DE102008008758A1

DE102008008758A1 - Gebogene Fahrzeug-Windschutzscheibe aus Verbundglas

Info

Publication number: DE102008008758A1
Application number: DE102008008758A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Labrot; Jean-Edouard De Salins
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Bei einer gebogenen Fahrzeug-Windschutzscheibe aus Verbundglas sind die äußere und die innere Oberfläche der Windschutzscheibe geringfügig unterschiedlich gekrümmt, derart, dass die beiden Glasoberflächen in vertikaler Richtung einen sich kontinuierlich ändernden Keilwinkel miteinander bilden. Die Größe der Keilwinkel wird für die vertikale Mittellinie der Windschutzscheibe in Abhängigkeit vom jeweiligen lokalen Einfallswinkel und von dem jeweiligen lokalen Biegeradius berechnet. Durch den sich kontinuierlich ändernden Keilwinkel werden in der Durchsicht störende Doppelbilder über die gesamte Höhe der Windschutzscheibe kompensiert. Der sich kontinuierlich ändernde Kompensations-Keilwinkel ist in der thermoplastischen Zwischenschicht der Verbundglasscheibe eingearbeitet und überträgt sich beim Verbindeprozess auf die Glasoberflächen.

Description

Die Erfindung betrifft eine gebogene Fahrzeug-Windschutzscheibe aus Verbundglas, deren äußere und innere Oberflächen zur Vermeidung oder zur Reduzierung von in der Durchsicht störenden Doppelbildern zumindest in bevorzugten Bereichen einen Keilwinkel miteinander bilden.
Das Auftreten von Doppelbildern bei der Durchsicht durch die Windschutzscheibe kann für den Fahrer des Fahrzeugs sehr störend sein. Doppelbilder erscheinen für das Auge des Fahrers insbesondere bei gebogenen Windschutzscheiben unter bestimmten Kontrastbedingungen, nämlich in der Regel bei Nachtfahrten über den Scheinwerferbildern entgegen kommender Fahrzeuge oder anderen hellen Lichtquellen. Sie entstehen als Folge von Mehrfachreflexionen an den Oberflächen der Windschutzscheibe, wenn ein Teil der auftreffenden Lichtstrahlen, der so genannte Sekundärstrahl, unter einem Winkel zu dem Primärstrahl aus der Windschutzscheibe austritt. Der Winkel zwischen dem Primärstrahl und dem Sekundärstrahl wird als Doppelbildwinkel bezeichnet. Da die Intensität des Sekundärstrahls sehr gering ist und in der Regel weniger als 1% der Intensität des Primärstrahls beträgt, ist er nur sichtbar, wenn er sich von der dunklen Umgebung abheben kann, also bei Nacht oder bei der Durchfahrt durch einen unbeleuchteten Tunnel.
Doppelbilder treten bei Glasscheiben mit so genannten Keilfehlern und bei gebogenen Glasscheiben auf. Da die heutigen Floatglasscheiben, die für die Herstellung von Windschutzscheiben verwendet werden, im Gegensatz zu den früher verwendeten Glasscheiben praktisch keine Keilfehler mehr aufweisen, werden störende Doppelbilder im wesentlichen nur noch bei gebogenen Glasscheiben beobachtet. Je nach der Form und der jeweiligen Einbauneigung der Windschutzscheiben können sie aber sehr störende Ausmaße annehmen.
Nach J. P. Aclocque "Doppelbilder als störender optischer Fehler der Windschutzscheibe" in Z. Glastechn. Ber. 193 (1970) S. 193–198 lässt sich der Doppelbildwinkel in Abhängigkeit von dem Biegeradius und dem Einfallswinkel des Lichtstrahls nach folgender Beziehung berechnen:
wobei

η: den Doppelbildwinkel,
n: den Brechungsindex des Glases,
d: die Dicke der Glasscheibe
R: den Biegeradius der Glasscheibe am Ort des einfallenden Lichtstrahls, und
φ: den Einfallswinkel des Lichtstrahls zur Normalen auf die Tangente zur Scheibe bedeuten.

Da bei ebenen Glasscheiben der Doppelbildwinkel η nach der Formel
von dem durch die Glasoberflächen gebildeten Keilwinkel δ abhängig ist, lässt sich durch Gleichsetzung der beiden genannten Gleichungen der Keilwinkel δ, der bei gegebenem Biegeradius R und gegebenem Einfallswinkel φ für die Eliminierung des Doppelbildes erforderlich ist, nach der Formel
berechnen.
Aus der DE 19535053 A1 und der DE 19611483 A1 ist es bekannt, die physikalischen Zusammenhänge zu nutzen, um bei gebogenen Glasscheiben die störenden Doppelbilder dadurch zu reduzieren, dass für die Herstellung einer aus Verbundglas bestehenden Windschutzscheibe eine Verbindefolie mit keilförmigem Querschnitt verwendet wird. Für die Berechnung des Keilwinkels wird dabei ein mittlerer Einfallswinkel und ein mittlerer Biegeradius der Windschutzscheibe zugrunde gelegt. Dabei soll durch die in diesem Dokument vorgeschlagenen Maßnahmen der Betrag des Doppelbildwinkels bezogen auf die gesamte Windschutzscheibe um mindestens 20%, und insbesondere um mindestens 60% verkleinert werden. Der dickere Bereich der Verbindefolie soll oben liegen, und mit zunehmender Krümmung der Windschutzscheibe soll eine Verbindefolie mit größerem Keilwinkel eingesetzt werden.
Bei Windschutzscheiben mit verhältnismäßig einfacher Biegung lassen sich mit dieser bekannten Methode, das heißt mit einer Verbindefolie mit einem gleich bleibendem Keilwinkel, zufrieden stellende Ergebnisse erzielen. Bei so genannten Panorama-Windschutzscheiben jedoch, die im oberen Bereich und gegebenenfalls auch in den seitlichen Bereichen stärker gebogen sind, lassen sich die Doppelbilder auf diese Weise nicht ausreichend reduzieren. Daher sind zumindest bei komplex gebogenen Glasscheiben nach wie vor Doppelbilder sichtbar, die den Fahrer erheblich stören können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gebogene Windschutzscheiben, bei denen die äußeren Glasoberflächen zur Reduzierung der Doppelbilder einen Keilwinkel einschließen, dahingehend weiter zu entwickeln, dass auch bei stark und/oder ungleichmäßig gebogenen Windschutzscheiben und flachen Einbauwinkeln die Doppelbilder durch die Form der Windschutzscheiben weitestgehend kompensiert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Windschutzscheibe mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Windschutzscheibe zwischen den äußeren Glasoberflächen einen Keilwinkelverlauf auf, der sich vom unteren Rand der Windschutzscheibe bis zum oberen Rand der Windschutzscheibe stetig verändert.
Da letztlich nur der Verlauf des von den Glasoberflächen eingeschlossenen Keilwinkels für die Doppelbildwinkel und deren Kompensation verantwortlich ist, ist es grundsätzlich möglich, den erforderlichen Keilwinkelverlauf in eine der bei der Verbundglasherstellung verwendeten Einzelglasscheiben oder in beide Glasscheiben einzuarbeiten. Die Erfindung lässt sich jedoch auf wirtschaftlichere Weise realisieren, wenn der erforderliche sich kontinuierlich ändernde Keilwinkel in die für die Herstellung der Windschutzscheibe verwendete thermoplastische Zwischenfolie eingearbeitet ist.
Stärkere Biegungen der Glasscheiben sind infolge der bereichsweisen Dehnung des Glases häufig mit geringfügigen Dickenänderungen verbunden. Eine zweckmäßige Weiterentwicklung der Erfindung zeichnet sich deshalb dadurch aus, dass bei der Bestimmung des sich kontinuierlich ändernden Keilwinkels die durch die Verformung der Einzelglasscheiben bedingten Dickenänderungen berücksichtigt sind.
Windschutzscheiben, die auch in horizontaler Richtung stärkere Biegungen aufweisen, beispielsweise in den seitlichen Endbereichen, zeichnen sich in zweckmäßiger Weiterentwicklung der Erfindung dadurch aus, dass die Oberflächen der Windschutzscheibe in diesen Bereichen auch in horizontaler Richtung einen sich kontinuierlich ändernden Keilwinkel aufweisen. Für derartige Windschutzscheiben sind Zwischenfolien mit einem komplexen Dickenprofil erforderlich, das beispielsweise durch Übereinanderlegen von zwei gekreuzten Keilfolien, oder aber durch nachträgliches oberflächliches Abtragen der Zwischenfolie erreicht werden kann.
Bei komplexen Geometrien der Glasscheiben, die sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung eine stärkere Biegung aufweisen, muss man bei der Berechnung des Verlaufs der Kompensations-Keilwinkel jedoch berücksichtigen, dass der Strahlengang nicht mehr in einer Ebene liegt, sondern dreidimensional verläuft.
Zweckmäßigerweise werden für die Berechnung des erforderlichen Kompensations-Keilwinkels die Form und die Einbauneigung der Windschutzscheibe entlang der vertikalen Mittellinie der Windschutzscheibe zugrunde gelegt. Entlang dieser Linie werden beginnend von der unteren Kante der Windschutzscheibe in Abständen von beispielsweise einigen Zentimetern mit Hilfe der oben genannten Gleichung [3] die Kompensations-Keilwinkel δ bestimmt, die an diesen Stellen jeweils erforderlich sind. Diese Berechnungen werden bis zur oberen Kante der Windschutzscheibe fortgesetzt. Die Zwischenwerte zwischen diesen errechneten Werten erhält man durch Interpolation. Auf diese Weise wird der vollständige Verlauf der Keilwinkel δ über die gesamte Scheibenhöhe ermittelt. Aus dem so ermittelten erforderlichen Keilwinkelverlauf wird dann das Dickenprofil der thermoplastischen Zwischenfolie berechnet, mit der die Einzelglasscheiben unter Anwendung von Wärme und Druck miteinander verbunden werden. Dieses Dickenprofil überträgt sich nach dem Verbinden der Glasscheiben auf die fertige Verbundglasscheibe.
Der erforderliche Keilwinkelverlauf und das daraus resultierende Dickenprofil der Zwischenfolie muss für jede Scheibenform gesondert berechnet werden. Das erfindungsgemäße Dickenprofil kann durch Verwendung einer entsprechenden Schlitzdüse bei der Extrusion der Folie, oder aber durch gezieltes Recken der mit einem entsprechenden Temperaturprofil aufgeheizten Folie erreicht werden. Es ist jedoch auch möglich, durch nachträgliches Abtragen der Folie das gewünschte Dickenprofil zu erzeugen. Diese Methoden können auch kombiniert werden, indem beispielsweise das Dickenprofil in der einen Richtung durch eine entsprechende Schlitzdüse bei der Extrusion, und in der anderen Richtung durch nachträgliches entsprechendes Recken der Folie erzeugt wird.
Für die Berechnung der Doppelbildwinkel η und der entsprechenden lokalen Kompensationskeilwinkel δ kann man die Anordnung wählen, wie sie in der Prüfvorschrift ECE R43 Annex 3 für die Bestimmung des Doppelbildwinkels empfohlen wird. Bei dieser Anordnung werden die Doppelbildwinkel ermittelt, wenn der Kopf des Fahrers sich von einer unteren Position in vertikaler Richtung bis in eine obere Endposition bewegt. Das heißt, die Blickrichtung des Fahrers bleibt immer horizontal. Vorzugsweise wird jedoch eine Anordnung gewählt, bei der der Doppelbildwinkel von einer mittleren gleich bleibenden Position des Fahrers aus (Augpunkt) berechnet wird, wobei sich der Sichtwinkel des Fahrers durch die Windschutzscheibe ändert. Es hat sich gezeigt, dass diese Anordnung mehr der Praxis mehr entspricht als die in der Prüfvorschrift vorgesehene Anordnung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnungen näher erläutert. Von den Zeichnungen zeigt
1 eine vereinfachte schematische Darstellung des Strahlenverlaufs, der zur Entstehung der Doppelbilder führt;
2 ein Diagramm, das den Verlauf des Doppelbildwinkels η über die Höhe der Windschutzscheibe bei einem bestimmten Windschutzscheibenmodell bei einer Betrachtung vom Augpunkt aus darstellt;
3 ein Diagramm, das den Verlauf des errechneten Kompensationskeilwinkels δ über die Höhe der Windschutzscheibe darstellt, und
4 den Verlauf des dem Kompensationskeilwinkel entsprechenden Dickenprofils der Zwischenfolie.
In 1 ist der grundsätzliche Strahlenverlauf dargestellt, wie er beim Strahlendurchtritt durch eine gebogene Glasscheibe 1 im Auge 2 des Fahrers zur Entstehung von Doppelbildern führt. Von der Lichtquelle 3 geht der Primärlichtstrahl P aus, der nach zweifacher Ablenkung an den beiden Oberflächen der Glasscheibe 1 als Primärstrahl P' in das Auge 2 des Fahrers fällt. Das Auge sieht die helle Lichtquelle 3 jedoch als Primärbild 3' in Verlängerung des Primärstrahls P'. Innerhalb der Glasscheibe 1 wird ein kleiner Teil des Primärstrahls P an den Glasoberflächen zweimal reflektiert und tritt als Sekundärstrahl S aus der Glasscheibe aus. Das Auge 2 des Fahrers sieht das Doppelbild 3'' in Verlängerung des Sekundärstrahls S. In dem Bereich, in dem der von der Lichtquelle 3 ausgehende Primärstrahl auf die Glasscheibe 1 auftrifft, weist die Glasscheibe 1 eine Krümmung mit dem Biegeradius R auf. Der von dem Primärstrahl P' und dem Sekundärstrahl S eingeschlossene Winkel ist der so genannte Doppelbildwinkel η.
Im folgenden werden die Berechnungen für die Ermittlung des erfindungsgemäßen Keilwinkelverlaufs für ein bestimmtes Windschutzscheibenmodell durchgeführt, das für ein neu zu entwickelndes Fahrzeug entworfen wurde.
Bei der Berechnung geht man so vor, dass entlang eines vertikalen Schnitts in der Mitte der Windschutzscheibe unter Berücksichtigung des realen Einbauwinkels und einer mittleren Augenposition in Abständen von jeweils etwa 10 cm die im Auge des Fahrers entstehenden Doppelbildwinkel η nach der oben angegebenen Formel [1] berechnet werden. Da die Sicht des Fahrers nach unten normalerweise durch die Kante der Motorhaube begrenzt ist, genügt es, wenn die Berechnung des Doppelbildwinkels an dieser Stelle beginnt, die in der nachfolgenden Tabelle als MK bezeichnet ist. Nach oben ist die Durchsicht durch die Windschutzscheibe normalerweise nicht begrenzt, so dass die Berechnung zweckmäßigerweise bis zum oberen Scheibenrand durchgeführt wird.

In der folgenden Tabelle sind die Punkte auf der vertikalen Mittellinie der Windschutzscheibe, an denen jeweils die Berechnung des Doppelbildwinkels vorgenommen wurde, durch ihren Abstand in mm von der Motorhauben-Kante MK definiert. An diesen Messpunkten wird einerseits jeweils der durch die Normale zur Tangente an der gebogenen Glasscheibe bestimmte Neigungswinkel φ, und andererseits jeweils der Biegeradius R der Glasscheibe bestimmt. Aus diesen Daten wird mit Hilfe der oben genannten Gleichung [1] zunächst der Doppelbildwinkel η, und anschließend mit Hilfe der Gleichung [3] der Keilwinkel δ berechnet, der an dieser Stelle für die Kompensation des Doppelbildes erforderlich ist. In den Berechnungsformeln wird der Brechungsindex des Glases mit 1,52 angenommen, und die Dicke d der Windschutzscheibe mit 4,96 mm.

Abstand MK	φ	R	η	δ	Foliendicke
(mm)	(°)	(mm)	(')	(mrad)	(mm)
1531	68,17	3464	2,484	0,228	1,399
1429	59,95	3481	3,418	0,300	1,375
1327	53,18	3482	4,201	0,350	1,345
1225	47,75	3468	4,850	0,383	1,309
1123	43,43	3439	5,392	0,404	1,270
1021	40,02	3397	5,855	0,417	1,229
919	37,34	3343	6,259	0,426	1,186
817	35,24	3279	6,625	0,434	1,143
714	33,61	3207	6,964	0,441	1,098
612	32,37	3127	7,286	0,449	1,053
510	31,45	3042	7,602	0,459	1,008
408	30,80	2952	7,911	0,470	0,961
306	30,38	2859	8,220	0,483	0,913
204	30,17	2765	8,529	0,499	0,864
102	30,14	2670	8,836	0,516	0,813
0	30,12	2575	9,165	0,535	0,760

Da bei den üblichen Standardfolien die Dicke der Folien aus Gründen der Durchstoßfestigkeit der Windschutzscheibe 0,76 mm beträgt, weist die Dicke der Folie auch bei der erfindungsgemäßen Zwischenschicht an ihrer dünnsten Stelle ebenfalls den Wert von 0,76 mm auf. Die Dicke nimmt bis zur Oberkante der Windschutzscheibe bis auf 1,399 mm kontinuierlich zu.
Die auf diese Weise errechneten Werte für den Doppelbildwinkel η, den Kompensationskeilwinkel δ und die Foliendicke sind in den 2 bis 4 in Form entsprechender Diagramme dargestellt. Während 2 den Verlauf des Doppelbildwinkels η (in Bogenminuten) mit zunehmendem Abstand von der Motorhauben-Kante darstellt, zeigt 3 den Verlauf des Kompensationskeilwinkels δ in mrad, ebenfalls mit zunehmendem Abstand von der Motorkante MK. 4 schließlich stellt das Dickenprofil der Zwischenfolie dar, das zu dem erforderlichen sich stetig ändernden Keilwinkel zwischen den Oberflächen der Glasscheibe führt, wenn die Einzelglasscheiben mit einer derartigen Zwischenfolie unter Anwendung von Wärme und Druck miteinander verbunden werden.
In der 4 stellt die durchgezogene Kurve das der Tabelle entsprechende erfindungsgemäße Dickenprofil der Zwischenfolie dar. Demgegenüber zeigt die gestrichelt gezeichnete Kurve das dem Stand der Technik entsprechende linear verlaufende Dickenprofil der Zwischenfolie bei gleich bleibendem Keilwinkel. Man erkennt deutlich, dass das erfindungsgemäße Dickenprofil sich deutlich von dem linear verlaufenden Dickenprofil unterscheidet.
Beim Biegevorgang der Glasscheiben, das heißt beim Übergang von der zweidimensionalen in die dreidimensionale Form, werden je nach dem Ausmaß der Biegung die Glasscheiben bereichsweise geringfügig gedehnt, was zwangsläufig mit Dickenänderungen verbunden ist. Diese Dickenänderungen können bei sphärisch gebogenen Glasscheiben in den Bereichen, die lokal stärker erhitzt wurden, durchaus einige μm betragen. Diese zwangsläufig auftretenden Dickenänderungen, die je nach der Form der Windschutzscheibe den Keilwinkelverlauf in der einen oder in der anderen Richtung beeinflussen, müssen natürlich für die endgültige Bestimmung des Keilwinkelverlaufs entsprechend berücksichtigt werden. Auch die minimale Dehnung der Zwischenfolie, die während des Verbindeprozesses, nämlich beim Übergang der zweidimensionalen Gestalt in eine dreidimensionale Form erfolgt, muss bei der Bestimmung des Keilwinkelverlaufs in Betracht gezogen werden.
Bereits geringe Geometrieabweichungen können einen signifikanten Einfluss auf die Doppelbilder haben. Es ist aber während der Prototypenphase beim Fahrzeugbau in der Regel möglich, das Keilwinkelprofil noch einmal genau auf die gegebene Situation abzustimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19535053 A1 [0007]
- DE 19611483 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- J. P. Aclocque "Doppelbilder als störender optischer Fehler der Windschutzscheibe" in Z. Glastechn. Ber. 193 (1970) S. 193–198 [0004]

Claims

Gebogene Fahrzeug-Windschutzscheibe aus Verbundglas, deren äußere und innere Oberflächen zur Vermeidung oder zur Reduzierung von in der Durchsicht störenden Doppelbildern zumindest in bevorzugten Bereichen einen Keilwinkel miteinander bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Glasoberflächen einen in Abhängigkeit vom jeweiligen Einfallswinkel φ und von dem jeweiligen lokalen Biegeradius R sich kontinuierlich verändernden Keilwinkel δ aufweisen.
Fahrzeug-Windschutzscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel δ zwischen der äußeren und der inneren Oberfläche einer in vertikaler Richtung gebogenen Windschutz-scheibe sich vom unteren Rand bis zum oberen Rand der Windschutz-scheibe kontinuierlich ändert.
Fahrzeug-Windschutzscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel sich vom unteren Rand bis zum oberen Rand der Windschutzscheibe sich kontinuierlich verringert.
Fahrzeug-Windschutzscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel δ zwischen der äußeren und der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe in Bereichen mit starker horizontaler Biegung sich in diesen Bereichen in horizontaler Richtung kontinuierlich ändert.
Fahrzeug-Windschutzscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich kontinuierlich ändernde Keilwinkel δ in der für die Herstellung der Windschutzscheibe aus Verbundglas verwendeten Zwischenfolie eingearbeitet ist.
Fahrzeug-Windschutzscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des sich kontinuierlich ändernden Keilwinkels δ die durch die Verformung der Einzelglasscheiben bedingten Dickenänderungen berücksichtigt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeug-Windschutzscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Kompensation des Doppelbildes erforderliche Keilwinkel δ in Abhängigkeit von dem lokalen Einfallswinkel φ und dem lokalen Biegeradius R rechnerisch ermittelt, und der sich daraus ergebende Verlauf des Kompensations-Keilwinkels δ bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Kompensationskeilwinkels δ bei horizontaler Blickrichtung, das heißt unter Verlagerung des Augpunktes in vertikaler Richtung von einer unteren Endposition bis in eine obere Endposition, berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Kompensations-Keilwinkels δ von einer mittleren gleich bleibenden Position des Fahrers, das heißt von einem festgelegten Augpunkt aus unter Änderung des Blickwinkels, berechnet wird.