DE202014010525U1

DE202014010525U1 - Thermochrome Fahrzeugscheibe

Info

Publication number: DE202014010525U1
Application number: DE202014010525.1U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2015-11-23
Anticipated expiration: 2024-11-25

Abstract

Thermochrome Fahrzeugscheibe, mindestens umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die miteinander verbunden sind über eine thermoplastische Zwischenschicht (3), welche ein thermochromes Element (4) enthält, wobei das thermochrome Element (4) mindestens eine thermoplastische Schicht umfasst, welche metallorganische Einlagerungen mit thermochromen Eigenschaften enthält, und wobei die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) getönt und/oder gefärbt ist, so dass der Lichttransmissionsgrad TL der Fahrzeugscheibe bei 25°C kleiner oder gleich 40% beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermochrome Fahrzeugscheibe.
Thermochrome Scheiben sind dem Fachmann bekannt. Die Lichttransmission einer solchen Scheibe hängt von der Temperatur ab. So kann der thermische Komfort eines Innenraums, der von der Scheibe begrenzt wird, beispielsweise der Innenraum eines Kraftfahrzeugs, verbessert werden: Steht das Fahrzeug unter Sonneneinstrahlung, so erwärmt sich die Scheibe stark und der Transmissionsgrad wird verringert, das heißt die Scheibe wird dunkler, lässt weniger Strahlung in den Innenraum, welcher sich folglich weniger stark erwärmt. Dies macht einen weniger starken Einsatz der Klimaanlage erforderlich, wenn der Fahrer in das Fahrzeug einsteigt, was hinsichtlich eines geringen Treibstoffbedarfs vorteilhaft ist. Wird das Fahrzeug bewegt, so kühlt sich die Scheibe infolge des Fahrtwinds ab und der Transmissionsgrad wird vergrößert, das heißt mehr Licht gelangt in den Innenraum, welcher folglich besser ausgeleuchtet ist. Thermochrome Scheiben sind insbesondere als Fahrzeug-Dachscheiben interessant, können aber auch beispielsweise als Heckscheiben oder hintere Seitenscheiben verwendet werden.
Neben dem thermischen Komfort hat die temperaturabhängige Lichttransmission weitere Vorteile. Bei abnehmender Außentemperatur in der Zeit der Dämmerung oder in der Nacht bewirkt die geringere Tönung der Scheibe eine bessere Sicht nach außen. Bei starker Sonneneinstrahlung dagegen werden die Fahrzeuginsassen weniger geblendet.
Thermochrome Scheiben enthalten ein thermochromes Material, welches die temperaturabhängigen Eigenschaften bereitstellt, beispielsweise eine Beschichtung auf einer Scheibe oder Einlagerungen in der thermoplastischen Zwischenschicht eines Verbundglases. Die ersten thermochromen Beschichtungen enthielten V2O5, dessen elektronische Struktur temperaturabhängig ist, was zu einer temperaturabhängigen Lichttransmission führt. Diese Beschichtungen waren allerdings durch einen sehr abrupten Wechsel der Transmission ausgezeichnet, was im Falle einer Scheibe mit unterschiedlich warmen Bereichen zu einer optisch unattraktiven uneinheitlichen Tönung führte.
Aus US 2012/0292581 A1 sind organische thermochrome Materialien bekannt. Sie ermöglichen eine sehr einheitliche und homogene Tönung der Scheibe und werden insbesondere im Bereich der Gebäudeverglasungen eingesetzt
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte thermochrome Fahrzeugscheibe bereitzustellen, welche im gesamten Temperaturbereich eine ästhetisch ansprechende Scheibentönung gewährleistet.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine thermochrome Fahrzeugscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße thermochrome Fahrzeugscheibe umfasst mindestens eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die miteinander verbunden sind über eine thermoplastische Zwischenschicht. Die thermoplastische Zwischenschicht enthält ein thermochromes Element, das mindestens eine thermoplastische Schicht umfasst, welche organische, insbesondere metallorganische Einlagerungen mit thermochromen Eigenschaften enthält.
Die erfindungsgemäße thermochrome Fahrzeugscheibe ist bevorzugt eine Dachscheibe, Heckscheibe oder hintere Seitenscheibe, besonders bevorzugt eine Dachscheibe.
Die thermoplastische Schicht des thermochromen Elements ist bevorzugt aus einer thermoplastischen Folie gebildet. Die Folie besteht im Wesentlichen aus einem thermoplastischen Kunststoff, kann aber Beschichtungen oder Einlagerungen enthalten (insbesondere natürlich die erfindungsgemäßen thermochromen Einlagerungen). Die Folie wird bei der Herstellung der Scheibe in den Verbund eingelegt, welcher anschließend laminiert wird, wobei die thermoplastische Schicht entsteht.
Die erfindungsgemäße Scheibe ist dafür vorgesehen, in der Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung diejenige Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist. Mit Außenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist. Mit Außenseite wird diejenige Oberfläche der jeweiligen Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist. Mit Innenseite wird diejenige Oberfläche bezeichnet, welche in Einbaulage Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist.
Die erfindungsgemäßen organischen Einlagerungen versehen die Scheibe mit einer homogenen thermochromen Funktionalität im gesamten Temperaurbereich ohne abrupte Tönungsänderungen oder ungleichmäßige Tönungen. Der erfindungsgemäße Aufbau des Scheibenverbundes gewährleistet einen hohen thermischen Komfort der Scheibe, so dass sie in besonderem Maße für den Fahrzeugbereich geeignet ist. Die thermochromen Einlagerungen werden dauerhaft vor Umwelteinflüssen geschützt, so dass die thermochrome Funktionalität auch über einen langen Zeitraum praktisch unverändert erhalten bleibt. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäßen organischen Bestandteile mit thermochromen Eigenschaften enthalten bevorzugt mindestens ein Ion eines Übergangsmetalls und einen organischen Liganden enthalten. Typischerweise wird jedes Ion des Übergangsmetalls von mehreren Liganden, welche bevorzugt identisch sind, aber auch chemisch unterschiedlich sein können, koordiniert sein. Das Ion bildet mit den Liganden einen Komplex. Der thermochrome Effekt beruht wahrscheinlich auf temperaturabhängigen Änderungen der Koordination oder Komplexierung des Zentralions durch die Liganden. Besonders geeignete Ionen sind Fe(II), Co(II), Ni(II) oder Cu(II).
Die thermoplastische Schicht des thermochromen Elements enthält zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetet (EVA) oder Polyurethan (PU), bevorzugt Polyvinylbutyral. Damit werden besonders gute Ergebnisse erzielt und die Materialien sind in Folienform weit verbreitet und daher leicht erhältlich.
Das thermochrome Element weist bevorzugt eine Dicke auf von 0,2 mm bis 2 mm. Es können Folien in fachüblichen Standarddicken verwendet werden, beispielsweise 0,38 mm oder 0,76 mm.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe enthalten bevorzugt Glas, insbesondere Kalk-Natron-Glas, welcher als Fensterglas gebräuchlich und verbreitet ist. Alternativ sind aber auch andere Glassorten möglich, beispielsweise Borsilikatglas oder Quarzglas. Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt Glasscheiben. Insbesondere die Innenscheibe, welche äußeren Belastungen in geringerem Maße ausgesetzt ist als die Außenscheibe, kann alternativ auch eine (bevorzugt starre) Kunststoffscheibe sein, beispielsweise enthaltend Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Lichttransmissionsgrad T_L der Fahrzeugscheibe bei einer Temperatur von 25°C kleiner oder gleich 40%, bevorzugt kleiner oder gleich 30%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 25%, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 20% und insbesondere kleiner oder gleich 15%. Die angegebenen Maximalwerte gelten in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung nicht nur bei 25°C, sondern im gesamten Temperaturbereich von 0°C bis 90°C.
Der maximale Lichttransmissionsgrad T_L kann durch eine zusätzliche Tönung der Fahrzeugscheibe gewährleistet werden. Dazu ist bevorzugt die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe getönt und/oder gefärbt. Die zusätzliche Tönung stellt sicher, dass auch im transparenten Zustand des thermochromen Elements die Scheibe eine ausreichend niedrige Lichttransmission aufweist, um als Fahrzeugscheibe verwendet werden zu können. Die Automobilindustrie fordert für Fahrzeugscheiben typischerweise Maximalwerte für die Lichttransmission im angegebenen Bereich.
Alternativ oder zusätzlich zu Außenscheibe und Innenscheibe kann auch das thermochrome Element und/oder eine weitere Schicht der Zwischenschicht getönt und/oder gefärbt sein. Der Vorteil von getöntem Glas (Außenscheibe oder Innenscheibe) besteht aber darin, dass sich getöntes Glas unter Sonneneinstrahlung schneller erwärmt, wodurch der thermochrome Effekt zügiger eintritt und es schneller zur gewünschten Abdunkelung der Fahrzeugscheibe kommt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest die Außenscheibe getönt und/oder gefärbt. So wird mehr Strahlungsenergie von der Außenscheibe absorbiert, wodurch die Erwärmung (infolge direkter Einstrahlung) von darunter liegenden Schichten, insbesondere der Innenscheibe, verringert werden kann. Dies kann den thermischen Komfort im Fahrzeug-Innenraum verbessern.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Außenscheibe und die Innenscheibe getönt und/oder gefärbt.
Der Lichttransmissionsgrad T_L ist ein dem Fachmann geläufiger Wert, der angibt, welcher Anteil der sichtbaren Strahlung senkrecht durch ein Glas hindurch tritt. Unter sichtbarer Strahlung werden dabei Wellenlängen von 380 nm bis 780 nm verstanden, bezogen auf das Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges. Er wird berechnet nach der DIN 5034-5 Tageslicht in Innenräumen – Teil 5: Messung.
Der Unterschied des Lichttransmissionsgrads (Kontrast) bei 0°C und 90°C beträgt bevorzugt mindestens 2. Das bedeutet, dass der Lichttransmissionsgrad bei 90°C höchstens halb so groß ist wie bei 0°C.
Es können auch mehr als ein erfindungsgemäßes thermochromes Element übereinander angeordnet. So kann der Kontrast der Fahrzeugscheibe erhöht werden, ohne die Konzentration an metallorganischen Einlagerungen in der thermoplastischen Schicht erhöhen zu müssen.
Das thermochrome Element kann die gleiche Fläche aufweisen wie die Fahrzeugscheibe, so dass die gesamte Fahrzeugscheibe bis zu den Seitenkanten mit der thermochromen Funktion ausgestattet ist. Das thermochrome Element kann aber auch eine geringe Fläche aufwiesen als die Fahrzeugscheibe. Die Fläche des thermochromen Elements beträgt bevorzugt mindestens 50% der Fläche der Fahrzeugscheibe, besonders bevorzugt mindestens 60%.
Die Seitenkanten des thermochromen Elements sind bevorzugt gegenüber Lufteinfluss versiegelt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass sich die erfindungsgemäßen organischen Einlagerungen unter gewissen Umständen unter Lufteinfluss zersetzen, was natürlich verhindert werden muss, um die thermochrome Funktionalität der Fahrzeugscheibe über einen langen Zeitraum zu erhalten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das thermochrome Element eine kleinere Fläche auf als die Fahrzeugscheibe und ist so im Verbund angeordnet, dass auf jede Seitenkante des thermochromen Elements einen Abstand zur entsprechenden Seitenkante der Fahrzeugscheibe aufweist. Das thermochrome Element ist dabei bevorzugt von einem Rahmen umgeben, der aus einer thermoplastischen Folie gebildet ist. Beispielsweise kann aus einer thermoplastischen Folie, deren Umfang den Abmessungen der Fahrzeugscheibe entspricht, eine mittige Ausnehmung ausgeschnitten sein, in welche das thermochrome Element eingelegt wird, bevorzugt passgenau. Solche rahmenartige Folien sind auch als cut-out oder picture frame bekannt. Der Rahmen kann aber auch beispielsweise aus verschiedenen Streifen einer thermoplastischen Folie zusammengesetzt sein. Der Rahmen stellt eine einfache und ästhetisch ansprechende Kantenversiegelung für das thermochrome Element dar. Daneben hat der Rahmen der Vorteil der Materialersparnis bezüglich des thermochromen Elements, welches typischerweise deutlich teurer ist als der Rahmen.
Der Rahmen aus thermoplastischem Material enthält bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetet (EVA) oder Polyurethan (PU), insbesondere PVB. Damit werden besonders gute Ergebnisse erzielt.
Der Rahmen ist bevorzugt an die Größe des thermochromen Elements angepasst, so dass zwischen Rahmen und thermochromen Element ein möglichst geringer Abstand besteht. Dennoch ist der Übergang zwischen thermochromen Element und Rahmen bei Durchsicht zu erkennen, was ästhetisch nicht ansprechend ist. Daher wird der Übergang in einer bevorzugten Ausgestaltung von den Blicken eines Betrachters verborgen. Hierfür weist die Außenscheibe und die Innenscheibe bevorzugt einen opaken Abdeckdruck auf, der die Kanten des thermochromen Elements verdeckt. Die Breite des Abdeckdrucks ist also größer als die Breite des Rahmens, beziehungsweise des nicht mit dem thermochromen Element versehenen Bereichs der Fahrzeugscheibe. Durch den Abdeckdruck auf beiden Scheiben ist die Kante des thermochromen Elements aus beiden Richtungen nicht sichtbar. Der Abdeckdruck ist bevorzugt auf der Innenseite der Außenscheibe und auf der Innenseite der Innenscheibe aufgebracht.
Solche opaken, insbesondere schwarzen Abdeckdrucke sind für Fahrzeugscheiben geläufig. Sie bestehen typischerweise aus einer Email-Farbe, welche im Siebdruckverfahren aufgebracht wird. Die Form und Breite des Abdeckdrucks sind dabei typischerweise durch das Fahrzeugdesign vorgegeben. Üblich sind Breiten im Bereich von 2 cm bis 20 cm, beispielweise 5 cm. Die Breite muss nicht konstant sein, insbesondere kann die Breite entlang verschiedener Seitenkanten der Scheibe unterschiedlich sein.
Der Abdeckdruck erstreckt sich bevorzugt von den Seitenkanten der Fahrzeugscheibe bis über die Kante des thermochromen Elements. Die Größe des Rahmens und des thermochromen Elements sind also vorteilhafter in Abhängigkeit vom vorgegebenen Abdeckdruck gewählt, so dass die Kanten und Übergänge verdeckt werden.
Die Zwischenschicht kann neben dem thermochromen Element und gegebenenfalls dem Rahmen weitere thermoplastische Schichten enthalten. Beispielsweise kann zwischen dem thermoplastischen Element und den Scheiben eine weitere Schicht angeordnet sein, welche durch eine zwischengelegte thermoplastische Folie ausgebildet ist. So kann die Fahrzeugscheibe beispielsweise den Aufbau Außenscheibe/thermoplastisch Schicht/thermochromes Element mit Rahmen aus thermoplastischen Material/thermoplastische Schicht/Innenscheibe haben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Innenseite der Innenscheibe eine Beschichtung niedriger Emissivität auf. Beschichtungen niedriger Emissivität sind dem Fachmann als solche bekannt und werden häufig auch als LowE-Beschichtungen bezeichnet. Durch die Beschichtung niedriger Emissivität wird insbesondere Abstrahlung der langwelligen Wärmestrahlung der erwärmten Fahrzeugscheibe in den Innenraum weiter verringert. Die Beschichtung verleiht der Fahrzeugscheibe also eine niedrige innenraumseitige Emissivität. Mit Emissivität wird dabei das Maß bezeichnet, welches angibt, wie viel Wärmestrahlung die Scheibe im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler (einem schwarzen Körper) abgibt. Andererseits verringert die Beschichtung niedriger Emissivität bei niedrigen Außentemperaturen die Abstrahlung der Wärme des Innenraums in die äußere Umgebung, wodurch die Fahrzeugscheibe in deutlich geringerem Maße als unangenehme Wärmesenke empfunden. Das Raumklima des Innenraums wird somit sowohl bei hohen Außentemperaturen (im Sommer) als auch bei niedrigen Außentemperaturen (im Winter) deutlich verbessert. Insbesondere verstärkt die Beschichtung niedriger Emissivität im Sommer bei starker Sonneneinstrahlung die positive Wirkung des thermochromen Elements auf das Raumklima. Auf der Innenseite ist die LowE-Wirkung am größten, weil sich die abschirmende Wirkung auf sämtliche Elemente des Verbundes erstreckt.
Geeignete Beschichtungen niedriger Emissivität sind dem Fachmann bekannt und können von diesem nach den Erfordernissen des Einzelfalls geeignet ausgewählt werden. Die Beschichtungen umfassen mindestens eine funktionelle Schichte, welche die LowE-Eigenschaften trägt. Geeignete Schichten bestehen beispielsweise aus Silber, Indium-Zinnoxid (ITO) oder Niobverbindungen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Zwischenschicht weitere Einlagerungen, insbesondere wärmeabsorbierende Partikel. Solche Partikel sind dem Fachmann an sich bekannt. Besonders geeignet sind Partikel enthalten oder bestehend aus TiO₂. Die Konzentration der Partikel beträgt beispielsweise von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%. Durch die wärmeabsorbierenden Partikel wird der thermische Komfort im Innenraum weiter verbessert und die wärmeabschirmende Wirkung des thermochromen Elements vorteilhaft verstärkt. Die Partikel können im thermochromen Element und/oder in einer weiteren Schicht der Zwischenschicht enthalten sein.
Das thermochrome Element kann auch aus einer sogenannten akustischen thermoplastischen Folie gebildet sein. Darunter wird fachüblich eine Folie verstanden, welche eine geräuschmindernde Wirkung erzielt. Eine solche Wirkung kann durch eine mehrlagige, beispielsweise dreilagige Folie erreicht werden, wobei die innere Lage eine höhere Plastizität oder Elastizität aufweist als die sie umgebenden äußeren Lagen, beispielsweise infolge eines höheren Anteils an Weichmachern.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe ist bevorzugt gekrümmt, wie es im Bereich der Fahrzeugscheiben üblich ist. Typische Krümmungsradien liegen im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m, insbesondere 1 m bis 10 m. Die Fahrzeugscheibe ist bevorzugt eine Fahrzeugscheibe für einen PKW, insbesondere eine Dachscheibe, hintere Seitenscheibe oder Heckscheibe, besonders bevorzugt eine Dachscheibe.
Für die metallorganischen Einlagerungen mit thermochromen Eigenschaften stehen dem Fachmann eine Vielzahl möglicher organischer Liganden zur Verfügung. Die Liganden verfügen typischerweise über mindestens ein Heteroatom (Atom, das kein Kohlenstoff ist), welches eine negative Partialladung trägt und über welches der Ligand an das Metallion koordiniert wird. Neben einzähnigen Liganden sind auch mehrzähnige Liganden möglich, welche mehrere solcher Koordinationsstellen tragen. Typische Heteroatome sind Sauerstoff (insbesondere als Hydroxygruppe „-OH“), Stickstoff (insbesondere als Amin oder Imin), Schwefel (insbesondere als Mercaptogruppe „-SH“), Phosphor (insbesondere als Phosphin) oder Selen. Das Heteroatom kann auch in einer heterocyclischen Verbindung vorliegen.
Besonders geeignete Liganden sind organische Alkohole, Diole und Triole, Phosphine, Imidazole, Oxazole, Thiazole, Selenazole, Pyrazole, Isoxazole, Isothiazole, Isoselenazole, Benzimidazole, Benzoxazole, Benzothiazole, Benzoselenazole, Indazole, Benzisoxazole, Benzoisothiazole, Benzoisoselenazole, Pyridinderivate.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Ligand ein Phosphin mit drei organischen Substituenten, welche unabhängig ausgewählt sind aus substituierten oder unsubstituierten Alkyl-, Cycloalkyl-, oder Arylgruppen. Besonders geeignete Phosphine sind Ethyldiphenylphosphin, Triphenylphosphin, Tricyclohexylphosphin und Gemische davon.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Ligand ein 1,4,8,11-Tetrathiacyclotetradekan oder ein alkyliertes Derivat davon.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung hat der Ligand die allgemeine Struktur
wobei der Ligand weitere Substituenten haben kann und X N-R, O, S oder Se ist und R H, eine Alkyl- oder Arylgruppe ist.
Weitere geeignete Liganden sind in US S2012/0292581 A1 aufgeführt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthalten die thermochromen Einlagerungen zusätzlich Iodid. Die hier aufgeführten Liganden können auch in Kombination mitteinander verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe kann durch ein Verfahren herrgestellt werden, das zumindest die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

(a) Bereitstellen einer thermoplastischen Folie mit metallorganische Einlagerungen mit thermochromen Eigenschaften;
(b) Anordnen der thermoplastischen Folie zwischen einer Außenscheibe und einer Innensscheibe,
(c) Verbinden der Außenscheibe mit der Innenscheibe mindestens über die thermoplastische Folie als Zwischensschicht unteer Einwirkung von Wärme, Vakuum oder Druck, wobei aus der thermoplastischen Folie ein thermochromes Element in der Zwischenschicht gebildet wird, wobei die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe getönt und/oder gefärbt ist, so dass der Lichttransmissionsgrad TL der Fahrzeugscheibe bei 25°C kleiner oder gleich 40% beträgt.

In Verfahrensschritt (a) kann eine thermoplastische Folie bereitgestellt und diese mit einer Lösung der metallorganischen Verbbindung beaufschlagt werden. Insbesondere bei Erwärmung diffundiert die Verbindung in die Folie hinein, wodurch sie sich homogen in der thermoplastischen Schicht verteilt. Die Erwärmung kann auch im Rahmen des anschließenden Laminierprozess erfolgen. Ebenso lassenn sich weitere Einlagerungen einbringen, beispielsweise wärmeabsorbierende Partikel.
Die Herstellung der Fahrzeugscheibe kann mit fachüblichen Methoden erfolgen. Die Innenscheibe, die Bestandteile der Zwischenschicht und die Außenscheibe werden übereinandergelegt und anschließend zu einer Verbundscheibe laminiert mit üblichen, dem Fachmann an sich bekannten Methoden, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe über die Zwischenschicht erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und / oder Druck.
In einer vorteilhaften Ausführung wird das thermochrome Element, welches eine geringe Fläche aufweist als die Außen- und Innenscheibe, in einem Rahmen aus thermoplastischem Material, insbesondere einer thermoplastischen Folie, angeordnet.
Typischerweise werden die Scheiben vor dem Laminieren gebogen, wie es für Fahrzeugscheiben üblich ist.
In einer vorteilhaften Ausführung wird vor dem Laminieren und gegebenenfalls vor dem Biegen auf die Oberfläche der Innenscheibe, welche als Innenseite vorgesehen ist und beim Laminieren von der thermoplastischen Folie abgewandt wird, eine Beschichtung niedriger Emissivität aufgebracht. Solche Beschichtungen können beispielsweise mit physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapour deposition, PVD), Aufdampfen, chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD) oder plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD) aufgebracht werden, insbesondere durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung von metallorganischen Einlagerungen mit thermochromen Eigenschaften in einer thermoplastischen Schicht einer Fahrzeugscheibe.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe,
2 einen Querschnitt durch die Fahrzeugscheibe nach 1 und
3 ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe.
1 und 2 zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen thermochromen Fahrzeugscheibe. Die Fahrzeugscheibe ist beispielsweise eine Dachscheibe für einen PKW. Die Dachscheibe ist gekrümmt und besteht aus einer Außenscheibe 1 und einer Innenscheibe 2, welche durch eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1 besteht aus getöntem Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 2,1 mm und einer Lichttransmission T_L von 30%. Die Innenscheibe 2 besteht aus Kalk-Natron-Glas der gleichen Dicke und Lichttransmission. Es könnte stattdessen aber auch eine weniger getönte oder sogar klare Innenscheibe 2 verwendet werden. Die Zwischenschicht 3 besteht aus einem thermochromen Element 4 und einem um dieses herum angeordneten Rahmen 5. Das thermochrome Element 4 ist aus einer Folie aus PVB mit einer Dicke von 0,76 mm ausgebildet, in welche metallorganische, thermochrome Einlagerungen eingebracht worden sind. Der Rahmen 5 ist ebenfalls aus einer PVB-Folie ausgebildet, aus der eine Ausnehmung ausgeschnitten wurde, in welche das thermochrome Element 4 passgenau eingesetzt werden kann. Der Rahmen 5 enthält keine thermochromen Einlagerungen.
Die Dachscheibe weist beispielsweise eine Fläche von 1,75 m² auf und das thermochrome Element 4 eine Fläche von 1,2 m², also 68% der Fläche der Scheibe. Die restlichen 32% der Scheibenfläche im umlaufenden Randbereich wird durch den Rahmen 5 abgedeckt.
Die Dachscheibe weist bei 25°C eine Lichttransmission T_L von etwa 7 % auf. Bei höheren Temperaturen wird aufgrund des thermochromen Effekts die Lichttransmission T_L weiter verringert, so dass die Aufheizung des Fahrzeuginnenraums verringert werden kann.
Die Dachscheibe verfügt über eine homogene Tönung im gesamten Temperaturbereich, einen hohen Kontrast zwischen der Tönung bei niedrigen und hohen Temperaturen und gewährleistet einen hohen thermischen Komfort im Fahrzeuginnenraum. Sie ist daher hervorragend als Dachscheibe eines PKW geeignet.
Die Innenseite II der Außenscheibe 1 und die Innenseite IV der Innenscheibe 2 weisen einen umlaufenden opaken Abdeckdruck 6 im Randbereich auf. Der Abdeckdruck 6 weist eine größere Breite auf als der Rahmen 4, so dass der Übergang von thermochromem Element 4 und Rahmen 5 verdeckt wird für den Betrachter in Durchsicht nicht erkennbar ist. Die Innenseite IV der Innenscheibe 2 weist außerdem eine Beschichtung 7 niedriger Emissivität (LowE-Beschichtung) auf, beispielsweise mit einer funktionellen Schicht aus ITO. Durch die Beschichtung 7 wird der thermische Komfort im Fahrzeuginnenraum weiter verbessert.
Tabelle 1 zeigt simulierte Werte für die Lichttransmission T_L(A/2°; DIN5033) und den Gesamtenergieeintrag T_E nach ISO 9050 (AM1,5) für eine beispielhafte Dachscheibe. Den Simulationen liegen temperaturabhängige Spektren zugrunde, die der Veröffentlichung E. S. Lee et al., Solar Energy Materials & Solar Cells 116 (2013) 14–26 entnommen wurden (1). Die dort gezeigten Spektren sind gemessen an einer thermochromen PVB-Folie mit metallorganischen Einlagerungen laminiert mit zwei Scheiben aus Klarglas mit jeweils 3 mm Dicke. Die Spektren wurden umgerechnet auf eine Kombination mit Gläsern, die für automobile Anwendungen geeignet sind. Hierfür wurde ein grau-getöntes Glas gewählt, welches von der Firma Saint-Gobain unter dem Produktnamen VG10 vertrieben wird. Ein Verbund bestehend aus zwei dieser Gläser mit einer Dicke von jeweils 2,1mm mit einer klaren transparenten PVB-Folie in handelsübliche Dicke von 0,76 mm besitzt eine Lichttransmission T_L(A/2°) von 8,2% und einer Energietransmission T_E von 6,4%. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen thermochromen PVB-Folie beträgt die Lichttransmission bei 24°C etwa 6,5% und nimmt bei steigender Temperatur deutlich ab. Dies führt zu einer deutlichen Senkung des Gesamtenergieeintrags T_E, wie der Tabelle zu entnehmen ist. Tabelle 1

24°C 34°C 48°C 62°C 75°C

TL 6,5% 5,5% 3,7% 2,0% 1,1%

TE 5,9% 5,4% 4,6% 3,5% 2,9%
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen thermochromen Fahrzeugscheibe.
Bezugszeichenliste

1: Außenscheibe
2: Innenscheibe
3: thermoplastischen Zwischenschicht
4: thermochromes Element
5: aus thermoplastischer Folie gebildeter Rahmen
6: Abdeckdruck
7: Beschichtung niedriger Emissivität
I: Außenseite der Außenscheibe 1
II: Innenseite der Außenscheibe 1
III: Außenseite der Innenscheibe 2
IV: Innenseite der Innenscheibe 2
A-A': Schnittlinie

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 2012/0292581 A1 [0005]
US 012/0292581 A1 [0043]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 5034-5 [0022]
DIN5033 [0062]
ISO 9050 [0062]
E. S. Lee et al., Solar Energy Materials & Solar Cells 116 (2013) 14–26 [0062]

Claims

Thermochrome Fahrzeugscheibe, mindestens umfassend eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2), die miteinander verbunden sind über eine thermoplastische Zwischenschicht (3), welche ein thermochromes Element (4) enthält, wobei das thermochrome Element (4) mindestens eine thermoplastische Schicht umfasst, welche metallorganische Einlagerungen mit thermochromen Eigenschaften enthält, und wobei die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) getönt und/oder gefärbt ist, so dass der Lichttransmissionsgrad T_L der Fahrzeugscheibe bei 25°C kleiner oder gleich 40% beträgt.
Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1, wobei die metallorganischen Einlagerungen mit thermochromen Eigenschaften mindestens ein Ion eines Übergangsmetalls und einen organischen Liganden enthalten.
Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichttransmissionsgrad T_L der Fahrzeugscheibe bei 25°C kleiner oder gleich 30% beträgt, bevorzugt kleiner oder gleich 25%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 15%.
Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Außenscheibe (1) und die Innenscheibe (2) getönt und/oder gefärbt sind.
Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das thermochrome Element (4) eine kleinere Fläche aufweist als die Fahrzeugscheibe und von einem aus einer thermoplastischen Folie gebildeten Rahmen (5) umgeben ist, welcher bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetet (EVA) oder Polyurethan (PU) enthält, bevorzugt Polyvinylbutyral.
Fahrzeugscheibe nach Anspruch 5, wobei die Innenseite (II) der Außenscheibe (1) und die Innenseite (IV) der Innenscheibe (2) einen opaken Abdeckdruck (6) aufweisen, welcher die Kanten des thermochromen Elements (4) verdeckt.
Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens die Innenseite (IV) der Innenscheibe (2) eine Beschichtung (7) niedriger Emissivität aufweist.
Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zwischenschicht (3) außerdem wärmeabsorbierende Partikel enthält, insbesondere TiO₂-Partikel.
Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die thermoplastische Schicht des thermochromen Elements (4) zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetet (EVA) oder Polyurethan (PU) enthält, bevorzugt Polyvinylbutyral.
Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Ligand ausgewählt ist aus organischen Alkoholen, Diolen und Triolen, Phosphinen, Imidazolen, Oxazolen, Thiazolen, Selenazolen, Pyrazolen, Isoxazolen, Isothiazolen, Isoselenazolen, Benzimidazolen, Benzoxazolen, Benzothiazolen, Benzoselenazolen, Indazolen, Benzisoxazolen, Benzoisothiazolen, Benzoisoselenazolen und Pyridinderivaten.
Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welche gekrümmt ist.
Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welche eine Dachscheibe, hintere Seitenscheibe oder Heckscheibe für einen PKW ist, bevorzugt eine Dachscheibe.