CN110356205B - 交通工具窗及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交通工具窗(1)及其制造方法，所述交通工具窗包括化学硬化的窗板(10)。根据规定，窗板(10)的至少一个区域(11)是未硬化的，这优选由此实现，即在化学硬化之前将窗板的表面局部掩蔽。

Description

交通工具窗及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种交通工具窗及其制造方法，所述交通工具窗包括化学硬化的窗板。
背景技术
交通工具窗的稳定性尤其在交通工具的前部区域中对于驾乘人员的安全是重要的。
最早的汽车还用的是由普通玻璃制成的前风挡玻璃。在这种窗板破碎时、例如由于石击或事故导致破碎时，会形成较大的尖锐且锋利的碎片，所述碎片会导致对驾乘人员的严重损伤。
从1909年开始，由化学家爱德华·贝内迪克都斯(EdouardBénédictus)获知一种复合玻璃板的制造方法。两个玻璃板在此被先后依次地敷设明胶和纤维素层，随后在醇浴条件下与赛璐铬层结合，并且最后通过液压机在高温下相互粘接。在美国，亨利福特已经在1919至1929年间开始为所有车辆配备由爱德华·贝内迪克都斯研发的复合窗板。
相反，在欧洲，直到20世纪70年代末才开始由单层安全玻璃(ESG)制造风挡玻璃，侧窗板则直至现在才开始由此制造。这种玻璃可以是热硬化的玻璃。
与普通的未经处理的玻璃相比的优点在于，这种玻璃不会碎裂成大的碎片。然而由ESG碎裂成的小型玻璃碎片也具有锋利的边棱，而且在最糟糕的情况下也会导致对眼部和皮肤的损伤。
从20世纪80年代开始，德国的新型车辆根据标准就配备由复合玻璃制成的前风挡玻璃。所述前风挡玻璃由三部分组成。所述方法迄今仍类似于法国人爱德华·贝内迪克都斯的方法。取代了明胶和纤维素，将透明的防撕裂的塑料薄膜连同内部和外部的玻璃板一起“烘烤”。塑料薄膜甚至在事故情况下也能避免前风挡玻璃解体成零散碎屑并防止冲向驾乘人员，因为碎片粘接保留在塑料薄膜上。
作为备选或补充，所述窗板或各个复合窗板经热硬化或者经热预张紧。
在经热预张紧时，厚度在3mm以上的玻璃在加热炉中被加热至约600℃，以便随后通过吹入冷空气迅速重新变至室温。通过对材料自外向内快速程度不同的冷却，形成了在玻璃中的拉应力或压应力。
通过该类型的热处理，材料变得耐温变、抗压和抗冲击，并且当材料(安全玻璃)被打碎时碎成粉屑。
然而这种玻璃并未解决形成石击的问题，因为仍存在玻璃的脆性性质。如果石块撞击在玻璃上，玻璃不会将石块弹开。玻璃在该位置上被打碎。通过碎裂形成在窗板中的应力。较小的载荷就足以使得裂缝不断继续增大。例如在颠簸道路上或在较大温度波动条件下的行驶就会导致由小石击变成较大裂缝。
应通过对玻璃表面的化学硬化降低由石击造成的窗板的损毁或伤人的风险。
在此实现与在热硬化的玻璃中类似的拉应力和压应力的分布。在化学硬化时通过玻璃表面中的离子交换实现在窗板的近表面区域中的应力提高或预应力。为此，正常冷却的玻璃在高温(约420℃)盐溶液中或熔融盐中浸入数小时。在此，在玻璃表面中发生期望的离子交换。可以通过施加应力提高该效应。大体积的盐离子与小体积的玻璃离子发生交换，由此在表面形成压应力。压应力曲线显示出比在受热预应力的安全玻璃中更剧烈的斜度。在此令人感兴趣的是，在不高于5mm的玻璃厚度的范围内通常能达到较高的抗弯强度。但不形成脆性碎裂。与热硬化的玻璃相比，化学硬化的玻璃表现出更高的柔性，因为仅仅表面而非整个窗板受应力。此外，经处理的表面是特别耐刻划的。鉴于该性质，化学硬化的玻璃特别适用于石击的防护。表面的(耐刻划)强度与整个玻璃的断裂强度成正比，并且可以通过更长的停留时间被提高。
更高的强度符合实际防护的期望，然而也带来对事故伤亡者更高的受伤风险。尤其被汽车撞击的行人通常被发动机罩甩到前风挡玻璃上，从而使行人的头部撞击在前风挡玻璃上。玻璃越硬，作用在头骨上的力量越大，并且事故后果就越严重。因此还符合目的的是，撞击的能量提前导入窗板，并且通过窗板的碎裂被吸收，以便降低事故后果。
因此行人安全性和驾乘人员安全性方面对交通工具的前风挡玻璃的要求形成对立。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，提供一种交通工具窗，所述交通工具窗克服现有技术中的弊端并且适用于由其制造前风挡玻璃，所述前风挡玻璃均衡地考虑到行人和交通工具驾乘人员的对立需求。
所述技术问题通过具有独立权利要求特征的交通工具窗及其制造方法解决。由此，本发明的第一方面涉及一种交通工具窗，所述交通工具窗包括化学硬化的窗板。根据本发明，窗板的至少一个区域不被硬化。所述窗板优选涉及玻璃板。根据本发明的窗板的优点在于，窗板表面在一个或多个单独的区域中不被硬化，并且由此在所述区域中不具有表面压应力。在行人撞击在窗板上的情况下，所述区域更易于发生碎裂，因此撞击能量导入玻璃板，并且能够更少地损伤行人的头部。同时，所述窗板在该硬化的区域中具有更高的抗石击性。根据本发明的窗板因此尤其在应用在交通工具窗中时取得了在行人安全性与驾乘人员安全性之间的目标冲突的均衡折中。
与热硬化的玻璃相比，除了更高的抗石击性之外还具有工艺优点，因为具有根据本发明的未硬化区域的化学硬化的窗板，较之热硬化的具有未硬化区域的玻璃，尤其能够通过以下给出的根据本发明的方法以更少的工艺步骤制造。在制造热硬化的玻璃时，形成未硬化区域的方式在于，在整个玻璃热硬化之后将规定的区域通过再次的调温作用消除应力。因为玻璃中的热量输入总是以相对较高的测量误差完成，在每种已知的用于玻璃的区域性硬化或者用于对经硬化的玻璃的去硬化的方法中，都沿区域边界构成应力梯度。以下所述对玻璃的化学硬化实现了在硬化之前对窗板表面的掩蔽。在此形成了非常清晰的区域边界，因为在微不足道的范围内发生自由电荷载体平行于玻璃的表面的扩散。
此外，热硬化玻璃在风挡玻璃中的应用并不是对化学硬化玻璃的替换，因为在石击情况下所形成的碎裂结构比现今在外观范围内未受应力的窗板更明显不利地影响外观。
在本发明的一种优选的设计方式中规定，窗板具有两个侧面，其中，一个和/或两个侧面被化学硬化。在此，窗板构造为玻璃板或构造为复合窗板，其中，侧面在各自情况下应理解为玻璃的外部的侧面。尤其当窗板的表面(当应用于交通工具窗中时该表面被布置在背离交通工具内舱的侧面上)根据本发明被硬化时，提供的优点在于，窗板相对于例如石击、通过扬起的颗粒、诸如小石子或尘土造成的刻划之类的外部影响更为稳定。相反，面向交通工具内舱的表面的硬化具有的优点在于，窗板本身被稳定化并且与未硬化的窗板相比具有更大的强度，然而在撞击行人的情况下通过未硬化的侧面吸收至少部分能量。
在另一种优选的设计方式中，窗板作为前风挡玻璃布置在交通工具中，其中，未硬化区域布置在前风挡玻璃的视区内。撞击模拟实验室的结果表示，行人由于事故被甩在汽车上，以大概率将头碰撞在前风挡玻璃的视区内。由此为了提高行人安全性优选的是，窗板在视区的区域中更快地弯曲。
然而弊端在于，在该区域中降低了抗石击性。然而出于安全考虑尤其应该在视区内提高抗石击性，因为在视区中的石击一方面限制了视区。
该弊端还通过根据本发明的窗板的另一种优选的实施方式解决。特别有利地在该实施方式中规定，窗板包括多个、尤其岛状布置的未硬化区域。换言之，窗板不是仅具有一个较大的未硬化区域，而是具有多个较小的未硬化区域。未硬化区域优选均匀地布置在整个窗板上，然而或者尤其均匀地布置在视区范围内，或者作为备选布置在环绕该视区内的区域中。一方面，未硬化区域的这种分布能够实现的是，与构造为未硬化区域的一个表面相比，未硬化区域的绝对面积、也即全部多个未硬化子区域的总和并未降低，然而在未硬化区域中发生石击的概率明显降低。由此一方面确保，窗板当行人撞击时在视区内或沿着围绕视区的边缘发生碎裂，另一方面确保，在视区内部降低出现石击的概率。换言之，将窗板的未硬化区域之间的区域硬化，从而能够将未硬化区域的优点与硬化区域的优点相结合。
尤其在所述实施方式中有利的是，一个未硬化区域不大于10cm2，尤其不大于7cm2，优选不大于5cm2，特别优选最大2.5cm2。根据显示，在未硬化区域中出现石击的概率随着区域尺寸的上述降级而不断减小。
在本发明的另一种设计方式中规定，窗板还额外地具有经热张紧的区域和/或在复合玻璃的薄膜中的异物，在所述经热张紧的区域中或异物中窗板材料的易碎性提高。该设计方式以有利的方式实现了沿经热张紧区域的预定断裂部位的生成。优选地，经热张紧区域以条带的形式或沿线条构造。这具有的优点在于，能够极其准确地预测在事故情况下的断裂部位。有利地，经热张紧区域沿视区的边缘延伸和/或延伸穿过该视区。
本发明的另一方面涉及一种用于制造根本发明的交通工具窗的方法。根据本发明的方法包括以下步骤。首先掩蔽待硬化的窗板的表面。随后，掩蔽后的表面(或称为经掩蔽的表面)与用于化学硬化的溶液接触。在规定的用于通过化学溶液的作用使玻璃的表面被硬化的作用时间之后，将溶液从硬化后的表面重新去除，并且随后将掩蔽层从硬化后的表面去除。
所述方法得到具有上述优点的窗板。与热硬化相比，如上所述的方法具有优点，即不需要额外的工艺步骤来对特定区域进行硬化。此外，与对经热张紧的玻璃进行后继的去硬化的情况相比，上述硬化区域与未硬化区域之间的边界更为清晰。
在此，掩蔽是指在玻璃表面上敷设阻止离子扩散并进而阻止离子交换的层。由此防止窗板表面在掩蔽的区域中发生玻璃的硬化。在去除掩蔽层之后，直接相邻的区域形成了硬化的玻璃和未硬化的玻璃。
在根据本发明的方法的优选的设计方式中规定，用于化学硬化的溶液包含硝酸钾。硝酸钾溶液特别适用于化学硬化，因为钾离子在窗板的近表面区域中占据钠离子的晶格位置，其中，钠离子进入溶液中。由于钾离子具有比钠离子更大的直径，导致晶格的扩张。然而由于仅在近表面区域中发生所述离子交换，因此相关区域相对于相邻区域受应力。
优选地，掩蔽层至少在大于半小时以上的时长内在用于化学硬化的溶液中是不溶的。这确保掩蔽的区域至少在预定时间内保留在窗板的表面上，并且阻止在玻璃表面上的钾离子的侵入或者说离子交换。
特别有利地，掩蔽层作为有机或无机的漆料或通过聚合物薄膜的粘附被敷设在窗板的表面上。使用漆料的优点在于，能够借助刮涂、浸入、印刷、喷涂等在表面上敷设几乎任何形状的掩蔽层。然而漆料的去除则视乎漆料材料的选择而需要额外的化学步骤。在此，使用聚合物薄膜是有利的，因为聚合物薄膜能够特别容易、尤其完整地从表面重新去除。聚合物薄膜例如是自粘的或借助粘合剂、例如粘结剂敷设在玻璃表面上。作为备选，聚合物薄膜在窗板表面上的粘附还可以通过吸附作用实现，例如当特别光滑的聚合物表面布置在光滑的玻璃表面上并且在保留在两个光滑表面之间的空气或液体借助适合的工具被排出时，形成所述吸附作用。
本发明的其它优选设计方式由另外的在从属权利要求中提到的技术特征给出。
只要未额外作出不同表述，在本申请中提到的本发明的不同实施例都能够有利地相互组合。
附图说明
以下根据附图通过实施例对本发明进行阐述。在附图中：
图1示出本发明的一种优选设计方式的交通工具窗的示意图，和
图2示出本发明的一种优选设计方式的用于制造交通工具窗的方法的局部示意图。
具体实施方式
图1示出本发明的一种优选设计方式的交通工具窗1的示意图。交通工具窗1在所示实施方式中被构造为前风挡玻璃。该前风挡玻璃包括窗板10，所述窗板不仅具有硬化区域12还具有未硬化区域11。未硬化区域11在所示实施方式中岛状地分布在前风挡玻璃10的表面上。前风挡玻璃沿朝向交通工具(未示出)的观察方向示出，也即在所示视图中，具有根据本发明的交通工具窗1的交通工具的驾驶员落座在右侧，因此驾驶员的视区9同样也布置在窗板的右侧。
优选地，未硬化区域11尽可能地小，具体而言以不大于10cm2、优选不大于7cm2、特别优选不大于5cm2且不大于2.5cm2的直径构造。未硬化区域11能够规则地或者也能够不规则地分布在窗板10上。多个未硬化区域11在交通工具的前罩的投掷阴影(wurfschatten)8的区域中的布置是有利的。在投掷阴影8的区域中出现石击的概率最小。同样有利地是，将多个未硬化区域11岛状地布置在视区9的区域中。多个未硬化区域11沿视区9边缘的布置能够形成在窗板10的区域中的预定断裂部位，其中，相邻的未硬化区域11的间距和进而介于未硬化区域之间的硬化区域12尽可能小，以便一方面能够预测窗板10的碎裂走向，并且另一方面使必要的力作用保持得尽可能低。作为备选或补充，窗板10可以具有经热预张紧的区域13，例如呈带状的经热预张紧区域，如图1所示。在该区域13中，窗板10的易碎性与相邻的、尤其硬化区域12相比明显提高，从而在自外部朝窗板10的力作用的情况下该窗板沿着经热预张紧的区域13碎裂。
在图2中示意性示出根据本发明的用于制造根据本发明的窗板的方法。首先提供单层的玻璃板10’，该玻璃板通过第一方法步骤I在表面上被掩蔽。为此，通过涂覆化学液体或者说漆料或通过敷设聚合物薄膜，在未经处理的窗板10‘上敷设掩蔽层15。
在随后的方法步骤II中，窗板10‘的掩蔽后的表面与用于化学硬化的溶液14接触。这可以通过例如将窗板10浸入溶剂池中或通过利用化学溶液14对表面的喷涂实现。在窗板10的表面与溶液14接触期间，在玻璃板的表面上在未掩蔽的区域12‘中进行离子交换，尤其通过钾离子交换钠离子。由此构成硬化区域12。掩蔽层15则避免使溶液14在掩蔽区域11‘中与玻璃表面接触。由此阻止离子交换，并且掩蔽后的区域11‘保持未硬化。掩蔽层15至少在半小时的时长内、尤其至少2小时的时长内、优选在整个作用时间的时长内在溶液14中是不溶的。如果掩蔽层15在作用时间届满前就剥落，那么掩蔽的区域11‘同样被硬化，其中，相邻的未掩蔽区域12‘更剧烈地硬化，因为在该区域中更多的钠离子被钾离子替换。
溶液14优选是含钾离子的溶液。尤其适用硝酸钾溶液。
在规定的作用时间届满后，所述作用时间尤其在半小时至5小时的范围内、优选在3-4小时的范围内，溶液14在第三方法步骤III中从表面上去除。
在方法步骤IV中最后通过漆料或涂层的剥离或通过聚合物薄膜的撕下将掩蔽层15去除。
附图标记清单
1 交通工具窗
8 投掷阴影
9 视区
10 窗板
10‘ 未硬化玻璃板
11 未硬化区域
11‘ 掩蔽区域
12 硬化区域
12‘ 未掩蔽区域
13 预定断裂部位
14 用于玻璃硬化的化学溶液
15 掩蔽层

Claims (10)

1.一种交通工具窗(1)，其包括化学硬化的窗板(10)，其特征在于，窗板(10)的至少一个区域(11)是未硬化的，其中，所述窗板(10)此外还具有经热张紧区域(13)，窗板材料的易碎性在所述经热张紧区域中提高，其中，窗板(10)是前风挡玻璃，并且未硬化区域(11)布置在前风挡玻璃的视区(9)中。
2.根据权利要求1所述的交通工具窗(1)，其特征在于，窗板(10)在一侧或两侧被化学硬化。
3.根据权利要求1所述的交通工具窗(1)，其特征在于，窗板(10)包括多个未硬化区域(11)。
4.根据权利要求3所述的交通工具窗(1)，其特征在于，窗板(10)包括多个岛状地布置的未硬化区域(11)。
5.根据权利要求3所述的交通工具窗(1)，其特征在于，至少一个未硬化区域(11)不大于10cm2。
6.根据权利要求5所述的交通工具窗(1)，其特征在于，至少一个未硬化区域(11)不大于5cm2。
7.一种用于制造根据上述权利要求中任一项所述交通工具窗的方法，所述方法包括按给出顺序的以下步骤：
-掩蔽窗板(10‘)的表面，
-将掩蔽后的表面与用于化学硬化的溶液(14)相接触，
-将溶液(14)从硬化的表面上去除，并且
-将掩蔽层(15)去除。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用于化学硬化的溶液(14)包括硝酸钾。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，掩蔽层(15)至少在大于半小时的时长内在用于化学硬化的溶液(14)中是不溶的。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，掩蔽层(15)作为漆料或通过聚合物薄膜的粘附被敷设在表面上。
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