep>370<sep>380
<tb>S in (%)<sep>93<sep>92.5<sep>87.5<sep>73<sep>56.5<sep>42<sep>31<sep>25<sep>20.5<sep>18.5<sep>16.5
[0049] Das durch eindiffundierte Metalle veränderte Glas weist im UVA-Strahlungsbereich (315 nm-400 nm) eine deutlich erhöhte Absorption auf.
[0050] Zusammenfassend ist festzustellen, dass eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung witterungsbeständige optisch wirksame Strukturen aufweist, welche haltbar und einfach herzustellen sind. Insbesondere können sie am fertiggestellten transparenten Stoff nachträglich in beliebigen Formen und/oder Muster ausgebildet werden.
[0051] Es ist hierbei anzumerken, dass die Dicke sowie die Lage der innen liegenden Schicht nicht klar begrenzt ist, wie es in den schematischen Darstellungen der Fig. 2und 3der Fall ist. Da die Metallionen durch einen Diffusionsprozess in den transparenten Stoff eingebracht werden, bildet sich mit zunehmender Tiefe unter der Oberfläche ein räumliches Anreicherungs- bzw. Konzentrationsprofil aus. Im Falle einer innen liegenden Schicht, welche direkt unter der Oberfläche des transparenten Stoffes liegt, weist das Konzentrationsprofil z.B. ein Maximum an der Oberfläche auf und fällt gemäss einer durch die verschiedenen Diffusionsparameter bestimmten Funktion z.B. asymptotisch gegen Null ab.
[0052] Weiter ist es auch möglich, dass keine der Begrenzungen der innen liegenden Schicht mit einer Oberfläche des transparenten Stoffes zusammenfällt. Damit könnte z.B. erreicht werden, dass ein Reflexionsvermögen der Oberfläche nicht durch die absorbierenden Metallionen modifiziert würde, während das Transmissionsvermögen den Absorptionseffekt aufweist.
[0053] Weiter können die Zeitdauer und die Temperaturen der thermischen Behandlungsschritte beliebig abgewandelt und den Erfordernissen angepasst werden. Eine bevorzugte Temperatur und Zeitdauer für eine Trocknung der Paste hängt z.B. vom angewendeten Anpastmittel ab und kann stark variieren. Ebenso kann die bevorzugte Temperatur für die Anregung der Diffusion von den angegebenen Werten abweichen. Es ist z.B. denkbar, dass verschiedene Temperaturen und Zeitdauern für unterschiedliche Metallionen bevorzugt sind.
Technical area
The invention relates to a bird protection device, comprising a transparent material, wherein the transparent material has optically active structures which have a relation to the transparent material increased absorption of electromagnetic radiation in a wavelength range outside of the human visible range.
State of the art
A known problem with transparent parts of buildings is their lack of visibility by birds. Since it is not possible for most birds to recognize transparent objects, the birds often collide with the transparent objects. In such a collision, the bird often dies immediately or a short time later as a result of serious injury or behavioral disorder.
Known measures for the prevention of bird strike relate to the attachment of opaque films in the form of birds of prey silhouettes or the design of visually perceptible patterns such as stripes or dots. These measures have the disadvantage that they impair the fundamental task of the objects, namely their transparency. In particular, they are often perceived by humans as disturbing and aesthetically disadvantageous.
It is e.g. EP 1 110 450 (Meyerhuber), which proposes UV-absorbing measures for protection against bird strike on a transparent material. This ensures that the action against the bird strike is perceived better by the birds than by humans. In order to form the UV-absorbing measures, in EP 1 110 450, it is preferable to coat the surface of the transparent substance by e.g. Foils, chemical deposits or vapor deposition are proposed. It also describes the possibility of adding an additive to the transparent material already during its production, by means of which the UV-absorbing properties are achieved.
Embodiments with surface coatings of the transparent material have the disadvantage of poor durability. Often, the coatings have a poor adhesion to the surface and dissolve again after a relatively short time. In addition, additional measures such as further coatings necessary to coat the surface e.g. to protect against external influences such as the weather. In particular, films have the disadvantage that they can lead to stresses in the transparent material and to deformation or, in the case of glass, even to breakage.
An additive, which is added to the transparent material in its preparation, has the disadvantage that it is not possible to selectively produce optically active structures, but the transparent material can be provided with the desired UV-absorbing activity only in its entirety.
Presentation of the invention
The object of a first aspect of the invention is to provide a the aforementioned technical field associated bird protection device, which is weather-resistant and is characterized by a high durability. A further object of the invention is to provide a method which makes it possible to produce a bird protection device with arbitrarily shaped and weather-resistant optically active structures which is associated with the aforementioned field, in particular a bird protection device according to the first aspect of the invention.
The solution of the object according to the first aspect of the invention is defined by the features of claim 1. According to the invention, a bird protection device comprises a transparent material with optically active structures. In this case, the optically active structures have an increased absorption of electromagnetic radiation in relation to the transparent substance in a wavelength range outside the range visible to humans. The invention is characterized in that at least one metal ion from the list of Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag and Sn in areas of the optically active structures in a enriched under a surface lying in the interior of the transparent material layer with respect to other areas of the transparent material.
Note: The "enrichment" of a type of metal ion denotes an increase in the concentration of the corresponding metal ions in the respective regions. "Optically effective structures" designate areas in the transparent substance in which the optical properties of the transparent substance are modified. The structures may include shapes such as e.g. Raptor silhouettes or other planar objects and / or patterns such. Represent stripes, grids or dots. The inner layer is to be understood as an imaginary layer located below the surface in the interior of the transparent substance, which layer is enriched with metal ions only in the regions of the optical structures.
The inventively enriched in an inner layer under the surface in the transparent material metal ions are able to absorb electromagnetic radiation. In particular, the metal ions selectively filter out certain wavelength ranges from an electromagnetic radiation spectrum passing through the transparent substance by absorption. Likewise, the reflectivity of the transparent substance is modified by the embedded metal ions. Electromagnetic radiation, which is reflected by a second, internal, surface of the transparent material, passes through the inner absorbent layer twice before it is reflected. Thus, the corresponding wavelength range is also filtered out of the reflected radiation to a certain extent.
According to the invention, the enriched metal ions are chosen such that the absorbed radiation lies in a wavelength range which can not be perceived by humans. As seen through the transparent fabric, the areas where there is an accumulation of the metal ions, i. the optically effective structures, for humans no or only a very small change or impairment of transparency. In the wavelength range of the electromagnetic radiation in which the absorption of the metal ions is, however, the transparent substance is less transparent. The optically effective structures appear in the review as darker and also, in the perception of the bird, color-changed objects. Likewise, the optically active structures can emerge as dark objects in reflected radiation components.
In particular, the metal ions can be chosen such that the incident and penetrating into the transparent material UV radiation is absorbed by the metal ions.
According to the invention, the inner layer is below a surface of the transparent material, that is, the enriched metal ions are present or incorporated in the transparent material. Thus, in comparison to known bird protection devices which use UV-absorbing films or coatings, intrinsically an improved resistance to external influences such as e.g. Weather or damage due to the action of force. By lying inside the transparent fabric, the inner layer is protected by the transparent fabric itself. The durability against external influences is therefore essentially determined by the durability of the transparent substance itself.
According to the invention, the metal ions are introduced into the transparent body by thermally induced diffusion, i. E. diffused. In particular, the metal ions can be introduced into the transparent substance by such a method after the preparation of the transparent substance or its configuration in its final form.
It is known that birds have a better perception than humans in the field of UV radiation (about 10-400 nm). Especially in the UVA range, which includes a wavelength range of about 315-400 nm, birds have good UV visibility. It is therefore advantageous in a preferred embodiment of the invention to select the enrichment of the metal ions in the regions of the optically effective structures in such a way that an absorption maximum lies in the region of the UV radiation, in particular in the region of the UVA radiation. It is also conceivable to form the absorption maximum with a suitable choice of metal ions in another UV range, e.g. in the UVB range (280-320 nm).
This can be advantageous in that it can not be ruled out that certain bird species have better perception for other wavelength ranges in the UV range than in the UVA range. Alternatively, it is also conceivable that other wavelength ranges of the light, which are not in the UV range and outside of the human visible range, are visible to birds and are therefore also suitable to create the optically active structures by absorption in just these wavelength ranges ,
Optically effective structures, which are based solely on absorption of a certain wavelength range outside of the human visible range, are not equally well perceived by all birds. In the case of UV-absorbing optical structures, it has been gathered that these structures are not perceived by certain species of birds at all. It is therefore advantageous to combine the absorbing property with a further optical effect. In particular, a combination with fluorescence emission in the visible range may require improved visibility of the optical structures for a broader biodiversity of the birds. The fluorescence emission is achieved according to the invention by radiation of the radiation absorbed by the metal ions in another wavelength range.
In particular, the re-radiation takes place in the human-visible region of the electromagnetic spectrum. The fluorescence emission is to be understood as an additional, optically active agent which can complement and improve the absorbing property of the optically active structures. However, the optically active structures can also be embodied as purely absorbent structures, wherein e.g. By precisely adapting the absorption profile or spectrum, it can be achieved that the optically active structures can be perceived by the largest possible number of different bird species.
It has been found that the enrichment of two types of metal ions in the areas of optically active structures is particularly advantageous. Surprisingly, in comparison to other combinations, a common enrichment of either copper (Cu) and zirconium (Zr) or copper and chromium (Cr) has proven to be particularly suitable. In a number of experiments, the co-accumulation of Cu and Zr or Cu and Cr has been characterized by an unexpectedly high UV absorption. An embodiment of an inventive bird protection device with enriched Cu and Zr or Cu and Cr thus forms a particularly preferred embodiment.
In addition to the good UV absorption, the combination of Cu with Zr or Cr has a high level of fluorescence emission in a wavelength region visible to humans. However, while fluorescence emission is too weak and barely perceptible to humans, perceptible emission may occur for different bird species, which, combined with excellent UV absorption, results in improved perceptibility of optically active structures.
It thus turns out that the combined enrichment of Cu with Zr or Cu with Cr surprisingly combines particularly desirable properties with each other and is particularly suitable for the invention.
Alternatively, other metal ions of the inventive list can be combined in pairs. However, corresponding experiments have shown that other pairings of metal ions have a lower UV absorption and are therefore less preferred.
In a preferred embodiment, the inner layer is directly under the surface, i. adjacent to the surface of the transparent substance and thus forms a surface layer. The increased concentration of the metal ions in the regions of the optically active structures then also reaches up to the surface. It is also conceivable to produce the inner layer at a certain depth below the surface, in which case there is a further layer between the inner layer and the surface of the transparent substance which does not have any enrichment of the metal ions. However, such an inner layer is more difficult to produce than a surface layer.
Preferably, the inner layer has a thickness of up to 15 microns. In particular, a layer thickness of 100 microns or greater can be selected. With layer thickness in this case a characteristic diameter of a depth range is defined in the transparent material, in which in the region of the optically active structures, the concentration of metal ions does not fall below a certain fraction of the maximum value. Usually the fraction is e.g. half or the (1 / e) th part, where e = 2.718 ... denotes the Euler number. Alternatively, the layer thickness may be less than 15 microns. However, it is then hardly possible to achieve the required level of absorption due to the lower amount of metal ions.
If different metal ions are present in the inner layer, then the spatial concentration distribution of the different metal ions is not necessarily the same. It is conceivable that the thickness of a layer enriched with one kind of metal ions differs from another layer enriched with another type of metal ion. A deviation of the concentration profiles is obtained at a constant diffusion time already from the different diffusion rates for different types of metal ions. It is not excluded that different layer thicknesses for different enriched metal ion species form an advantageous embodiment. However, in order to achieve a combined effect of the different metal ion species, they should be enriched together at least in the inner layer.
If the optically active structures produced by a diffusion process, the thickness of the enriched layer can be easily adjusted by appropriate selection of temperature and duration of the diffusion process to a desired value. In particular, it is conceivable that various metal ions are diffused for a different period of time and thus different layer thicknesses can be formed for the different metal ions. The layer thickness is thus very easily adjustable and allows optimal adaptation to the requirements of a bird protection device according to the invention.
In a preferred embodiment, a physical surface structure of the surface of the transparent substance in the regions of the optically active structures corresponds to a physical surface structure in the regions without optically active structures. Here, "physical surface texture" refers to a geometric structure of the surface, such as the surface. Roughness, matting or high gloss. According to the invention, the surface areas of the optically active structures do not differ in their physical structure from the surface structure of other surface areas of the transparent substance. In particular, the surface can be arbitrarily designed and structured independently of the position of the regions of the optically active structures.
It is e.g. conceivable that the entire surface of the transparent material is highly polished and thus, e.g. especially easy to clean. However, it is also conceivable that in certain areas, which may be chosen independently of the optically active structures, the surface e.g. roughened or otherwise treated by e.g. to provide light or radiation illuminable structures in the transparent body or to effect a reduction in reflectivity.
In a preferred embodiment, the surfaces in the regions of the optically active structures wetting properties, which differ from the wetting properties of the remaining surface of the transparent body. The special wetting properties of the surface in the regions of the optically active structures are achieved according to the invention by accumulation of metal ions in a surface layer. It is known that the diffusion of metal ions can cause changes in the wetting properties of the transparent substance (US 1 592 429, Kraus). The metal ions responsible for the altered wettability may then be incorporated into the transparent substance along with the metal ions responsible for the radiation absorption, e.g. be diffused.
The special wetting properties are preferably achieved by the enrichment with silver ions, wherein only a small amount of silver ions must be diffused. According to the invention, it can thus be achieved by a suitable choice of the metal ions present in the optically active structures that the surface of the transparent substance have modified wetting properties in the regions of the optically active structures. This can then be used e.g. by simple methods such as spraying the surface with a liquid or breathe the position and shape of the optically active structures on the surface of the transparent substance are made visible. There is then no need to resort to lighting with special (expensive) lamps in the absorbing wavelength range and corresponding detection means.
This can e.g. provide a simple and quick way to check the generated optically active structures in the material testing. Alternatively, the wetting properties of the regions of the optically active structures may also correspond to the wetting properties in the remaining regions, i. do not differ from these.
In a preferred embodiment, the surface of the transparent substance forms an outside of the bird protection device. The surface is then uncovered and forms an outer boundary of the bird protection device. In particular, the surface is not in any area by e.g. Covered coatings or foils. Alternatively, however, the bird protection device may also comprise a glass layer which abuts with a surface on the surface of the transparent substance and which e.g. also has optically active structures.
Preferably, the transparent material comprises a glass, in particular a white glass. White glass here refers to a glass with a reduced proportion of green compared to conventional clear glass. White glass has the advantage that the optically active structures with the other areas of the glass in the absorbed wavelength range better contrast and thus are better perceived by the birds. A bird protection device according to the invention can be used in the form of flat glass. Flat glass refers here among other pane glass for modern windows, but also flat architectural glass as it is e.g. used in facade construction.
Also, glass noise barriers, e.g. To reduce the noise emission of highways can include a flat glass according to the invention. In general, the use of a bird protection device according to the invention for buildings makes sense wherever a transparent substance, in particular a glass, should be visible to birds, while the properties of the transparent substance that are visible to humans should not be impaired or only slightly impaired.
Furthermore, the invention also provides a method for producing a bird protection device with a region-wise enriched with metal ions inner layer. According to the invention, the method comprises the diffusion of metal ions into a surface of a transparent substance. In particular, the method comprises diffusing at least one metal ion from the list of Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag and Sn.
By the method according to the invention metal ions, which form optically active structures, if they are present in the transparent material, can be relatively easily introduced into the transparent material. In particular, it is possible by geometrically selective in-diffusion to trap the metal ions in any structures, i. Forms and / or patterns to be introduced into the transparent body, wherein they are present after the implementation of the method in the interior of the transparent material under a surface. Thus, the optically active structures can be produced in any form under a surface in the interior of the transparent material, where they are largely resistant to external influences such. Weather are protected.
Another advantage of the inventive method is that the diffusion of the metal ions can be done without residues on the surface of the transparent material. The surface of the transparent fabric can thus be freely designed, e.g. roughened or polished to a high gloss. If the optically active structures are produced below the surface, they are no longer influenced by a mechanical treatment of the surface.
Further, the inventive method has the advantage that the introduction of the metal ions can be made in the transparent material after the transparent material has been prepared and / or brought into its final form. Compared to known methods, the advantage is achieved in particular that the design of the bird protection device can be independent of the shape or the position of the optically active structures.
Preferably, the diffusing comprises applying the metal ions in the form of a paste to the surface of the transparent material. The metal ions are present in metal compounds, in particular metal compounds such as sulfates, sulfides, chlorides, carbonates, phosphates or oxides. Preferably, the metal compounds of the paste comprise at least one metal oxide and a metal sulfide of the aforementioned metals. In particular, unexpectedly, a combination of ZrO2 and Cu2S has been found to be particularly suitable for a bird protection device according to the invention. The paste comprises a pasting agent, which in particular comprises water-soluble organic substances of increased viscosity, e.g. polyhydric alcohols such as ethylene glycol or glycerin, or essential oils such as pine oil.
When selecting the pasting agent, it is advantageous to ensure that the adhesion of the paste on the surface of the transparent material is as low as possible in order to ensure a later residue-free removability. The application of the paste comprises e.g. Imprinting, spraying and painting. In general, the paste can be applied to the surface in any imaginable and sensible way. Depending on the type, it may be necessary to choose the appropriate pasting agent. After the application of the paste, the diffusion of the metal ions into the transparent substance is stimulated by a thermal treatment of the transparent substance with applied paste. In particular, heating to about 500 degrees takes place, which is maintained for about 45 minutes.
In a further method step, the paste or paste residues are then removed from the surface of the transparent substance as far as possible without residue. While various known methods offer this, the paste is preferably washed off in a water bath. The metal compounds of the detached paste residue can be recycled to a new paste.
Alternatively, the metal ions may also be applied to the surface in a form other than a paste. It is e.g. conceivable that the metal ions or the metal compounds are applied in aqueous solution to the surface before they are excited by the thermal treatment step for diffusion into the transparent material. Another alternative to the method described above is a "Chemical Vapor Deposition" (CVD) process, in particular a flame CVD process. With such a well-known method, it is possible to achieve the diffusion of the metal ions in a single step, without residues on the surface, which must be washed off.
Preferably, the paste is thermally treated after application to the transparent material before the diffusion is excited by the above-mentioned thermal treatment step. The first thermal treatment step in the course of the process, which follows the application of the paste, in particular comprises a drying of the paste. Preferably, this first thermal treatment step comprises heating the transparent material to a temperature of about 70 degrees, which is maintained for a period of about 4 hours.
From the following detailed description and the totality of the claims, there are further advantageous embodiments and feature combinations of the invention.
Brief description of the drawings
The drawings used to explain the embodiment show:
<Tb> FIG. 1 <SEp> Schematic plan view of a bird protection device with various shapes and patterns of optically active structures;
<Tb> FIG. 2 <sep> A schematic sectional view through a transparent substance with applied paste against diffusion of metal ions;
<Tb> FIG. 3 <sep> A schematic sectional view through a bird protection device according to the invention;
<Tb> FIG. 4 <sep> Absorption spectrum of an untreated white glass sample and a white glass sample with an optically active structure according to the invention.
Basically, the same parts are provided with the same reference numerals in the figures.
Ways to carry out the invention
embodiment
ZrO2 and Cu2S are mixed in equal parts with a pasting agent to a homogeneous, bubble-free paste. This paste is spread evenly and opaque in the areas of the optically active structures to be produced on the glass surface and then dried for 4 hours at 70 ° C. The thermally induced diffusion then takes place in an oven at 500 ° C. over a period of 45 minutes. After cooling the glass, the paste is removed from the glass surface by dissolving in a water bath. The detached metal compounds can be reconditioned to a new paste.
1 shows a plan view of a planar surface 2 of a bird protection device 1 according to the invention. Under or in the surface 2, differently configured optically active structures 3 are shown. The illustrated structures 3 represent a non-exhaustive selection of various possible shapes 4 and 5 as well as patterns 6 and 7. The shape 4 represents the silhouette of a bird of prey while the shape 5 represents a simple geometric shape, a rhombus. The pattern 6 represents a mesh of oblique stripes and the pattern 7 are dots arranged in a raster.
Fig. 2 shows a partial view of a section in the region of the optically active structure 5 in a plane A, which is in Fig. 1eingeign and is perpendicular to the flat surface 2. 2 shows a transparent material 10 in the form of a disk 11 before or during the production of the bird protection device 1 according to the invention. The transparent substance 10 of the disk 11 is in a state shortly before the metal ions are diffused. The view represented in FIG. 2 represents a schematic diagram and can be transferred to corresponding sectional views of other optically active structures in the production.
A first boundary 12 of the disk 11 is formed by the flat surface 2. A second boundary 9 is formed by a further planar surface 13 parallel to the surface 2. The thickness of the disc 11 corresponds to the distance 14 of the two surfaces 2 and 13. A region 15 is shown, in which the optically active structure 5 is produced. The area 15 is bounded in the plane A in the direction of the surface 2 by two dashed lines 16 and 17 which are perpendicular to the surfaces 2 and 13. The lines 16 and 17 are spaced apart such that their distance 18 corresponds to the dimension of the optical structure 5 to be generated in the sectional plane A.
Spatially, the area 15 corresponds to a prismatic volume with a cross section which is formed by the outline of the optical structure 5 in a plane parallel to the surface 2 or 13.
The illustration of FIG. 2 also shows a paste 19, which is applied to the surface 2 in the area 15. The paste 19 contains metal compounds with metal ions, which are diffused into the transparent material 10 to form the optically active structure 5.
Fig. 3 shows a representation corresponding to the representation in Fig. 2 in the plane A of the bird protection device 1 after the diffusion of metal ions with the present in the transparent fabric 1 optically active structure 5. The metal ions were from the paste 19 (Fig. 2) diffused into the transparent material 10 of the disc 11 by a thermal treatment. The paste 19, or any residue of the paste 19 which may have remained on the surface 2 after the thermal treatment to stimulate diffusion, has been removed by e.g. were washed off.
The diffused metal ions lie in a region 24 of the transparent substance 10. The region 24 is formed by the intersection volume of the region 15 with an inner layer 20. The inner layer 20 is formed in the illustration of Fig. 3direkt below the surface 2. The enriched with metal ions region 24 corresponds to the optical structure. 5
The inner layer 20 has a boundary 21 on the surface 2 and a boundary 22 to the surface 13 toward. The boundary 21 coincides with the surface 2, i. the region 24 or the optically active structure 5 and the inner layer 20 are bounded on one side by the surface 2. The optically active structure 5 and the inner layer 20 extend up to a depth 23 below the surface 2 into the transparent substance 10, wherein the depth 23 corresponds to the distance of the boundary 22 from the boundary 21 or the surface 2. In a direction parallel to the surface 2, the optically active structure 5 is delimited by the lines 16 and 17 of the region 15.
Fig. 4 shows a diagram 30, which represents the absorption as a function of the wavelength of UV radiation when transmitted by a bird protection device according to the invention. The diagram 30 comprises as axes an abscissa 31 and a perpendicular ordinate 32, wherein the two axes form a legal system.
The abscissa 31 shows the wavelength of the incident radiation. The interval 33 between two adjacent long graduations 34 and 35 is 20 nm and the values on the abscissa 31 increase linearly. The illustrated range of abscissa 31 ranges from a minimum value 36, which corresponds to a wavelength of 270 nm, to a maximum value 37, which corresponds to 390 nm.
The ordinate 32 shows the percentage of absorption in the bird protection device. The absorption here refers to the percentage of the incident radiation intensity that has been absorbed in the bird protection device. The interval 38 between two adjacent long divisions 39 and 40 is 10 percent, and the values on the ordinate 32 increase linearly. The illustrated range of ordinate 32 ranges from a minimum value 41 corresponding to 0 percent to a maximum value 42 corresponding to 100 percent.
In the diagram, two curves 43 and 44 are shown. Curve 43 corresponds to the spectral absorption behavior of regions without optically active structures of the bird protection device. The transparent fabric of the bird protection device is a white glass. The curve 43 thus corresponds to the absorption spectrum for transmission of untreated white glass. The following table of values corresponds to the rounded values of the illustrated curve 43, where W denotes the wavelength and S denotes the absorption:
<tb> W in (nm) <sep> 280 <sep> 290 <sep> 300 <sep> 310 <sep> 320 <sep> 330 <sep> 340 <sep> 350 <sep> 360 <sep> 370 <sep > 380
<tb> S in (%) <sep> 95.5 <sep> 92.5 <sep> 79.5 <sep> 56 <sep> 32.5 <sep> 16.5 <sep> 8 <sep> 4 <sep> 2 <sep> 1.5 <sep > 2
By contrast, the curve 44 corresponds to the absorption spectrum in a region of an optically active structure of the bird protection device. The optically active structure is present in the white glass and was produced by diffusion of Cu and Zr. The following table of values corresponds to the rounded values of the illustrated curve 44:
<tb> W in (nm) <sep> 280 <sep> 290 <sep> 300 <sep> 310 <sep> 320 <sep> 330 <sep> 340 <sep> 350 <sep> 360 <sep> 370 <sep > 380
<tb> S in (%) <sep> 93 <sep> 92.5 <sep> 87.5 <sep> 73 <sep> 56.5 <sep> 42 <sep> 31 <sep> 25 <sep> 20.5 <sep> 18.5 <sep > 16.5
The glass modified by diffused metals has a significantly increased absorption in the UVA radiation range (315 nm-400 nm).
In summary, it should be noted that a bird protection device according to the invention has weather-resistant optically active structures which are durable and easy to produce. In particular, they can be formed on the finished transparent fabric subsequently in any shapes and / or patterns.
It should be noted here that the thickness and the position of the inner layer is not clearly limited, as is the case in the schematic representations of FIGS. 2 and 3. Since the metal ions are introduced into the transparent substance by a diffusion process, a spatial enrichment or concentration profile is formed with increasing depth below the surface. In the case of an inner layer which lies directly under the surface of the transparent substance, the concentration profile has e.g. a maximum at the surface and falls according to a function determined by the various diffusion parameters e.g. asymptotic against zero.
Further, it is also possible that none of the boundaries of the inner layer coincides with a surface of the transparent material. This could be e.g. can be achieved that a reflectivity of the surface would not be modified by the absorbing metal ions, while the transmissivity has the absorption effect.
Further, the duration and the temperatures of the thermal treatment steps can be arbitrarily modified and adapted to the requirements. A preferred temperature and time for drying the paste depends, e.g. from the applied pasting agent and can vary widely. Likewise, the preferred temperature for the diffusion stimulation may differ from the indicated values. It is e.g. conceivable that different temperatures and times are preferred for different metal ions.