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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft das Gebiet des Laminierungsprozesses für Verglasungen, welche Schichten aus Dünnglas umfassen.
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Hintergrund
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Als Antwort auf die gesetzlichen Anforderungen für eine erhöhte Fahrzeugkraftstoffeffizienz sowie die steigende öffentliche Aufmerksamkeit und Nachfrage nach umweltfreundlichen Produkten, haben die Hersteller von Fahrzeugerstausrüstungen weltweit daran gearbeitet, die Effizienz deren Fahrzeuge zu verbessern.
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Eines der wesentlichen Elemente der Strategie zur Verbesserung der Effizienz war das Konzept des leichten Gewichts. Oftmals werden traditioneller, preiswerter, herkömmliche Materialien und Prozesse durch innovative neue Materialien und Prozesse ersetzt, welche, auch wenn sie manchmal teurer sind, immer noch eine höhere Nützlichkeit als die Materialien und Prozesse haben, welche ersetzt werden, aufgrund von dessen niedrigeren Gewicht und der entsprechenden Erhöhung bei der Kraftstoffeffizienz. Die Fahrzeugverglasung ist keine Ausnahme.
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Viele Jahre lang hatte die gewöhnliche Fahrzeugwindschutzscheibe eine Dicke von 5,4 mm. In den letzten Jahren wurde eine Verringerung der typischen Dicke auf 4,75 mm beobachtet. Heutzutage werden Windschutzscheiben mit einer äußeren Lage von 2,1 mm, einer inneren Lage von 1,6 mm und einer Zwischenschicht aus Kunststoff mit 0,76 mm, insgesamt knapp 4,5 mm Gesamtdicke, üblich. Dies liegt bei oder sehr nah an den Grenzen von wie dünn eine vergütete Kalknatronglas-Windschutzscheibe sein kann, während sie immer noch Sicherheit und Beständigkeit behält.
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Vergütetes Glas ist Glas, das langsam von der Biegetemperatur über den Glasübergangsbereich gekühlt worden ist, um jeden Stress im Glas zu lindern. In einem Laminat werden zwei vergütete Glasplatten zusammengebunden unter Verwendung einer Platte aus thermoplastischem Kunststoff. Sollte das laminierte Glas brechen, hält die Kunststoffschicht die Glasscherben zusammen, indem sie dabei hilft die strukturelle Integrität des Glases aufrechtzuerhalten. Die Scherben aus gebrochenem Glas werden wie die Teile eines Puzzles zusammengehalten. Ein Fahrzeug mit einer gebrochenen Windschutzscheibe kann immer noch betrieben werden. Im Falle eines Aufpralls hilft auch die Kunststoffschicht das Durchdringen vonseiten des Insassen oder vonseiten von Gegenständen, welche von außen das Laminat schlagen, zu verhindern.
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Thermisch gehärtetes Glas, mit einer Druckfestigkeit im Bereich von 70 MPa, kann in alle anderen Fahrzeugstellungen als die Windschutzscheibe verwendet werden. Das thermisch gehärtete (vorgespannte) Glas hat eine Hochdruckschicht auf den Außenflächen des Glases, ausgeglichen durch Spannung im Inneren des Glases. Wenn vorgespanntes Glas bricht, sind die Spannung und der Druck nicht mehr im Gleichgewicht und das Glas bricht in kleine Perlen mit stumpfen Rändern. Das vorgespannte Glas ist viel fester als vergütetes laminiertes Glas. Die Mindestdickengrenzen des typischen thermischen Härteprozesses im Automobilbereich liegen im Bereich von 3,2 mm bis 3,6 mm. Das liegt an der schnellen Wärmeübertragung, welche benötigt wird. Es ist nicht möglich den hohen Oberflächendruck, welcher für eine vollständig Vorspannung mit dünnerem Glas nötig ist, zu erreichen, unter Verwendung der typischen Niederdruck-Luftabschreckungssysteme.
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Glas kann auch chemisch vorgespannt werden. In diesem Prozess werden Ionen in und nah an der Außenfläche des Glases für Ionen, welche größer sind, ausgetauscht. Das setzt die äußere Glasschicht unter Druck. Die maximale Festigkeit des chemisch vorgespanntes Kalknatronglases ist begrenzt. Mit einigen anderen Glaszusammensetzungen sind jedoch Druckfestigkeiten höher als 700 MPa möglich. Die Anwendung von chemisch vorgespanntem Glas ist den Fachleuten wohlbekannt und wird hier nicht ausführlich beschrieben.
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Im Gegensatz zu thermisch vorgespanntem Glas, bricht das chemisch vorgespannte Glas in Scherben statt in Perlen. Diese Eigenschaft erlaubt dessen Verwendung in Windschutzscheiben. In gewöhnlichen Windschutzscheibendicken, würde jedoch das chemisch vorgespannte Glas eigentlich zu fest sein. Im Falle eines Unfalls und eines Kopfschlages must die Windschutzscheibe brechen, so dass sie statt des Kopfs des Insassen die Energie des Schlages auffängt. Daher, in Abhängigkeit der vorgespannten Festigkeit, müssen normalerweise Dicken von 1,6 mm oder weniger verwendet werden.
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Die Laminierung von Schichten aus Dünnglas bereitet einige Probleme, welche nur bei Dünnglas vorkommen. Aufgrund von der hohen Festigkeit der chemisch vorgespannten Dünnglasplatten kann es schwierig sein das Glas zur Übereinstimmung mit und zur Bindung an den anderen Glasschichten im Laminat zu bringen, wenn es selbst eine kleine Fehlanpassung zwischen den Flächen gibt. Dies ist sogar problematischer, wenn sie den Kaltbiegeprozess der flachen oder teilweise gebogenen Schichten aus Dünnglas als vorheriger Schritt aufweist.
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Das Kaltbiegen ist eine relativ neue Technologie. Wie der Name andeutet wird das Glas, während es kalt ist, zu seiner endgültigen Form gebogen, ohne Wärme zu verwenden. Auf Teilen mit einer minimalen Krümmung kann eine flache Glasplatte zur Kontur des Teils kaltgebogen werden. Dies ist möglich, weil je dünner die Dicke des Glases ist, zunehmend flexibler werden die Platten und können gebogen werden, ohne Stressniveaus zu induzieren, welche hoch genug sind, um die Langzeit-Bruchwahrscheinlichkeit bedeutend zu erhöhen. Dünne Platten aus vergütetem Kalknatronglas, in Dicken von etwa 1 mm, können zu zylindrischen Formen mit großen Radien gebogen werden (größer als 6 m). Wenn das Glas chemisch oder thermisch gehärtet wird, ist das Glas in der Lage, viel höhere Stressniveaus auszuhalten und kann entlang beider Hauptachsen gebogen werden. Der Prozess wird hauptsächlich dazu verwendet, chemisch vorgespannte Dünnglasplatten (<=1 mm) zu ihrer Form zu biegen.
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Das kaltzubiegende Glas wird mit einer gebogenen Glasschicht und mit einer Kunststoffbindungsschicht, welche zwischen dem kaltzubiegenden Glas und der gebogenen Glasschicht liegt, platziert. Die Baugruppe wird in was als Vakuumsack bekannt ist platziert. Der Vakuumsack ist ein luftdichter Satz von Kunststofffolien, welche die Baugruppe umschließen und an deren Rändern zusammengebunden sind, was die Evakuierung der Luft aus der Baugruppe erlaubt und was auch Druck auf der Baugruppe ausübt , so dass die Schichten gezwungen werden in Kontakt zu kommen. Die Baugruppe, im evakuierten Vakuumsack, wird dann erwärmt, um die Baugruppe abzudichten. Die Baugruppe wird anschließend in einem Autoklav platziert, welcher die Baugruppe erwärmt und Hochdruck aufbringt. Dies vervollständigt den Kaltbiegeprozess, da das flache Glas zu diesem Zeitpunkt mit der Form der gebogenen Schicht übereinstimmt und ist permanent befestigt. Der Kaltbiegeprozess ist einem gewöhnlichen Vakuumsack/Autoklav-Prozess sehr ähnlich, im Stand der Technik wohlbekannt, mit der Ausnahme, dass eine ungebogene Glasschicht dem Glasstapel hinzugefügt wird.
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Das Problem des Kaltbiegeprozesses als Vorlaminierung ist, dass dieser Prozess, zusätzlich aufgrund von der Dünnglasschicht, Wellen in den Rändern der gebogenen Baugruppe bewirkt, so dass sich eine Verformung ergibt und auch die Ästhetik verändert wird. In ähnlicher Weise finden im gewöhnlichen Laminierungsprozess einige Fehlanpassungsprobleme statt, welche zu Delaminierung, Lufteinschluss, Verformung und Falten führen können.
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Wie man erkennen kann, wäre ein besserer Prozess günstig.
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Kurze Beschreibung der Erfindung.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Laminierung von Dünnglas unter Verwendung einer Druckplatte bereitzustellen. Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung ein Laminat bereitzustellen, welches mit dem zuvor erwähnten Verfahren hergestellt wird.
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Die Druckplatte umfasst eine Glasplatte gebildet mittels herkömmlicher Glasbiegewerkzeuge und -prozesse. Es kann jeder zweckmäßige geeignete Prozess verwendet werden, welcher die richtige Form erreichen kann. Diese umfassen das Schwerkraft-Biegen unter Verwendung einer ringartigen oder vollflächigen Form, das teilweise oder vollflächige Drücken, sind aber nicht dazu begrenzt. In Abhängigkeit des Prozesses, können die gleichen Werkzeuge und der gleiche Prozess, welche zur Herstellung der endgültigen laminierten Verglasung verwendet werden, auch zur Herstellung der Druckplatte verwendet werden. Die Druckplatte kann thermisch oder chemisch vorgespannt oder gehärtet werden. Es kann jede Glaszusammensetzung verwendet werden. Das Verfahren zur Laminierung einer Verglasung, welche mindestens zwei Glasschichten aufweist, wobei eine derselben eine innere Dünnglasschicht ist, und mindestens eine derselben eine Kunststoffbindezwischenschicht ist, umfasst den Schritt des Bereitstellens einer Druckplatte. Die Druckplatte umfasst eine gebogene Glasplatte. Eine der Hauptflächen der Druckplatte wird in Kontakt mit der entsprechenden Hauptfläche der inneren Dünnglasschicht platziert. Dann wird das zusammengefügte Laminat umschließen und die Luft wird aus der Umschließung evakuiert. Wärme und Druck werden der Baugruppe in einem gewöhnlichen Laminierungsprozess aufgebracht. Im Falle einer Kaltbiegung als vorheriger Schritt der Laminierung, würde das Verfahren, welches die Druckplatte verwendet, dabei helfen, den Kontakt zwischen den Schichten zu zwingen, so dass das Auftreten von Falten oder Wellen in den Rändern verhindert wird. Im Laminierungsprozess stellt das Verfahren, welches eine Druckplatte verwendet, eine Verbesserung der Qualität und der Leistungen bei der Laminierung bereit.
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Dieses Verfahren der vorliegenden Erfindung weist eine Anzahl von Vorteilen auf.
- • Es verhindert Dünnglasfalten bei der Laminierung.
- • Es stellt ein effizientes Mittel zur Laminierung von Dünnglas bereit.
- • Es verbessert die Laminierungsqualität und -leistungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt den typischen Laminatquerschnitt.
- 2A zeigt die Explosionsansicht: Laminat mit kaltgebogenen Dünnglasschicht.
- 2B zeigt die Explosionsansicht: Laminat mit thermisch gebogenen Dünnglasschicht.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Glass
- 4
- Dünnglas
- 6
- Kunststoffzwischenschicht
- 10
- Druckplatte
- 101
- Fläche eins
- 102
- Fläche zwei
- 103
- Fläche drei
- 104
- Fläche vier
- 201
- Außenschicht des Fahrzeugs
- 202
- Innenschicht des Fahrzeugs
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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In den Zeichnungen und der Beschreibung wird die folgende Terminologie verwendet, um die Ausbildung einer laminierten Verglasung zu beschreiben. Ein typisches Fahrzeuglaminat, in 1 gezeigt, besteht aus zwei Glasschichten, wobei die äußere Schicht oder Außenschicht 201 und die innere Schicht oder Innenschicht 202 mittels einer Kunststoffschicht 6 (Zwischenschicht) permanent zusammengebunden sind. Die Glasfläche, welche auf der Außenseite des Fahrzeugs liegt, wird als Fläche eins 101 oder Fläche Nummer eins bezeichnet. Die gegenüberliegende Fläche der äußeren Glasschicht 201 wird als Fläche zwei 102 oder Fläche Nummer zwei bezeichnet. Die Fläche des Glases 2, welche auf der Innenseite des Fahrzeugs liegt, wird als Fläche vier 104 oder Fläche Nummer vier bezeichnet. Die gegenüberliegende Fläche der inneren Glasschicht 202 wird als Fläche drei 103 oder Fläche Nummer drei bezeichnet. Die Flächen zwei 102 und drei 103 werden mittels der Kunststoffschicht 6 zusammengebunden.
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Obwohl ein Vakuumsack-Prozess in der Beschreibung und den bevorzugten Ausführungsformen verwendet wird, können andere Verfahren wie ein Vakuumring und andere Mittel verwendet werden und werden als äquivalent betrachtet und weichen nicht vom Umfang der Erfindung ab.
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Auf die gleiche Weise kann die Druckplatte mittels Druckbiegens, Schwerkraft-Biegens mit einer ringartigen Form oder mittels jeglicher anderen Mittel gebildet werden, welche in der Lage sind, die gewünschte Form herzustellen.
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Ausführungsformen
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- 1.) In einer ersten Ausführungsform, wie in 2A gezeigt, wird Dünnglas 4 chemisch vorgespannt. Ein 2,1 mm dickes Kalknatronglas 2 wird getrennt mittels Druckbiegens zur Form gebracht. Es wird ein Laminat vorbereitet, umfassend die Außenschicht aus 2,1 mm dickem gebogenen Kalknatronglas 2 und mit einer Innenschicht aus 0,7 mm dünnem Alumosilicatglas. Eine Schicht aus 0,76 mm dickem thermoplastischen Kunststoff 6 aus transparentem Polyvinylbutyl (PVB) wird zwischen den zwei Glasschichten platziert. Die gebogene Druckplatte 10, abgedeckt mit einer Schicht aus feinmaschigem Glasfasergewebe, um Kratzer zu verhindern, wird in Kontakt mit der Fläche vier der Innenschicht aus 0,7 mm dickem Dünnglas 4 platziert. Das zusammengefügte Laminat und die Druckplatte 10 werden in einem Kunststoff- „Sack“ platziert, der Sack wird abgedichtet und es wird Vakuum gezogen. Dieser Sack wird dann durch einen gewöhnlichen Autoklav-Prozess verarbeitet, in welchem Wärme und Druck aufgebracht werden. Nach Vervollständigung des Laminierungsprozesses kann die Druckplatte 10 wiederverwendet werden.
- 2.) In einer zweiten Ausführungsform, wie in 2A gezeigt, wird Dünnglas 4 chemisch vorgespannt. Ein 2,1 mm dickes Kalknatronglas 2 wird getrennt mittels Druckbiegens zur Form gebracht. Es wird ein Laminat vorbereitet, umfassend die Außenschicht aus 2,1 mm dickem gebogenen Kalknatronglas 2 und mit einer Innenschicht aus 0,4 mm dickem Alumosilicat. Eine Schicht aus 0,76 mm dickem thermoplastischen Kunststoff aus transparentem Polyvinylbutyl (PVB) wird zwischen den zwei Glasschichten platziert. Die Druckplatte 10, abgedeckt mit einer Schicht aus feinmaschigem Glasfasergewebe, um Kratzer zu verhindern, wird in Kontakt mit der Fläche vier der Innenschicht aus Dünnglas 4 platziert. Das zusammengefügte Laminat und die Druckplatte 10 werden in einem Kunststoff- „Sack“ platziert, der Sack wird abgedichtet und es wird Vakuum gezogen. Dieser Sack wird dann durch einen gewöhnlichen Autoklav-Prozess verarbeitet, in welchem Wärme und Druck aufgebracht werden. Nach Vervollständigung des Laminierungsprozesses kann die Druckplatte 10 wiederverwendet werden.
- 3.) In einer dritten Ausführungsform, wie in 2A gezeigt, wird Dünnglas 4 chemisch vorgespannt. Ein 2,1 mm dickes Kalknatronglas 2 wird getrennt mittels Druckbiegens zur Form gebracht. Es wird ein Laminat vorbereitet, umfassend die Außenschicht aus 2,1 mm dickem gebogenen Kalknatronglas 2 und mit einer Innenschicht aus 1,2 mm dickem Alumosilicat. Eine Schicht aus 0,76 mm dickem thermoplastischen Kunststoff aus transparentem Polyvinylbutyl (PVB) wird zwischen den zwei Glasschichten platziert. Die Druckplatte 10, abgedeckt mit einer Schicht aus feinmaschigem Glasfasergewebe, um Kratzer zu verhindern, wird in Kontakt mit der Fläche vier der Innenschicht aus 0,7 dickem Dünnglas 4 platziert. Das zusammengefügte Laminat und die Druckplatte 10 werden in einem Kunststoff- „Sack“ platziert, der Sack wird abgedichtet und es wird Vakuum gezogen. Dieser Sack wird dann durch einen gewöhnlichen Autoklav-Prozess verarbeitet, in welchem Wärme und Druck aufgebracht werden. Nach Vervollständigung des Laminierungsprozesses kann die Druckplatte 10 wiederverwendet werden.
- 4.) In einer vierten Ausführungsform, wie in 2B gezeigt, wird eine Platte aus 0,4 mm dickem Alumosilicatglas zugeschnitten und dann chemisch vorgespannt, während sie flach ist. Es wird ein Laminat vorbereitet, umfassend eine Außenschicht aus 1,2 mm dickem gebogenen Alumosilicat 2 mit einer Innenschicht aus 0,4 mm dickem Alumosilicat. Eine Schicht aus 0,76 mm dickem thermoplastischen Kunststoff aus transparentem Polyvinylbutyl (PVB) wird zwischen den zwei Glasschichten platziert. Die gebogene Druckplatte 10, abgedeckt mit einer Schicht aus feinmaschigem Glasfasergewebe, um Kratzer zu verhindern, wird in Kontakt mit der Fläche vier der Innenschicht aus 0,4 mm Dünnglas 4 platziert. Das zusammengefügte Laminat und die Druckplatte 10 werden in einem Kunststoff- „Sack“ platziert, der Sack wird abgedichtet und es wird Vakuum gezogen. Dieser Sack wird dann durch einen gewöhnlichen Autoklav-Prozess verarbeitet, in welchem Wärme und Druck aufgebracht werden. Der Druck und das Vakuum biegen das flache Glas zur gewünschten gebogenen Form. Nach Vervollständigung des Laminierungsprozesses kann die Druckplatte 10 wiederverwendet werden.
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Die in dieser Patentschrift gezeigten und beschriebenen Erfindungsformen stellen illustrative bevorzugte Ausführungsformen dar und es wird verstanden, dass unterschiedliche Änderungen gemacht werden können, ohne vom Sinn der Erfindung abzuweichen, wie im folgenden beanspruchten Inhalt definiert wird.
