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Die Erfindung betrifft eine Glasscheibe mit Metallelement und Klebefläche zur Verklebung von polymeren Anbauteilen.
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Fahrzeugverglasungen verfügen häufig über Anbauteile, wie Spiegelhalterungen, Halterungen für Sensor- oder Kamerasysteme oder anderweitige Abdeckungen. Zur Fertigung dieser Anbauteile wird immer mehr auf Kunststoffbauteile zurückgegriffen, die überwiegend mit feuchtigkeitshärtenden Klebstoffen an der Scheibe verklebt werden. Diese Klebstoffe benötigen ca. 10 bis 30 Minuten bis ihre Handhabungsfestigkeit gewährleistet ist und ca. 5 Tage bis sie vollständig ausgehärtet sind. Industriell wird jedoch immer mehr eine Lösung gesucht, diese Anbauteile sehr viel zügiger zu transportieren und an den Kunden auszuliefern. Durch heißhärtende Klebstoffe wird dies heutzutage bei Anbauteilen aus Metall, mit Hilfe der Induktionstechnik bereits serienmäßig durchgeführt. Bei Verwendung von Kunststoffanbauteilen wird die zum Härten des Klebstoffes benötigte Erwärmung z.B. durch IR-Strahlung, Heißluft oder ähnliche Techniken herbeigeführt. Diese Techniken benötigen einen längeren Zeitraum zur Erwärmung, wodurch Vorheizstationen notwendig werden, und sind flächenmäßig kaum lokal begrenzbar, so dass sich die Erwärmung über das eigentlich benötigte Areal hinaus ausbreitet. Dadurch kann es zur Blasenbildung in der thermoplastischen Zwischenschicht von Verbundscheiben und/oder Beschädigung des Anbauteils durch Überhitzung kommen. Nicht selten werden in der Nähe befindliche Bauteile ebenfalls in Mitleidenschaft gezogen. Die bekannten Scheibenanordnungen und Verfahren bedeuten somit eine hohe thermische Belastung für Glasscheiben, thermoplastische Zwischenschicht im Fall von laminierten Scheiben und alle Anbauteile aus Kunststoff.
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Metallhaltige Siebdrucke werden beispielsweise eingesetzt um Heizleiter, Antennen oder elektrische Sammelleiter auf Scheiben aufzubringen und diese dauerhaft mit den genannten elektrisch leitfähigen Strukturen zu verbinden. Die Zielsetzung ist in der Regel Scheiben aus Glas zu beheizen, deren elektrische Kontaktierung herzustellen oder auch der Empfang von Medien.
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Aus
WO 2017/063895 A1 ist ein in eine Verbundscheibe eingebrachtes Metallelement zur Ableitung von Wärme aus dem Randbereich von Kamerafenstern oder aus dem Bereich von Lötstellen bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glasscheibe mit einem an der Scheibe verklebten polymeren Anbauteil bereitzustellen, die einfach herstellbar ist, wobei Beschädigungen des Anbauteils vermieden werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Glasscheibe mit polymerem Anbauteil gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die erfindungsgemäße Glasscheibe mit polymerem Anbauteil umfasst mindestens eine Klebefläche, über die das Anbauteil mittels eines Klebstoffs an der Glasscheibe verklebt ist, wobei im Bereich der Klebefläche ein Metallelement an der Glasscheibe angebracht ist. Das Metallelement ist induktiv erwärmbar, wobei durch induktives Erwärmen des Metallelementes eine gezielte Aushärtung des Klebstoffs möglich ist.
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Die Projektion des Metallelements auf die Glasscheibe entspricht bevorzugt dem Bereich der Klebefläche. Dadurch kann selektiv nur der Bereich des Klebstoffs erwärmt werden, so dass Beschädigungen im umliegenden Bereich vermieden werden können.
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Das Metallelement kann in Form einer Folie, eines Bleches oder eines metallhaltigen Druckes an der Glasscheibe angebracht sein. Bevorzugt ist das Metallelement durch einen silberhaltigen Siebdruck oder eine metallische Folie realisiert, insbesondere durch einen silberhaltigen Siebdruck. Ein Siebdruck ist mit einfachen technischen Mitteln aufzubringen und in Form und Dicke völlig variabel gestaltbar. Metallhaltige Siebdrucke auf Glas sind beispielsweise zur Ausbildung von Stromsammelschienen oder anderen elektrisch leitfähigen Strukturen bekannt. Für diese Anwendungen sind metallhaltige Siebdruckpasten kommerziell erhältlich, die auf die Glasoberfläche aufgetragen und anschließend eingebrannt werden. Die eingebrannte Paste enthält zumindest Metallpartikel, bevorzugt Silberpartikel und Glasfritten. Die Schichtdicke des metallhaltigen Siebdrucks beträgt bevorzugt von 5 µm bis 40 µm.
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Das Metallelement ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine metallene Folie oder ein metallenes Blech. Zwischen einer Folie und einem Blech wird im Sinne der Erfindung dadurch unterschieden, dass die Folie bei Raumtemperatur (insbesondere 20°C) biegeschlaff ist und das Blech biegesteif. Eine geeignete metallene Folie enthält bevorzugt Kupfer, Aluminium, Silber oder Mischungen oder Legierungen davon. Aufgrund der Wärmeleitfähigkeit und guten Verfügbarkeit ist Kupfer besonders bevorzugt. Die Dicke der Folie beträgt bevorzugt von 5 µm bis 500 µm, besonders bevorzugt von 50 µm bis 150 µm. Ein geeignetes Blech enthält bevorzugt Kupfer, Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Mischungen oder Legierungen davon. Besonders bevorzugt sind Stahl, Edelstahl oder Aluminium, weil Anbauteile aus diesen Materialien an Fahrzeugscheiben üblich sind. Die Dicke des Blechs beträgt bevorzugt von 2 mm bis 5 mm. Die metallene Folie und/oder das metallene Blech können an einer der Scheibenoberflächen der Glasscheibe angebracht werden.
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Bevorzugt ist der Klebstoff, ein durch Einbringung von erhöhter Temperatur härtender Klebstoff (sogenannte „heißhärtende Klebstoffe“). Diese Klebstoffe können zusätzlich natürlich auch eine feuchtigkeitsvernetzende Eigenschaft haben, die jedoch nicht vorrangig vorhanden sein muss. Zu diesen Klebstoffen gehören beispielsweise Polyurethanklebstoffe, die im Bereich der Automobilindustrie häufig eingesetzt werden und kommerziell erhältlich sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Glasscheibe mit einer weiteren Glasscheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht zu einer Verbundscheibe laminiert und das Metallelement ist in die thermoplastische Zwischenschicht der Verbundscheibe einlaminiert. Insbesondere ist diese Verbundscheibe umfassend die erfindungsgemäße Glasscheibe eine Fahrzeugscheibe.
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Die Fahrzeugscheibe ist zur Abtrennung eines Fahrzeuginnenraums von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Die Fahrzeugscheibe ist also eine Fensterscheibe, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist. Die Fahrzeugscheibe ist insbesondere eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs.
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Die Fahrzeugscheibe umfasst mindestens eine erste und eine zweite Glasscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die beiden Scheiben können auch als Außenscheibe und Innenscheibe bezeichnet werden. Mit Innenscheibe wird dabei 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. Die thermoplastische Zwischenschicht ist typischerweise aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet.
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Diejenige Oberfläche der jeweiligen Glasscheibe, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist, wird als außenseitige Oberfläche bezeichnet. Diejenige Oberfläche der jeweiligen Glasscheibe, welche in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist, wird als innenraumseitige Oberfläche bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe ist über die thermoplastische Zwischenschicht mit der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe verbunden. Üblicherweise wird die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe als „Seite I“ bezeichnet, die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe als „Seite II“, die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe als „Seite III“ und die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe als „Seite IV“.
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In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist das Metallelement in die Fahrzeugscheibe einlaminiert, also zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet. Diese Ausgestaltung ist für Folien und für Drucke als Metallelement geeignet, die sich beide einlaminieren lassen. Die Ausgestaltung ist für Folien als metallenes Element besonders bevorzugt, weil durch die dünne Folie der Verbund zwischen Glasscheiben und thermoplastischer Schicht besonders wenig gestört wird, was vorteilhaft hinsichtlich der Stabilität der laminierten Fahrzeugscheibe ist.
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In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist das metallene Element auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet (Seite IV). Die Wärmeübertragung erfolgt dann zumindest über die Innenscheibe hinweg. Die Erfinder haben erkannt, dass auch in dieser Konfiguration die Wärmeübertragung ausreichend ist. Diese Ausgestaltung ist für Folien, Bleche und Drucke als Metallelement geeignet. Sie ist für Bleche als Metallelement besonders bevorzugt, weil diese sich weniger gut einlaminieren lassen als Folien, aber auf einer Außenfläche aufgebracht eine höhere Stabilität aufweisen als Folien. Insbesondere Drucke können auf einer beliebigen Scheibenoberfläche positioniert werden.
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Der Zweck der Erfindung wird natürlich gleichermaßen durch ein auf der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe angebrachtes Metallelement erfüllt (Seite I). Dies ist jedoch nicht bevorzugt, da das Metallelement dann das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeugs beeinflussen würde, was für den Endkunden in der Regel nicht akzeptabel ist.
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Die Befestigung des Metallelements auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe erfolgt bevorzugt mittels eines Klebstoffs.
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Das Metallelement ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung in einem Bereich der Fahrzeugscheibe angeordnet, der mit einem opaken Abdeckdruck versehen ist. Solche Abdeckdrucke sind für Fahrzeugscheiben außerhalb des zentralen Sichtbereichs üblich, um Anbauteile wie Sensoren zu verdecken oder den Klebstoff, mit dem die Fahrzeugscheibe mit der Karosserie verbunden ist, vor UV-Strahlung zu schützen. Der Abdeckdruck besteht typischerweise aus einem im Siebdruckverfahren aufgebrachten und eingebrannten schwarzen oder dunklen Emaille. Der Abdeckdruck ist außenseitig zum Metallelement angeordnet, weist also einen geringen Abstand zur äußeren Umgebung auf als das Metallelement. So wird das Metallelement für einen außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Betrachter verdeckt und ist von außen nicht sichtbar. Ist das Metallelement in die Fahrzeugscheibe einlaminiert, so ist der Abdeckdruck bevorzugt auf Seite II angeordnet. Ist das Metallelement auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet (Seite IV), so ist der Abdeckdruck bevorzugt auf Seite II, Seite III oder auf Seite IV unterhalb des Metallelements angeordnet. Natürlich kann die Fahrzeugscheibe auch zwei Abdeckdrucke aufweisen, zwischen denen sich das Metallelement befindet, so dass es von beiden Seiten verdeckt wird. Ist das Metallelement in die Verbundscheibe einlaminiert, so ist deshalb bevorzugt ein Abdeckdruck außenseitig zum Metallelement (Seite I oder II) und ein Abdeckdruck innenseitig zum Metallelement (Seite III oder IV) angeordnet.
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Die Glasscheiben als Innenscheibe und Außenscheibe bestehen bevorzugt aus Glas, besonders bevorzugt Kalk-Natron-Glas, was sich für Fenstergläser bewährt hat. Die Scheiben können aber auch aus anderen Glassorten bestehen, beispielsweise Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas.
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Die Dicke der Glasscheiben kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Vorzugsweise betragen die Dicken der Außenscheibe und der Innenscheibe von 0,5 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 5 mm, ganz besonders bevorzugt von 1,2 mm bis 3 mm.
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Die Außenscheibe, die Innenscheibe oder die Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt, getrübt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch das Verbundglas beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%, insbesondere wenn das Verbundglas eine Windschutzscheibe ist. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben. Die Außenscheibe und die Innenscheibe können aus nicht vorgespanntem, teilvorgespanntem oder vorgespanntem Glas bestehen.
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Die Fahrzeugscheibe ist bevorzugt in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen, wie es für Kraftfahrzeugscheiben üblich ist, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen. Das Verbundglas kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
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Die Zwischenschicht wird bevorzugt durch mindestens eine thermoplastische Folie ausgebildet. Die thermoplastische Folie enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Dicke einer thermoplastischen Folie beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm, beispielsweise 0,38 mm oder 0,76 mm.
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Beispielhaft wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Glasscheibe mit polymerem Anbauteil beschrieben. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Verfahrensschritte:
- (a) Bereitstellen einer Glasscheibe mit Metallelement,
- (b) Anbringen eines Anbauteils an der Glasscheibe im Bereich des Metallelementes mittels eines Klebstoffs,
- (c) induktives Erwärmen des Metallelementes zur Aushärtung des Klebstoffs.
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Die Glasscheibe kann als Einzelscheibe oder als Verbundscheibe umfassend die Glasscheibe bereitgestellt werden. Das Anbauteil kann unmittelbar an der Glasscheibe oder mittelbar über eine weitere Glasscheibe der Verbundscheibe angebunden werden. In Schritt b ist zu beachten, dass die Klebefläche des Klebstoffs in Projektion zum Metallelement liegt und somit in Schritt c ein Wärmeübergang vom Metallelement zum Klebstoff möglich ist.
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Handelt es sich um eine Verbundscheibe als Fahrzeugscheibe, die üblicherweise gebogen sind, so werden die Glasscheiben als Außenscheibe und Innenscheibe bevorzugt vor der Lamination einem Biegeprozess unterzogen. Bevorzugt werden die Außenscheibe und die Innenscheibe gemeinsam (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind. Typische Temperaturen für Glasbiegeprozesse betragen beispielsweise 500°C bis 700°C. Das Biegen erfolgt bevorzugt nach dem Aufbringen der beheizbaren Beschichtung auf eine der Scheiben, weil das Beschichten einer planen Scheibe technisch einfacher ist und zudem die optischen Eigenschaften der Beschichtung durch das Erwärmen beim Biegen verbessert werden, ohne das ein separater Temperschritt erforderlich ist.
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Die Herstellung eines Verbundglases durch Lamination erfolgt mit üblichen, dem Fachmann an sich bekannten Methoden, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe dabei erfolgt üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und / oder Druck.
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Soll das Metallelement in die Fahrzeugscheibe einlaminiert werden, so wird es an geeigneter Stelle in den Stapel zur Lamination eingelegt, beispielsweise zwischen Zwischenschicht und Außen- oder Innenscheibe oder zwischen zwei Folien der Zwischenschicht. Das Metallelement kann dabei direkt auf der beheizbaren Beschichtung angeordnet werden oder von dieser getrennt durch mindestens eine Folie der Zwischenschicht. Das Metallelement kann optional an einer der Scheiben oder einer Folie der Zwischenschicht fixiert werden, beispielsweise durch Kleben, so dass es nicht verrutschen kann. Bevorzugt wird das Metallelement gedruckt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
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1a zeigt eine Draufsicht auf eine Verbundscheibe als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs umfassend die erfindungsgemäße Glasscheibe 1 vor Anbringen eines polymeren Anbauteils 7 und gemäß 1b nach Anbringen eines polymeren Anbauteils 7. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Verbundscheibe der 1 b. Die Glasscheibe 1 ist als Innenscheibe einer Fahrzeugscheibe mit einer weiteren Glasscheibe 2 zu einer Verbundscheibe laminiert. Die Fahrzeugscheibe ist die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens und ist als Verbundglas aus einer Außenscheibe 1 und einer Innenscheibe 2 ausgebildet, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen aus Natron-Kalk-Glas und weisen eine Dicke von beispielsweise 2,1 mm auf. Die Zwischenschicht 3 ist aus einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm gebildet.
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Auf der zum Fahrzeuginnenraum der Glasscheibe 1 orientierten Scheibenoberfläche (Seite IV) ist ein Metallelement 4 in Form einer aufgedruckten und eingebrannten Siebdruckpaste mit Silberpartikeln und Glasfritten ausgebildet (1a). Das Metallelement 4 wird von Seiten der zweiten Glasscheibe 2 durch einen opaken Abdeckdruck 6 kaschiert, so dass das Metallelement 4 von der Außenseite des Fahrzeugs betrachtet (Seite I) nicht sichtbar ist. 1b zeigt die Verbundscheibe der 1a, wobei im Bereich des Metallelementes 4 ein polymeres Anbauteil 7 angeklebt ist. Das polymere Anbauteil 7 ist eine Gehäuseabdeckung, die einen Sensor (nicht gezeigt) im Bereich eines Kommunikationsfensters 5 der Verbundscheibe abdeckt.
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2 zeigt einen Querschnitt durch die Verbundscheibe der 1b entlang der Schnittlinie A-A'. Im Bereich des Metallelementes 4 ist ein Klebstoff 8 aufgetragen, über den das polymere Anbauteil 7 verklebt ist. Zur Aushärtung des Klebstoffs 8 wurde das Metallelement induktiv erwärmt. Dadurch erfolgt eine gezielte lokale Erwärmung im Bereich der Klebefläche und es werden eine Blasenbildung in der thermoplastischen Zwischenschicht sowie eine Beschädigung des Anbauteils durch Anschmelzen vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Glasscheibe
- (2)
- weitere Glasscheibe
- (3)
- thermoplastische Zwischenschicht
- (4)
- Metallelement
- (5)
- Kommunikationsfenster
- (6)
- opaker Abdeckdruck
- (7)
- polymeres Anbauteil
- (8)
- Klebstoff
- I
- außenseitige Oberfläche der Außenscheibe
- II
- innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe
- III
- außenseitige Oberfläche der Innenscheibe
- IV
- innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe
- A-A'
- Schnittlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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