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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2012 109 900 B4 ist eine Fahrzeugscheibe bekannt, die insbesondere im Bereich eines Fahrzeugdachs als festes oder verstellbares Dachelement einsetzbar ist. Diese Fahrzeugscheibe ist als Verbundbauteil ausgebildet und umfasst einen Scheibenkörper, der ein Fahrzeugaußenhautelement bildet und mit seiner Außenseite einer Fahrzeugumgebung und mit seiner Innenseite einem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, und einen insbesondere als Polyurethanumschäumung ausgebildeten Kunststoffrahmen, der umlaufend an den Rand des Scheibenkörpers angeformt ist. An der Innenseite des Scheibenkörpers ist ein Schichtverbund angeordnet, der eine Lichtleiterschicht umfasst. Zudem umfasst die Fahrzeugscheibe eine Lichtquelle, deren Licht in die Lichtleiterschicht einkoppelbar ist. Zwischen der Lichtleiterfolie und dem Scheibenkörper ist eine optische Barriereschicht angeordnet, die verhindern soll, dass in die Lichtleiterschicht eingekoppeltes Licht in den Scheibenkörper übertritt. Die Lichtleiterschicht ist aus PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PC (Polycarbonat) gebildet. Hinsichtlich der Leuchteigenschaften und Fahrzeuginsassensicherheit genügt diese Fahrzeugscheibe aber hohen Anforderungen nicht in hinreichendem Maße. Weiterer Stand der Technik ist den Druckschriften
DE 10 2014 100 838 A1 ,
DE 10 2007 013 627 A1 ,
WO 2014 / 096 222 A2 ,
EP 2 817 149 B1 und
DE 10 2004 012 319 A1 zu entnehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optimierte Fahrzeugscheibe der einleitend genannten Gattung zu schaffen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Fahrzeugscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird also eine Fahrzeugscheibe vorgeschlagen, die einen Scheibenkörper mit einer einer Fahrzeugumgebung zugewandten Außenseite und einer einem Fahrzeuginnenraum zugewandten Innenseite, einen Folienverbund, der eine Splitterschutzfunktion haben kann und der eine Lichtleiterfolie umfasst, eine Lichtquelle, deren Licht in die Lichtleiterfolie einkoppelbar ist, eine optische Barriereschicht, die zwischen dem Scheibenkörper und der Lichtleiterfolie angeordnet ist, und einen Kunststoffrahmen umfasst, der an dem Scheibenkörper angeformt ist oder mit diesem verklebt ist. Der Folienverbund ist an seinen Rändern von dem Kunststoffrahmen übergriffen. Die Lichtleiterfolie ist eine Folie aus COP (cyclisches Olefinpolymer).
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Durch die Verwendung einer Folie aus einem cyclischen Olefinpolymer als Lichtleiterfolie kann eine gute Leuchthomogenität über die Fläche des Folienverbunds erreicht werden. Zudem hat eine Folie aus einem COP gegenüber Folien aus PMMA und PC eine höhere Glasübergangstemperatur und ein geringeres Wasserabsorptionsvermögen. Damit ist die Fahrzeugscheibe nach der Erfindung sehr verschleißfest. Der Kunststoffrahmen, der aus einer Polyurethanrandumschäumung des Scheibenkörpers gebildet sein kann, übergreift den Folienverbund an seinen Rändern, insbesondere bei einem im Wesentlichen rechteckigen Folienverbund an zwei seiner Ränder, wohingegen an den beiden anderen Rändern jeweils eine Lichtquelle angeordnet sein kann, die als LED-Modul ausgebildet sein kann und deren Licht in die Lichtleiterfolie einkoppelbar ist. Damit ist durch die Erfindung eine Fahrzeugscheibe bereitgestellt, die einerseits ein optimiertes Leuchtverhalten bei Verwendung als so genanntes Ambient-Light-Modul zeigt und andererseits durch das Übergreifen von Rändern des Folienverbunds durch den Kunststoffrahmen ein hohes Maß an Fahrzeuginsassenschutz bieten kann, da der Folienverbund durch den Kunststoffrahmen gehalten ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung hat die optische Barriereschicht einen Brechungsindex, der kleiner ist als derjenige der Lichtleiterfolie und der insbesondere kleiner als oder gleich 1,4, vorzugsweise kleiner als 1,36 und insbesondere 1,34 ist, jeweils bezogen auf eine Lichtwellenlänge von 550 nm. Die optische Barriereschicht verhindert damit, dass Licht, das von der Lichtquelle in die Lichtleiterfolie eingekoppelt wird, in den Scheibenaußenkörper übertritt. Die optische Barriereschicht kann also als optische Isolierschicht angesehen werden, da sie das Licht, das an ihrer Innenseite, das heißt an ihrer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite, auftrifft, entweder durch Totalreflektion oder durch Streuung wieder in Richtung Lichtleiterfolie lenkt. Damit ist ein Übertritt von Licht in den Scheibenkörper und von dort in die Fahrzeugumgebung verringert bzw. verhindert.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung ist die optische Barriereschicht aus ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer), FEP (Fluorethylenpropylen) und/oder Silikon gebildet. Diese Materialien haben eine hohe Transparenz und einen hinreichend niedrigen Brechungsindex, um das aus der Lichtleiterfolie in Richtung Scheibenkörper austretende Licht in einem hohen Maße zu reflektieren.
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Die Schichtdicke der optischen Barriereschicht sollte mindestens der größten Wellenlänge des Lichts entsprechen, das in die Lichtleiterfolie eingekoppelt wird, und mindestens 750 nm und insbesondere mindestens 1 µm betragen. Bevorzugt sind Schichtdicken zwischen 25 µm und 100 µm. Besonders geeignet erweist sich eine Schichtdicke von etwa 50 µm.
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Um die Fertigung der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung zu erleichtern, ist die optische Barriereschicht bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung aus einer Folie gebildet, die Bestandteil des Folienverbunds ist. Der Folienverbund umfasst dann also sowohl die Lichtleiterfolie als auch die optische Barriereschicht, welche als Verbund in einem Arbeitsschritt an die Innenseite des Scheibenkörpers angebunden werden können.
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Um das Haftvermögen der Folie, die die optische Barriereschicht bildet, zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die Folie eine Nanostrukturierung aufweist und/oder nach einem Korona- oder Plasmaverfahren behandelt ist.
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Die Anbindung des Folienverbunds an den Scheibenkörper, der aus Glas oder auch einem geeigneten Kunststoff, gebildet sein kann, erfolgt zweckmäßigerweise über eine Kleberschicht. Die Kleberschicht ist vorzugsweise aus einem optisch isotropen, klaren, druckaktivierbaren oder unter UV-Strahlung aushärtbaren Klebstoff gebildet.
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Bei einer speziellen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung ist die optische Barriereschicht eine Beschichtung des Scheibenkörpers, wobei dann der Folienverbund über eine Kleberschicht an die optische Barriereschicht angebunden ist. Auch diese Kleberschicht ist zweckmäßigerweise aus einem optisch isotropen, klaren, druckaktivierbaren oder unter UV-Strahlung aushärtbaren Klebestoff gebildet.
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Wenn die optische Barriereschicht direkt an den Scheibenkörper angebunden ist und beispielsweise aus einer FEP-Beschichtung besteht, kann deren Herstellung mittels einer Dispersion aus Fluoropolymer-Partikel bestehen, die nach üblichen Beschichtungsverfahren, wie einem Sprühbeschichtungsverfahren, auf den Scheibenkörper aufgetragen werden können. Anschließend kann eine Wärmebehandlung erfolgen, wobei die genutzte Temperatur nahe dem Schmelzpunkt oder über dem Schmelzpunkt der Teilchen liegt. Für FEP beträgt die Mindesttemperatur etwa 250 °C und die Maximaltemperatur etwa 450 °C. Der Scheibenkörper, der aus Glas bestehen kann, kann mit einem Fluorsilanhaftmittel vorbehandelt sein, das die Adhäsion verbessert.
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Die Lichtleiterfolie zeigt in überraschender Weise die besten Leuchteigenschaften, wenn sie eine Dicke zwischen 100 µm und 250 µm hat und vorzugsweise eine Dicke von 100 µm oder 188 µm hat.
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Um Licht aus der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung auskoppeln zu können, sind vorzugsweise Lichtstreuelemente vorgesehen. Die Lichtstreuelemente sind bei einer speziellen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung in einer Schutzbeschichtung der Lichtleiterfolie angeordnet, mit der die Lichtleiterfolie an ihrer Innenseite bzw. ihrer den Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite versehen ist. Die Lichtstreuelemente sind vorzugsweise Partikel bzw. Nanopartikel, die in eine Kunststoffmatrix der Schutzbeschichtung eingebettet sind. Die Schutzbeschichtung kann eine so genannte Kratzfestbeschichtung darstellen oder auch mit einer zusätzlichen Kratzfestbeschichtung versehen sein.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung sind die Lichtstreuelemente in einer Beschichtung der Lichtleiterfolie angeordnet, die zwischen der Lichtleiterfolie und der optischen Barriereschicht angeordnet ist. Die Beschichtung kann aus einer transparenten oder opaken Bedruckung der Lichtleiterschicht bestehen und Teilchen bzw. Nanoteilchen enthalten, die die Lichtstreuelemente bilden. Denkbar sind beispielsweise Direktdruck-, Siebdruck- oder Flexodruckverfahren. Durch die Bedruckung können bei aktivierter Lichtquelle Leuchtmuster erzeugt werden, die mit dem Druckmuster korrespondieren.
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Alternativ oder zusätzlich können Lichtstreuelemente auch in die Matrix der Lichtleiterfolie oder in einen Klebstoff zwischen der Lichtleiterfolie und der optischen Barriereschicht eingebettet sein.
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Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform der Fahrzeugscheibe nach der Erfindung ist zwischen der optischen Barriereschicht und dem Scheibenkörper eine Folie aus PET (Polyethylenterephtalat) der dergleichen angeordnet, die Bestandteil des Folienverbunds ist und die Splitterschutzeigenschaften des Folienverbunds weiter verbessert.
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Das von der Lichtquelle abgegebene Licht kann in günstiger Weise in die Lichtleiterfolie eingekoppelt werden, wenn die Lichtquelle an einen Randstreifen des Folienverbunds gekoppelt ist, der verbindungsfrei zu dem Scheibenkörper ist, das heißt von dem Scheibenkörper abgehoben ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Ausführungsbeispiele einer Fahrzeugscheibe nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeugdach mit einer Fahrzeugscheibe nach der Erfindung;
- 2 einen schematischen Schnitt durch die Fahrzeugscheibe des Fahrzeugdachs nach 1;
- 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Fahrzeugscheibe nach der Erfindung;
- 4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Fahrzeugscheibe nach der Erfindung;
- 5 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Fahrzeugscheibe nach der Erfindung; und
- 6 einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer Fahrzeugscheibe nach der Erfindung.
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In 1 ist ein Fahrzeugdach 10 eines ansonsten nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Fahrzeugdach 10 ist ein Panoramadach, das mit einem verstellbaren Deckelelement 12 und einem Festdachelement 14 versehen ist, welches gegenüber der Fahrzeugkarosserie unbeweglich ist. Das Deckelelement 12 bildet eine Fahrzeugscheibe 16, die ein Verbundbauteil darstellt, dessen Schichtaufbau in 2 dargestellt ist.
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Wie 2 zu entnehmen ist, umfasst die Fahrzeugscheibe 16 einen Scheibenkörper 18, der aus einem gefärbten Kalk-Natron-Glas gefertigt ist und eine einer Fahrzeugumgebung zugewandte Außenseite 20 und eine einem Fahrzeuginnenraum zugewandte Innenseite 22 aufweist. An die Innenseite 22 des Scheibenkörpers 18 ist über eine Kleberschicht 24 ein Splitterschutzfolienverbund 26 angebunden.
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Der Splitterschutzfolienverbund 26 umfasst eine Lichtleiterfolie 28, die aus einer COP (cyclisches Olefinpolymer)-Folie gebildet ist und eine Dicke von etwa 188 µm hat. An seiner Innenseite, das heißt an seiner dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite trägt die Lichtleiterfolie 28 eine Schutzbeschichtung 30, die eine Kratzfestbeschichtung bzw. Hardcoat darstellt und in dessen Kunststoffmatrix Streuzentren in Form von Lichtstreuelementen 32 eingebettet sind. An der der Schutzbeschichtung 30 abgewandten Seite ist die Lichtleiterfolie 28 über eine Kleberschicht 34 mit einer optischen Barriereschicht 36 verbunden, welche aus FEP (Fluorethylenpropylen) besteht und eine Dicke von etwa 50 µm hat. Die optische Barriereschicht 36, die die Grenzschicht zu der Kleberschicht 24 bildet, hat einen Brechungsindex von 1,34, bezogen auf eine Lichtwellenlänge von 550 µm. Dieser Brechungsindex ist kleiner als derjenige der COP-Folie, der etwa 1,53 beträgt.
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Die Kleberschichten 24 und 34 können jeweils aus einem optisch isotropen, klaren und druckaktivierbaren oder unter UV-Strahlung aushärtbaren Klebstoff gebildet sein. Beispielsweise ist der Klebstoff ein acrylat- oder silikonbasierter Klebstoff.
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Des Weiteren weist die anhand von den 1 und 2 dargestellte Fahrzeugscheibe einen den Rand des Scheibenkörpers 18 übergreifenden Kunststoffrahmen 38 auf, der aus einer Polyurehtan-Randumschäumung gebildet ist und mit seinen sich in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schenkeln 40A und 40B jeweils einen Rand 42A bzw. 42B des Splitterschutzfolienverbunds 26 übergreift und so den Splitterschutzfolienverbund 26 an dem Scheibenkörper 18 sichert.
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Entlang der in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Ränder des Splitterschutzfolienverbunds 26 ist jeweils eine als LED-Modul ausgebildete Lichtquelle 44 angeordnet, mittels der Licht in die Lichtleiterfolie 28 eingekoppelt werden kann.
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Insbesondere kann durch Aktivieren der Lichtquellen 44 Licht einer ausgewählten Wellenlänge in die Lichtleiterfolie 28 eingekoppelt werden, wobei das eingekoppelte Licht bis zu einem bestimmten Grenzwinkel an den Grenzflächen zwischen der Lichtleiterfolie 28 und der Kleberschicht 34 einerseits und zwischen der Lichtleiterfolie 28 und der Schutzbeschichtung 30 andererseits reflektiert wird. Licht, das die Grenzfläche zwischen der Lichtleiterfolie 28 und der Kleberschicht 34 durchtritt, wird aufgrund des kleineren Brechungsindex an der optischen Barriereschicht 36 zu einem großen Teil reflektiert, so dass kein oder nur ein geringer Lichtanteil zu dem Scheibenkörper 18 gelangt. Des Weiteren wird Licht, das über die Grenzfläche zwischen der Lichtleiterfolie 28 und der Schutzbeschichtung 30 in letzteres Eintritt, an den Lichtstreuelementen 32 in der Schutzbeschichtung 30 gestreut, wodurch Licht aus dem Splitterschutzfolienverbund 26 in Richtung Fahrzeuginnenraum ausgekoppelt werden kann, so dass die Fahrzeugscheibe 16 als Ambient-Light-Flächenleuchtelement nutzbar ist.
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In 3 ist eine alternative Ausführungsform einer Fahrzeugscheibe 16' der in den 1 und 2 dargestellten Art gezeigt. Die Fahrzeugscheibe 16' unterscheidet sich von der Fahrzeugscheibe nach den 1 und 2 dadurch, dass sie einen Splitterschutzfolienverbund 26' aufweist, der zwar den gleichen Schichtaufbau wie der Splitterschutzfolienverbund der Fahrzeugscheibe nach 2 aufweist, der aber angrenzend an die am linken und am rechten Rand angeordneten Lichtquellen 44 jeweils einen Randstreifen 46 aufweist, der verbindungsfrei zu dem Scheibenkörper 18 ist. Damit kann der Splitterschutzfolienverbund mit seinem linken Rand und seinem rechten Rand jeweils in optimaler Weise zu der jeweiligen Lichtquelle 44 geführt werden. Des Weiteren erstrecken sich die Lichtquellen 44 über die gesamte Dicke des Splitterschutzfolienverbunds 26'.
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Im Übrigen entspricht der Aufbau der Fahrzeugscheibe 16' demjenigen nach den 1 und 2.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugscheibe 16" dargestellt, der weitgehend demjenigen nach 2 entspricht, sich von diesem aber dadurch unterscheidet, dass er in der Schutzbeschichtung 30 keine Streuzentren bildenden Lichtstreuelemente enthält. Vielmehr weist die Lichtleiterfolie 28 an ihrer dem Scheibenkörper 18 zugewandten Seite eine nach einem Siebdruckverfahren aufgebrachte Bedruckung 48 auf, welche Lichtstreuelemente bildet bzw. umfasst, mittels derer Licht, das von seitlich angeordneten Lichtquellen 44 in die Lichtleiterfolie 28 eingekoppelt wird, aus dem Splitterschutzfolienverbund 26" in Richtung Fahrzeuginnenraum ausgekoppelt werden kann. Die Bedruckung 48 hat ein Muster, das mit dem resultierenden Leuchtmuster korrespondiert.
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Im Übrigen entspricht die Fahrzeugscheibe 16" derjenigen nach den 1 und 2.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Fahrzeugscheibe 16''' dargestellt, die weitgehend derjenigen nach 2 entspricht, sich von dieser aber dadurch unterscheidet, dass sie einen Folienverbund 26''' aufweist, der zusätzlich zwischen dem Scheibenkörper 18 und der optischen Barriereschicht 36 eine PET (Polyethylenterephtalat)-Folie 50 aufweist, welche die Splitterschutzeigenschaften des Folienverbunds verbessert. Zwischen der PET-Folie und der optischen Barriereschicht 36 ist eine weitere Kleberschicht 52 ausgebildet, die aus dem gleichen Klebstoff wie die Kleberschicht 34 gebildet sein kann.
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Im Übrigen entspricht der Aufbau des Folienverbunds 26''' und der Fahrzeugscheibe 16''' dem in den 1 und 2 dargestellten Aufbau.
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In 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Fahrzeugscheibe 16'''' dargestellt, die weitgehend derjenigen nach den 1 und 2 entspricht, sich von dieser aber dadurch unterscheidet, dass sie einen Splitterschutzfolienverbund 26'''' aufweist, der lediglich aus einer Lichtleiterfolie 28, einer Schutzbeschichtung 30 der Lichtleiterfolie 28 und einer Kleberschicht 24 gebildet ist. Eine optische Barriereschicht 36 stellt eine direkte Beschichtung der Innenseite 22 des Scheibenkörpers 18 dar und ist aus FEP (Fluorinatedethylenpropylen) gebildet. Der Folienverbund 26'''' ist über die Kleberschicht 24 an die optische Barriereschicht 36 und damit an den Scheibenkörper 18 angebunden.
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Im Übrigen entspricht die Fahrzeugscheibe 16'''' der in den 1 und 2 dargestellten Fahrzeugscheibe.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeugdach
- 12
- Deckelelement
- 14
- Festdachelement
- 16, 16', 16'', 16''', 16''''
- Fahrzeugscheibe
- 18
- Scheibenkörper
- 20
- Außenseite
- 22
- Innenseite
- 24
- Kleberschicht
- 26, 26', 26'', 26''', 26''''
- Splitterschutzfolienverbund
- 28
- Lichtleiterfolie
- 30
- Schutzbeschichtung
- 32
- Lichtstreuelemente
- 34
- Kleberschicht
- 36
- optische Barriereschicht
- 38
- Kunststoffrahmen
- 40A, B
- Längsschenkel
- 42A, B
- Rand
- 44,44'
- Lichtquelle
- 46
- Randstreifen
- 48
- Bedruckung
- 50
- PET-Folie
