DE112020005855T5

DE112020005855T5 - Automobilverglasung mit neutralfarbener Sonnenschutzbeschichtung

Info

Publication number: DE112020005855T5
Application number: DE112020005855.7T
Authority: DE
Inventors: Mario Arturo Mannheim Astete; Zhaoyu Wang; José Nuñez-Regueiro; Sebastián Gómez; Allan Maple; Andris Sivars; Iván Cornejo; Andres Fernando Sarmiento; Massimo MICHETTI
Original assignee: AGP America SA
Current assignee: AGP America SA
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-11-10
Also published as: WO2021105959A1; CN114746374A; US20220371949A1

Abstract

Aufgrund der vergrößerten verglasten Fläche von modernen Fahrzeugen, insbesondere der großen Panorama-Glasdächer, haben wir eine erhebliche Zunahme bei der Verwendung von Sonnenschutz-Gläsern und -Beschichtungen beobachtet. Die Herstellung von Sonnenschutz-Gläsern und -Beschichtungen ist kostspielig. Obwohl Sonnenschutz-Beschichtungen wirksamer als Zusammensetzungen sind, können sie üblicherweise wegen ihrer mangelnden Beständigkeit nicht auf einer monolithischen Verglasung verwendet werden. Sie müssen auf einer der Oberflächen an der Innenseite eines Laminats aufgebracht werden. Die meisten dieser Produkte bewirken auch eine unerwünschte Farbverschiebung. Die Erfindung sieht eine Beschichtung vor, die auf einem Glas zur Herstellung einer laminierten oder monolithischen Verglasung mit einer neutralgrauen Sonnenschutz-Beschichtung verwendet werden kann, die auch anti-reflektierende Eigenschaften und einen niedrigen Emissionsgrad aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Dieses Patent betrifft das Gebiet der Sonnenschutz-Automobilverglasung.
Hintergrund der Erfindung
Ein über die letzten Jahre anwachsender Trend im Automobildesign war eine Zunahme bei der Gesamtfläche der Verglasung. Die Zunahme des verglasten Bereichs geht oft mit einer Verringerung des Fahrzeuggewichts aufgrund des Ersatzes von schwereren Materialen einher. Dies ist ein Schlüsselelement der Strategie in der Automobilbranche, um regulatorische Anforderungen für eine höhere Flotten-Treibstoffeffizienz und die Kundennachfrage nach umweltfreundlicheren Fahrzeugen zu erfüllen. Aufgrund der Verkleinerung von Automobilinnenräumen hat auch der verglaste Bereich zugenommen, um die auf einer Verkleinerung des Kabinenvolumens beruhende klaustrophobe Wirkung auszugleichen. Die Zunahme des Gesichtsfeldes und der natürlichen Beleuchtung können dem Innenraum ein offeneres und luftigeres Gefühl vermitteln. Im Ergebnis sind große Panoramaglasdächer zu einer beliebten Option bei vielen Modellen geworden. In den letzten Jahren war die Akzeptanzrate für Modelle, die mit der Option eines Panoramadachs in Nordamerika und Europa angeboten wurden, im Bereich von 30%-40%. In China war die Rate nahe bei 100% für einige Modelle.
Die Zunahme der Glasfläche erhöht die Solarbelastung des Fahrzeugs, wenn eine übliche Verglasung verwendet wird. Dies kann eine Klimaanlage mit hoher Kapazität erfordern, welche das Gewicht erhöht und die Treibstoffeffizienz verringert. Es ist jedoch möglich, die Solarbelastung durch Verwendung einer Sonnenschutzverglasung zu vermindern. Durch Verminderung der Solarbelastung des Fahrzeugs können erhebliche Verbesserungen beim Energieverbrauch erzielt werden. Dies ist insbesondere bei Elektrofahrzeugen wichtig, wo die Verbesserung sich direkt in einer Zunahme der Fahrzeugreichweite auswirkt, die ein Hauptanliegen für Kunden ist.
Zwei Arten von Produkten wurden verwendet, um die Sonneneinstrahlung in die Fahrzeuge zu begrenzen. Sonnenlicht-absorbierende Glaszusammensetzungen und Sonnenlicht-reflektierende Glasbeschichtungen.
Beim ersten Ansatz, den Glaszusammensetzungen, verwendet man Glas, das unter Zusatz von bestimmten Metalloxiden zur Glaszusammensetzung hergestellt worden ist. Die Additive absorbieren Sonnenstrahlung, um deren Eintritt in den Fahrzeuginnenraum zu verhindern. Obwohl ein wärmeabsorbierendes Fenster sehr wirksam sein kann, erwärmt sich das Glas von der absorbierten Energie und überträgt Energie in den Fahrzeuginnenraum durch Konvektion und Strahlung.
Ein anderer Nachteil von Glaszusammensetzungen, zusätzlich zu ihren höheren Herstellungskosten, besteht darin, dass Sonnenschutzglas-Zusammensetzungen nur in bestimmten Standarddicken verfügbar sind. Die Zusammensetzungen mit einer geringen Durchlässigkeit für sichtbares Licht werden üblicherweise nicht in den dünneren Versionen produziert, die für Automobilverglasungen benötigt werden. Sie müssen spezifisch mit einer langen Vorlaufzeit und einer Mindestbestellung, die im Bereich von hunderten von Tonnen sein kann, bestellt werden.
Bei der zweiten und wirksameren Methode, Beschichtungen und Folien, verwendet man Infrarot-reflektierende (IR) Beschichtungen, um die Sonnenstrahlung zurück in die Umgebung zu reflektieren, sodass das Glas kühler bleibt. Dies erfolgt unter Verwendung verschiedener Infrarot-reflektierender Folien und Beschichtungen. Typische Beispiele sind Silber-basierte oder transparente leitfähige Oxide (Transparent Conductive Oxides - TCO) wie etwa ITO-Beschichtungen. Auf der Außenseite einer Verglasung haben diese Beschichtungen auch einen niedrigen Emissionsgrad (Nieder-E).
Der hauptsächliche Nachteil dieser Infrarot-Beschichtungen und Folien ist, dass sie im Allgemeinen zu weich sind, um auf einer exponierten Glasoberfläche angebracht oder aufgetragen zu werden. Sie werden leicht beschädigt, und bei Kontakt mit der Umgebung zersetzt. Sie müssen als eine der inneren Schichten eines laminierten Produkts hergestellt werden, um Beschädigung und Zersetzung der Folie oder Beschichtung zu vermeiden.
Einer der Hauptvorteile eines laminierten Fensters gegenüber einer getemperten monolithischen Verglasung ist, dass bei einem Laminat diese Infrarot-reflektierenden Beschichtungen und Folien zusätzlich zu Wärme-absorbierenden Zusammensetzungen und Zwischenschichten verwendet werden können.
Infrarot-reflektierende Beschichtungen beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf verschiedene Metall/Dielektrikum-Beschichtungen, die durch Magnetron-Sputter-Vakuum-Abscheidung (Magnetron Sputtered Vacuum Deposition - MSVD) aufgebracht werden, sowie solche, die durch andere in der Fachwelt bekannte Verfahren mittels Pyrolyse, Sprühen, chemische Dampfbeschichtung (CVD), Tauchen oder anderen Verfahren aufgebracht werden.
Ein Nachteil bei Sonnenschutz-Beschichtungen und -Zusammensetzungen ist, dass sie über das sichtbare Lichtspektrum typischerweise nicht gleichmäßig reflektieren und durchlässig sind, wodurch eine unerwünschte Farbverschiebung hervorgerufen werden kann. Dies ist besonders bedeutsam, wenn die Verglasung in Verbindung mit einem Kamerasystem verwendet wird, wo es wichtig ist, Signalzustände genau zu identifizieren. Während eine Beschichtung vom Kamerasichtfeld entfernt werden kann, um das Problem zu erleichtern, ist dies bei einer Glaszusammensetzung nicht möglich, was den beschichteten Produkten einen Vorteil gegenüber Sonnenschutzglas-Zusammensetzungen gibt.
Eine Alternative für Zusammensetzungen und Beschichtungen ist die Verwendung einer getönten Kunststoffzwischenschicht. Neben ihres hohen Preises ist sie jedoch nur in einer begrenzten Anzahl von Farben und Licht-Durchlässigkeitsstärken verfügbar, sie kann eine erhebliche Mindestbestellzahl und lange Vorlaufzeiten erfordern und ist nicht so wirksam wie beschichtetes Glas.
Getöntes PVB war die einzige Lösung zur Herstellung einer Verglasung mit einer sehr geringen Durchlässigkeit für sichtbares Licht, wie sie bei manchen Anwendungen in der Privatsphäre erforderlich ist. Glas-Zusammensetzungen und -Beschichtungen alleine können nur eine Verringerung der Durchlässigkeit für sichtbares Licht herab bis zu etwa 20% bewirken. Wenn weniger als 20% erforderlich sind, wurden Laminate mit einer dunkel getönten PVB-Zwischenschicht angefertigt. Die dunkleren Zwischenschichten haben dieselben Beschränkungen wie die helleren: Preis, Mindestbestellmenge, Verfügbarkeit.
Eines der Probleme bei dunkler verglasten Dächern ist die innere Reflexion. Typisches Kalk-Natronglas reflektiert etwa 10% des einfallenden Lichts. Bei hoher Lichtdurchlässigkeit ist die Reflexion des Innenraums nicht stark bemerkbar. Bei einer geringen Lichtdurchlässigkeitsgrad wird das Verhältnis der Intensität von transmittiertem zu reflektiertem Bild hoch und das reflektierte Bild kann ablenkend und störend wirken.
Dies wurde durch Aufbringen einer Anti-Reflexionsbeschichtung auf die innere Oberfläche der Verglasung ausgeräumt. Die Kosten dieser zusätzlichen Beschichtung sind relativ hoch.
Ein Verbrennungsmotor erzeugt überschüssige Abwärme, die zum Heizen des Fahrzeuginneren während eines Betriebs bei kaltem Wetter verwendet wird. Bei Elektro- und Hybridelektrofahrzeugen ist diese Abwärmequelle nicht verfügbar, sodass die gespeicherte Energie der Batterie als Energiequelle für Widerstandsheizelemente verwendet werden muss. Das verglaste Dach ist eine Hauptquelle von Wärmeverlust. Beschichtungen mit einem niedrigen Emissionsgrad werden seit vielen Jahren für die Verglasung von Gewerbe- und Wohngebäuden verwendet, um die Isolierung der Verglasung bei kaltem Wetter zu verbessern. Diese Nieder-E-Beschichtungen werden aus den gleichen Gründen zunehmend für die Automobilverglasung verwendet. Eine Nieder-E-Beschichtung auf einem Dach, kann sogar in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor den Insassenkomfort verbessern, indem durch das kalte Glas verursachter Luftzug beseitigt wird. Die Kosten dieser zusätzlichen Beschichtung sind relativ hoch.
Das Patent US5112675 offenbart ein Sonnenschutz-Beschichtungssystem aus Glas/TiC/ITO, das Sonnenschutz durch eine TiC Absorptionsschicht und eine ITO IR-Reflexionsschicht bewirkt. In diesem Patent ist ITO ungeschützt und direkt der Luft ausgesetzt. Die beanspruchte ITO-Dicke ist weniger als 50 nm.
Die Patentanmeldung US20150070755A1 offenbart ein Sonnenschutz-Beschichtungssystem aus Glas/Si₃N₄/NiCr/ITO/NiCr/Si₃N₄. Diese Patentanmeldung beansprucht eine NiCr-Schicht mit einer Dicke zwischen 0,5 und 3 nm. Sie beansprucht auch eine ITO-Schicht mit einer Dicke zwischen 100 und 250 nm. Das Beschichtungssystem in dieser Patentanmeldung hat keine AR-Funktion.
Eine beschichtete Automobilverglasung mit einer beständigen neutral grauen Sonnenschutzbeschichtung zusammen mit einem wirtschaftlichen und effizienten Herstellungsverfahren wäre daher wünschenswert.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Sonnenschutzverglasung umfassend mindestens ein Glassubstrat mit einem Beschichtungssystem, das eine Sonnenschutz-Beschichtung mit einer beständigen exponierten Oberfläche einer neutral grauen Farbe und Anti-Reflexions- (AR) Eigenschaften vorsieht. Das Beschichtungssystem hat auch die zusätzlichen Vorteile eines niedrigen Emissionsgrades und einer geringen Reflektivität. Die Beschichtung reflektiert im Infrarotbereich des Spektrums, während sie im sichtbaren Bereich durchlässig ist. Die Durchlässigkeit für sichtbares Licht kann angepasst an die jeweilige Anwendung über einen weiten Bereich des Spektrums eingestellt werden, ohne die Konfiguration der Beschichtungsvorrichtung zu ändern. Eine Anti-Fingerprint-Beschichtung kann ebenfalls ohne Schädigung der Beschichtungs-Zusammensetzung oder ihrer Funktionalität aufgebracht werden.
Die Sonnenschutzfunktion wird durch eine Absorptionsschicht und eine Infrarot (IR) Reflexionsschicht im Schichtsystem auf der Glasoberfläche ermöglicht. Das Schichtsystem auf dem Glas umfasst die Abfolge von Schichten beginnend mit der Oberfläche des Glassubstrats: eine Barriereschicht zur Verhinderung der Migration der Alkalimetallionen vom Glassubstrat, die Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid mit einer Dicke zwischen 10 und 100 nm ist, eine IR-Reflexionsschicht aus Indium-Zinnoxid (ITO) mit einer Dicke zwischen 50 und 200 nm, eine dünne Absorptionsschicht aus Metall umfassend eine Metalllegierung oder teilweise oxidiertes Metall mit einer Dicke zwischen 3 und 10 nm, ein Untersystem von dielektrischen Schichten mit AR-Funktion mit alternierendem Brechungsindex HLHL oder MHL (von der Glasoberfläche). Die dünne Absorptionsschicht kann auf einer beliebigen Seite der ITO-Schicht angeordnet sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Untersystem mit AR-Funktion dielektrische Schichten mit einem HL-Brechungsindex wie etwa Nb₂O₅/SiO₂. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen umfasst das AR-Funktionssystem dielektrische Schichten mit einem MHL-Brechungsindex wie etwa SiO_xN_y/Nb₂O₅/SiO₂. Der beschichtete Glasgegenstand enthält ein Glassubstrat. Zusätzlich kann das Schichtsystem eine dünne Nitrid-basierte Schutzschicht über der absorptiven Metallschicht zum Schutz gegen Oxidation enthalten. Die dünne Schutzschicht ist vorzugsweise Siliziumnitrid.
Die absorbierende Metallschicht kann in der Dicke und Zusammensetzung variieren, um den Grad der Durchlässigkeit für sichtbares Licht präzise zu steuern.
Das Herstellungsverfahren umfasst mehrere aufeinanderfolgende Schritte wie im Flussdiagramm von 7 dargestellt. Es handelt sich um die essenziellen Schritte, die sowohl für ein laminiertes als auch ein getempertes Produkt benötigt werden. In allen Fällen muss das Substrat 32 hergestellt werden. Dies beinhaltet die Schritte der Inspektion des Glases und der Reinigung des Glases. Die Beschichtung kann auf die ungeschnittene Glasscheibe wie erhalten aufgetragen werden. In diesem Fall kann das Substrat 32 auch die Schritte des vorherigen Zurechtschneidens, Ränderns, Anfärbens und Brennens als Teil der Herstellung von Substrat 32 erfordern. Im nächsten Schritt wird dann die Beschichtung auf das Substrat 32 aufgebracht. Im abschließenden Schritt wird das Substrat in seine Endgestalt geformt. Dies kann durch Warmbiegen erfolgen oder im Falle eines Laminats kann dieses mittels Kaltbiegen geformt werden.
Obwohl der vollständige Nutzen erzielt wird, wenn die Beschichtung auf die Seite der Verglasung im Inneren des Fahrzeugs aufgebracht wird, kann die Beschichtung auch auf die Oberflächen Zwei oder Drei eines Laminats aufgebracht werden und ist auch als solche im Schutzumfang der Ansprüche enthalten.
Dieses Schichtsystem 19 wird zusammen mit dem einzigartigen Fertigungsgegenstand hergestellt mit diesem System im Rahmen dieser Anmeldung beansprucht.
Vorteile

• Verbesserte Ästhetik
• Genaue Kontrolle des Durchlässigkeitsgrads für sichtbares Licht
• Neutrale Farbe
• Geeignet zum Auftragen auf exponierte Oberflächen
• Verringerte Solarbelastung
• Niedriger Emissionsgrad beim Auftragen auf eine exponierte Oberfläche
• Privatsphäre
• Anti-reflektiv
• Leicht zu reinigen

Figurenliste

1A zeigt einen Querschnitt einer typischen laminierten Automobilverglasung.
1B zeigt einen Querschnitt einer typischen laminierten Automobilverglasung mit einer Hochleistungsfolie.
1C zeigt einen Querschnitt einer typischen getemperten monolithischen Automobilverglasung.
2 zeigt eine Explosionsansicht eines getemperten beschichteten Daches.
3 zeigt eine Explosionsansicht eines laminierten beschichteten Daches.
4A zeigt eine Kurve für die Lichtdurchlässigkeit einer Beschichtung.
4B zeigt eine Kurve für die Lichtreflexion einer Beschichtung.
5A zeigt ein Diagramm eines Systems von Schichten und deren jeweilige Bezugsdicken.
5B zeigt eine optische und thermische Eigenschaftsmatrix einer Beschichtung.
6 zeigt ein allgemeines Schichtsystem.
7 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Aufbringen der Beschichtung.

Bezugszeichenliste

2: Glas
4: Kunststoff-Verbindungsschicht (Zwischenschicht)
6: (Verdunklung/Schwarze Fritte)
12: Folie
18: Beschichtung
19: Schichtsystem
21: Schicht 1
22: Schicht 2
23: Schicht 3

24: Schicht 4
25: Schicht 5
26: Schicht 6
27: Schicht 7
32: Oberfläche des Glassubstrats
42: Erfindungsgemäße neutral-graue AR-Beschichtung
101: Oberfläche Eins
102: Oberfläche Zwei
103: Oberfläche Drei
104: Oberfläche Vier
201: Außenschicht
202: Innenschicht

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die folgende Terminologie wird für die Beschreibung der erfindungsgemäßen Verglasung verwendet.
Ein Panoramadach ist eine Fahrzeugdachverglasung, welche einen erheblichen Bereich des Daches über zumindest einen Teil sowohl der Vorder- als auch der Rücksitzbereiche des Fahrzeugs umfasst. Ein Panoramadach kann mehrere Glaselemente enthalten, es kann laminiert oder monolithisch sein.
Die Verfahrensschritte müssen in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, zusätzliche Schritte, die abhängig von der spezifischen Verglasung und Beschichtung erforderlich sein können, ebenso wie fakultative Schritte müssen nicht dargestellt sein.
Die Schritte müssen nacheinander durchgeführt werden, es ist jedoch nicht erforderlich, dass sie unmittelbar nacheinander durchgeführt werden, d.h. die Durchführung der Schritte kann räumlich und zeitlich getrennt erfolgen.
In den 1A und 1B sind typische Querschnitte von laminierten Automobilverglasungen gezeigt. Ein Laminat besteht aus zwei Glasschichten, der externen oder äußeren, 201 und der internen oder inneren, 202, die durch eine Kunststoff-Verbindungsschicht 4 dauerhaft miteinander verbunden sind. In einem Laminat wird die Glasoberfläche, die außen am Fahrzeug ist, als Oberfläche Eins 101 oder Oberfläche Nummer Eins bezeichnet. Die gegenüberliegende Fläche der äußeren Glasschicht 201 ist Oberfläche Zwei 102 oder Oberfläche Nummer Zwei. Die Oberfläche des Glases 2, die im Inneren des Fahrzeugs ist, wird als Oberfläche Vier 104 oder Oberfläche Nummer Vier bezeichnet. Die gegenüberliegende Seite der inneren Glasschicht 202 ist Oberfläche Drei 103 oder Oberfläche Nummer Drei. Die Oberflächen Zwei 102 und Drei 103 sind durch die Kunststoffschicht 4 miteinander verbunden. Eine Verdunkelung 6 kann ebenfalls auf das Glas aufgebracht werden. Verdunklungen enthalten üblicherweise eine schwarze Emaille-Fritte, die entweder auf die Oberfläche Nummer Zwei 102 oder Nummer Vier 104 oder auf beide aufgedruckt ist. Das Laminat kann eine Beschichtung 18 auf einer oder mehreren Oberflächen aufweisen. Das Laminat kann auch eine Folie 12 enthalten, die zwischen mindestens zwei Kunststoffschichten 4 laminiert ist.
1C zeigt den Querschnitt einer typischen getemperten Automobilverglasung. Eine getemperte Verglasung besteht üblicherweise aus einer einzigen Glasschicht 201, die warmgehärtet ist. Die Glasoberfläche, die auf der Außenseite des Fahrzeugs ist, wird als Oberfläche Eins 101 oder Oberfläche Nummer Eins bezeichnet. Die gegenüberliegende Seite der Glasschicht 201 ist Oberfläche Zwei 102 oder Oberfläche Nummer Zwei. Die Oberfläche Nummer Zwei 102 einer getemperten Verglasung ist auf der Innenseite des Fahrzeugs. Eine Verdunklung 6 kann ebenfalls auf das Glas aufgebracht werden. Verdunklungen enthalten üblicherweise eine schwarze Emaille-Fritte, die auf die Oberfläche Nummer Zwei 102 aufgedruckt ist. Die Verglasung kann eine Beschichtung 18 auf der Oberfläche Eins 101 und/oder der Oberfläche Zwei 102 aufweisen.
1B und 1C zeigen die erfindungsgemäße Beschichtung 42. In 1B, einem Laminat-Querschnitt, ist die Beschichtung 42 auf der Oberfläche Vier 104 der inneren Glasschicht 202 aufgebracht. Die Beschichtung 42 ist über der AR-Beschichtung und der schwarzen Fritte 6 aufgebracht. In 1C, dem monolithischen getemperten Querschnitt, ist die Beschichtung 42 auf der Oberfläche Zwei 102 an der Fahrzeuginnenseite der einzigen Glasschicht 201 aufgebracht. Die Beschichtung 42 ist über der AR-Beschichtung und der schwarzen Fritte 6 aufgebracht.
Die Bezeichnung „Glas“ kann für viele organische und anorganische Materialien einschließlich solcher, die nicht transparent sind, verwendet werden. Dieses Dokument betrifft nur nicht-organisches transparentes Glas. Vom wissenschaftlichen Standpunkt ist Glas als ein Zustand der Materie definiert, der einen nicht-kristallinen amorphen Feststoff umfasst, dem die geordnete Molekularstruktur von wahren Feststoffen fehlt. Gläser haben die mechanische Festigkeit von Kristallen mit der statistischen Struktur von Flüssigkeiten.
Glas wird gebildet, indem verschiedene Substanzen zusammengemischt und dann auf eine Temperatur erhitzt werden, wo sie schmelzen und sich vollständig ineinander auflösen, wobei ein mischbares, homogenes Fluid gebildet wird.
Die Arten von Glas, die verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: die übliche Kalk-Natronsorte, die typisch für Automobilverglasungen ist, sowie Alumosilikat, Lithium-Alumosilikat, Borosilikat, Glaskeramik und verschiedene andere anorganische feste amorphe Zusammensetzungen, die einem Glasübergang unterliegen und als Glas klassifiziert werden, einschließlich solcher, die nicht transparent sind.
Das am meisten für Behälter und Fenster verwendete Glas ist Kalk-Natron-Glas. Kalk-Natron-Glas wird aus Natriumcarbonat (Soda), Calciumcarbonat (Kalk), Dolomit, Siliziumdioxid (Silica), Aluminiumoxid (Alumina) und geringen Mengen an Substanzen, die zur Änderung der Farbe und anderer Eigenschaften zugesetzt werden, hergestellt.
Borosilikatglas ist eine Glasart, die Boroxid enthält. Es hat einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Beständigkeit gegenüber korrosiven Chemikalien. Es wird üblicherweise zur Herstellung von Glühbirnen, Laborgläsern und Kochgeräten verwendet.
Alumosilikatglas wird mit Aluminiumoxid hergestellt. Es ist sogar noch beständiger gegenüber Chemikalien als Borosilikatglas und kann höheren Temperaturen widerstehen. Chemisch getempertes Alumosilikatglas wird häufig für Displays auf Smartphones und anderen elektronischen Vorrichtungen verwendet.
Lithium-Alumosilikat ist eine Glaskeramik, die eine sehr geringe Wärmeausdehnung und eine hohe optische Transparenz aufweist. Es enthält typischerweise 3-6% Li₂O. Es wird üblicherweise für Kaminfenster, Kochfelder, Linsen und andere Anwendungen verwendet, bei denen eine geringe Wärmeausdehnung erforderlich ist. Es ist eine große Vielzahl an Beschichtungen zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und der Eigenschaften von Glas verfügbar und in Gebrauch, die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verglasung verwendet werden können. Diese beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf anti-reflektierende, hydrophobe, hydrophile, selbstheilende, selbstreinigende, anti-bakterielle, kratzresistente, Graffiti-resistente, Anti-Fingerprint und Blendschutz.
Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung umfassen Magnetron-Sputter-Vakuum-Abscheidung (MSVD) und andere in der Fachwelt bekannte Verfahren wie Aufbringen durch Pyrolyse, Sprühen, chemische Dampfbeschichtung (CVD), Tauchen, Sol-Gel oder andere Verfahren.
Die Glasschichten werden unter Verwendung von Schwerkraftbiegen, Druckbiegen, Kaltbiegen oder beliebigen anderen üblichen in der Fachwelt bekannten Methoden geformt. Beim Schwerkraftbiegeprozess wird die Glasfläche nahe der Glaskante gestützt und dann erhitzt. Das heiße Glas sackt unter Einwirkung der Schwerkraft in die gewünschte Form. Beim Pressbiegen wird das flache Glas erhitzt und dann auf einer vollständigen oder teilweisen Oberflächenform gebogen. Luftdruck und Vakuum werden oft verwendet, um den Biegeprozess zu unterstützen. Schwerkraft- und Pressbiegeverfahren zur Formung von Glas sind in der Fachwelt bekannt und werden nicht detailliert in der vorliegenden Offenbarung erörtert.
Das erfindungsgemäße beschichtete Substrat kann durch das Kaltbiegeverfahren hergestellt werden. Kaltbiegen ist eine relative neue Technologie. Wie der Name vermuten lässt, wird das Glas, während es kalt ist, in seine Endgestalt gebogen, ohne dass Hitze angewandt wird. An Teilen mit minimaler Krümmung kann eine flache Glasscheibe auf die Kontur des Teils kaltgebogen werden. Dies ist möglich, da bei abnehmender Glasdicke die Scheiben zunehmend flexibel werden und gebogen werden können, ohne dass Stressniveaus induziert werden, die hoch genug sind, um die langfristige Bruchwahrscheinlichkeit signifikant zu erhöhen. Dünne Scheiben aus nichtgespanntem (annealed) Kalk-Natronglas mit Dicken von etwa 1 mm können zu zylindrischen Formen mit großen Radien (größer als 6 m) gebogen werden. Wenn das Glas chemisch oder wärmeverstärkt ist, kann das Glas viel höheren Spannungsniveaus standhalten und entlang beider Hauptachsen gebogen werden. Das Verfahren wird hauptsächlich verwendet, um chemisch getemperte, dünne Glasscheiben (<= 1 mm) in Form zu biegen.
Zylinderformen können mit einem Radius und einer Richtung von weniger als 4 m gebildet werden. Formen mit zusammengesetzter Biegung, d.h. Krümmung in der Richtung beider Hauptachsen, können mit einem Krümmungsradius in jeder Richtung von nur ungefähr 8 m gebildet werden. Natürlich hängt viel von der Oberfläche der Teile und den Arten und Dicken der Substrate ab.
Das kaltgebogene Glas bleibt unter Spannung und neigt dazu, die Form der gebogenen Schicht, mit der es verbunden ist, zu verzerren. Daher muss die gebogene Schicht kompensiert werden, um die Spannung auszugleichen. Bei komplexeren Formen mit hoher Krümmung muss das flache Glas möglicherweise vor dem Kaltbiegen teilweise thermisch gebogen werden.
Das Glas, das kalt gebogen werden soll, wird mit einer Formgebungsschicht und mit einer Verbindungsschicht zwischen dem Glas, das kaltgebogen werden soll, und der gebogenen Glasschicht angeordnet. Die Anordnung wird in einen sogenannten Vakuumbeutel gelegt. Der Vakuumbeutel ist ein luftdichter Satz von Kunststofffolien, die die Anordnung einschließen und an den Rändern miteinander verbunden sind, wodurch ermöglicht wird, dass die Luft aus der Anordnung evakuiert wird und auch Druck auf die Anordnung ausgeübt werden kann, wodurch die Schichten in Kontakt gezwungen werden. Die Anordnung im evakuierten Vakuumbeutel wird dann erwärmt, um die Anordnung zu versiegeln. Die Anordnung wird als nächstes in einen Autoklaven gegeben, der die Anordnung erwärmt und hohen Druck ausübt. Dies vervollständigt den Kaltbiegeprozess, da sich das flache Glas an dieser Stelle an die Form der gebogenen Schicht angepasst hat und dauerhaft fixiert ist. Der Kaltbiegeprozess ist einem in der Fachwelt wohl bekannten Vakuumbeutel/Autoklavierungs-Standardprozess sehr ähnlich, mit der Ausnahme, dass dem Glasstapel eine nicht-gebogene Glasschicht hinzugefügt wird.
Die Kunststoff-Verbindungsschicht 4 hat die primäre Funktion, die Hauptflächen benachbarter Schichten miteinander zu verbinden. Das ausgewählte Material ist typischerweise ein klarer duroplastischer Kunststoff.
Die im Automobilbereich am gebräuchlichsten verwendete Verbindungsschicht 4 ist Polyvinylbutyral (PVB). PVB hat eine hervorragende Haftung an Glas und ist im laminierten Zustand optisch klar. Es wird durch die Reaktion zwischen Polyvinylalkohol und n-Butyraldehyd hergestellt. PVB ist klar und hat eine hohe Haftung an Glas. PVB als solches ist jedoch zu spröde. Weichmacher müssen zugesetzt werden, um das Material biegsam zu machen und ihm die Fähigkeit zur Ableitung von Energie über einen weiten Bereich in dem für ein Automobil benötigten Temperaturbereich zu geben. Es wird nur eine geringe Anzahl an Weichmachern verwendet. Es handelt sich typischerweise um lineare Dicarbonsäureester. Zwei gebräuchlich verwendete sind Di-n-hexyladipat und Tetraethylenglycol-di-n-heptanoat. Eine typische Automobil-PVB-Zwischenschicht enthält 30-40 Gewichts-% Weichmacher.
Es sind Zwischenschichten verfügbar, die verbesserte, über die Verbindung von Glasschichten hinausgehende Fähigkeiten aufweisen. Die Erfindung kann Zwischenschichten beinhalten, die zur Schalldämpfung vorgesehen sind. Solche Zwischenschichten bestehen vollständig oder teilweise aus einer Kunststoffschicht, die weicher und biegsamer als eine üblicherweise verwendete ist. Die Zwischenschicht kann auch sonnenabschwächende Eigenschaften aufweisen.
Zum Einbau in ein Laminat ist eine Vielfalt an Folien verfügbar. Die Anwendungen dieser Folien beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf: Sonnenschutz, variable Lichtdurchlässigkeit, erhöhte Steifheit, verbesserte strukturelle Beständigkeit, verbesserter Durchdringungswiderstand, verbesserte Insassenrückhaltung, Bereitstellung einer Barriere, Tönung, Bereitstellung eines Sonnenschutzes, Farbkorrektur und als Substrat für funktionelle und ästhetische Graphiken. Die Bezeichnung „Folie“ beinhaltet diese sowie andere Produkte, die entwickelt werden können, oder die derzeit verfügbar sind, welche die Leistung, Funktion, Ästhetik oder die Kosten einer laminierten Verglasung verbessern. Die meisten Folien haben keine Hafteigenschaften. Zum Einbau in ein Laminat werden Folien von Kunststoffzwischenschichten auf jeder Seite der Folie benötigt, um die Folie an die anderen Schichten des Laminats zu binden.
Anti-Reflexionsbeschichtungen werden durch alternierende Schichten aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices hergestellt. Im Allgemeinen werden solche Beschichtungen in Bezug auf den Brechungsindex jedes Materials beschrieben, die üblicherweise als Hoch (H), Mittel (M) oder Niedrig (L) bezeichnet sind. Eine als HLHL bezeichnete Beschichtung würde alternierende hohe, niedrige, hohe und niedrige Brechungsindices umfassen. Diese Materialien sind in der Fachwelt bekannt und jedes beliebige Material in der HML-Gruppe kann durch ein anderes ersetzt werden, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
Beschreibung von Ausführungsformen
Getemperte monolithische Ausführungen sind als Explosionsansicht in 2 gezeigt. Laminierte Ausführungsformen sind in 3 gezeigt.

1. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen wird ein klares, chemisches getempertes Glas mit hohem Alumosilikatgehalt mit einer Dicke von weniger als 1 mm als innere Glasschicht 202 verwendet. Die äußere Glasschicht enthält ein klares 2,1 mm dickes nicht-gespanntes (annealed) Kalk-Natronglas. Die Glasschicht 202 mit einer Beschichtung aufgetragen auf Oberfläche Vier 104, hat ein graues Aussehen mit:
- Lichtdurchlässigkeit (Tvis) weniger als 60%,
- folienseitige Reflexion (Rf) weniger als 6%,
- folienseitige Neutralfarbe (-5 < Rf-a* <0, -5 < Rf-b*<0).
2. Ein typisches erfindungsgemäßes Beispiel enthält einen klaren, thermisch getemperten, 3,2 mm dicken, monolithischen beschichteten Kalk-Natron-Gegenstand, der das folgende Schichtsystem 19 aufweist:

Si₃N₄(30 nm)	21
ITO(108 nm)	22
NiCr(6 nm)	23
Nb₂O₅(33 nm)	24
SiO₂(48 nm)	25

T = 44,3 %,

Rf (8^{\circ}) = 2,1 %,

Rf - a^{*} = - 1,4,

Rf - b^{*} = - 3,5,

Tsol = 40,1 %,

Rsol = 10,1% .

Der monolithische, beschichtete Gegenstand sieht grau mit neutraler Farbe aus. Der beschichtete Gegenstand wird mit einer anderen Scheibe aus klarem Glas (2,1 mm) unter Verwendung von PVB laminiert, um eine Sonnendachkonfiguration zu bilden. Die Grau-Nieder-E plus AR Beschichtung befindet sich auf der inneren Oberfläche des Laminats (Oberfläche Vier 104). Das Grau-Nieder-E plus AR Schichtsystem 19 wird mittels Magnetron Sputter Technologie aufgebracht.

3. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen wird die Grau-Nieder-E plus AR Beschichtung weiterhin mit einer flüssigen Anti-Fingerprint (AF) Beschichtung beschichtet.
4. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen hat die laminierte Sonnendachstruktur eine PDLC oder SPD Folie laminiert zwischen dem Glas und PVB. Ein typisches Beispiel ist:
- AF/SiO₂/Nb₂O₅/NiCr/ITO/Si₃N₄/Inneres Glas/PVB/PDLC(SPD)/PVB/Äußeres Glas
5. Eine monolithische Ausführungsform:
1. a. ein 3,2 mm getempertes Kalk-Natronglas beschichtet mit Si₃N₄(30 nm)/ITO(108 nm)/NiCr(6 nm)/Nb₂O₅(33nm)/SiO₂(48 nm) auf der Oberfläche Zwei 102.
6. Eine laminierte Ausführungsform umfassend:
1. a. eine 1,0 mm innere chemisch getemperte Alumosilikat-Glasschicht beschichtet mit AF/SiO₂/Nb₂O₅/NiCr/ITO/Si₃N₄ auf der Oberfläche Vier 104,
2. b. 0,76 mm PVB,
3. c. PDLC(SPD),
4. d. 0,76 mm PVB,
5. e. 2,1 klare äußere Kalk-Natron-Glasschicht.

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

US 5112675 [0017]
US 20150070755 A1 [0018]

Claims

Vakuum-gesputterte Beschichtung aufgebracht auf einer Glasschicht mit einem Schichtsystem umfassend in der Reihenfolge von der Schicht, die am nächsten dem Glassubstrat ist: a. eine Barriereschicht zur Verhinderung der Migration der Alkalimetallionen aus dem Glassubstrat, die Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid mit einer Dicke zwischen 10 und 100 nm ist, b. eine IR Reflexionsschicht aus Indium-Zinnoxid (ITO) mit einer Dicke zwischen 50 und 200 nm, c. eine dünne Absorptionsschicht umfassend Metall oder teilweise oxidiertes Metall mit einer Dicke von zwischen 3 und 10 nm, die auf einer beliebigen Seite der ITO-Schicht angeordnet ist, d. ein Anti-Reflexions-Untersystem aus dielektrischen Schichten mit alternierenden Brechungsindices, wobei das Untersystem alternierende Brechungsindices mit einer Konfiguration ausgewählt aus der Gruppe: i. HLHL oder ii. MHL oder iii. HL umfasst.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Anti-Reflexions-Untersystem Nb₂O₅\SiO₂ enthält.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Anti-Reflexions-Untersystem SiO_XN_y\Nb₂O₅\SiO₂ enthält.
Beschichtung nach Anspruch 1 weiterhin umfassend eine dünne Nitrid-basierte Schutzschicht auf der Absorptions-Metallschicht zum Schutz gegen Oxidation, vorzugsweise Siliziumnitrid.
Automobilverglasung umfassend mindestens eine Glasschicht nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Glasschicht zwei gegenüberliegende Hauptoberflächen hat, wobei eine dieser zwei Hauptoberflächen eine Innenoberfläche ist, die dem Inneren der Fahrzeugkabine zugewandt ist, und wobei die Vakuum-gesputterte Beschichtung auf der Innenoberfläche aufgebracht ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Glasschicht eine monolithische thermisch getemperte Verglasung ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Glasschicht aus mindestens zwei Glasschichten, einer äußeren Glasschicht und einer inneren Glasschicht, besteht, wobei die Automobilverglasung weiterhin mindestens eine Kunststoffverbindungsschicht angeordnet zwischen der äußeren und der inneren Glasschicht enthält, und wobei die Vakuum-gesputterte Beschichtung auf die Innenoberfläche der inneren Glasschicht aufgebracht ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 7, wobei mindestens eine der Glasschichten chemisch getempert ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 5, wobei die Verglasung eine Dachverglasung ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 5, worin die Gesamtdurchlässigkeit für sichtbares Licht weniger als 60%, vorzugsweise weniger als 40%, besonders bevorzugt weniger als 20% ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 5, wobei die Gesamtreflexion an sichtbarem Licht weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 7, wobei die Dicke der inneren Glasschicht weniger als 1,0 mm ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 7, wobei die innere Glasschicht kaltgebogen ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine Anti-Fingerprint Beschichtung aufgebracht auf der Innenoberfläche, die dem Inneren der Fahrzeugkabine zugewandt ist.
Automobilverglasung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine PDLC oder SPD Folie.