DE202020101267U1 - Verbesserte Transmissionsoptik durch rasterförmigen Abdeckdruck - Google Patents

Abstract

Verbundscheibe (1), bevorzugt Windschutzscheibe, umfassend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, wobei die Außenscheibe oder die Innenscheibe auf mindestens einer Seite (I, II, III, IV) und bevorzugt auf der der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandten Seite (II, III) einen rasterförmigen Abdeckdruck (2) aufweist, der rasterförmige Abdeckdruck (2) ein Abdeckdruck-freies Kamerafenster (3) zumindest teilweise und bevorzugt vollständig umrandet und der rasterförmige Abdeckdruck (2) im Umgebungsbereich des Kamerafensters (3) gitterförmige Aussparungen (2.2) aufweist, wobei eine Feldgröße der von den gitterförmigen Aussparungen (2.2) begrenzten Bereiche (2.1) etwa 5 mm x 5 mm beträgt und ein Abstand von einer Aussparung (2.2) zur anderen etwa 1 mm beträgt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe und insbesondere eine Windschutzscheibe, wobei eine Verbesserung der optischen Übertragungsleistung einer Kamera durch einen Bereich der Verbundscheibe durch Aufbringen eines rasterförmigen schwarzen Drucks auf die Scheibe erzielt ist.
• Aufgrund des aktuellen Trends zum autonomen Fahren in der Automobilindustrie gewinnt der Bereich der Windschutzscheibe(n), in dem Kamerasysteme installiert sind, zunehmend an Bedeutung. Tatsächlich werden die geforderten optischen Toleranzen in diesen speziellen Bereichen der Windschutzscheibe immer enger. Insbesondere die optische Verzerrung ist ein wichtiges Qualitätskriterium, das es zu berücksichtigen gilt.
• Es ist allgemein bekannt, dass die Verwendung von Abdeckdrucken, wie Siebdrucken oder Emaille-Dekoration auf den Seiten I, II, III oder IV einer Verbundscheibe in den transparenten Bereichen nahe der Druckkante erhebliche optische Probleme verursachen kann.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbundscheibe und insbesondere eine verbesserte Windschutzscheibe für ein Fahrzeug zu Wasser zu Lande oder in der Luft bereitzustellen, bei dem optische Verzerrungen in transparenten Bereichen nahe einer Druckkante eines Abdeckdrucks vermindert sind.
• Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Verbundscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Erfindung umfasst eine Verbundscheibe, bevorzugt eine Windschutzscheibe, umfassend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, wobei die Außenscheibe oder die Innenscheibe auf der der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandten Seite (II oder III) einen Abdeckdruck aufweist, der Abdeckdruck eine vollständige Aussparung, beispielsweise für ein Kamerafenster, aufweist und der Abdeckdruck im Umgebungsbereich des Kamerafensters gitterförmige Aussparungen aufweist.
• Mit anderen Worten: der Abdeckdruck umrandet ein Abdeckdruck-freies Kamerafenster und der Abdeckdruck weist im Umgebungsbereich des Kamerafensters gitterförmige Aussparungen auf, die von den gitterförmigen Aussparungen begrenzte Bereiche mit Abdeckdruck beeinhalten.
• Der Abdeckdruck ist im Umgebungsbereich des Kamerafensters oder einer anderen vollflächigen Aussparung rasterförmig ausgebildet. Das bedeutet, dass der Abdeckdruck nicht vollflächig ist, sondern nur aus einzelnen Bereichen besteht. Die einzelnen Bereiche können durch schmale Stege oder an Ecken miteinander verbunden sein. Bevorzugt sind die einzelnen Bereiche aber vollständig voneinander getrennt. Die einzelnen Bereiche können zufällig angeordnet sein oder bevorzugt rasterförmig angeordnet sein. Rasterförmig bedeutet hier, dass einzelne Bereiche (Felder) aus Abdeckdruck in einem Raster angeordnet sind und zwischen den einzelnen Bereichen Abdeckdruck-freie Abschnitte, bevorzugt in Form eines Gitters und besonders bevorzugt in Form eines Kreuzgitters, angeordnet sind.
• Der Abdeckdruck kann in vielfältiger Weise auf der Scheibe angeordnet werden. Typischerweise handelt es sich um ein Emaille, eine Glasur oder einen Einbrennlack, der auf die Scheibe (typischerweise eine Glasscheibe) aufgebracht wird, bei erhöhten Temperaturen eingebrannt wird und dadurch dauerhaft mit der Scheibe verbunden wird. Üblicherweise wird der Abdeckdruck durch Siebdruck-Verfahren aufgebracht. Alternativ kann der auch durch Ink-Jet- oder Ink-SprayVerfahren oder andere Verfahren aufgebracht werden.
• Der Abdeckdruck kann jede beliebige Farbe aufweisen. Typischerweise ist er schwarz, er kann aber auch weiß oder blau sein. Der erfinderische Effekt ist bei einem schwarzen Abdeckdruck besonders ausgeprägt, da er beispielsweise die Wärmestrahlung beim Biegeprozess besonders stark absorbiert, was zu besonders großen Verzerrungen im Randbereich zwischen Abdeckdruck und druckfreiem Bereich (Kamerafenster) führen kann.
• Bislang ist es aus dem Stand der Technik nicht bekannt, dass durch die beschriebene Rasterdrucktechnik signifikante Verbesserungen in Form einer reduzierten optischen Verzerrung bei Durchblick durch die Verbundscheibe erzielt werden können.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Feldgröße eines einzelnen rasterförmigen Bereichs von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 3 mm bis 7 mm und insbesondere etwa 5 mm. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Abstand von einem Feld zum anderen von 0,5 mm bis 5 mm, bevorzugt von 0,75 mm bis 2 mm und insbesondere etwa 1 mm.
• Die Verbundscheibe ist zur Abtrennung eines Fahrzeugsinnenraums von einer äußeren Umgebung geeignet. Die Verbundscheibe kann vielfältig eingesetzt werden. Sie kann beispielsweise auch eine Dachscheibe, eine Heckscheibe, eine Seitenscheibe oder eine andere den Fahrzeuginnenraum begrenzende Verglasung sein. Bevorzugt ist sie eine Windschutzscheibe. Mit Innenscheibe wird dabei diejenige Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage dem Innenraum eines Fahrzeugs zugewandt ist. Mit Außenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist.
• Die dem Scheibenaußenraum zugewandte Oberfläche der Außenscheibe wird üblicherweise als Seite I bezeichnet, die der Zwischenschicht zugewandten Oberfläche der Außenscheibe mit Seite II, die der Zwischenschicht zugewandten Oberfläche der Innenscheibe mit Seite III und die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Oberfläche der Innenscheibe mit Seite IV.
• Die Zwischenschicht ist bevorzugt transparent. Die Zwischenschicht enthält vorzugsweise mindestens einen Kunststoff, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyethylenterephthalat (PET). Die Zwischenschicht kann aber auch beispielsweise Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen, oder Copolymere oder Gemische davon enthalten. Die Zwischenschicht kann durch eine oder auch durch mehrere übereinander angeordnete Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke einer Folie bevorzugt von 0,025 mm bis 1 mm beträgt, typischerweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Die Zwischenschicht kann bevorzugt thermoplastisch sein und nach einer Lamination die Innenscheibe, die Außenscheibe und eventuelle weitere Zwischenschichten miteinander verkleben. Im Sinne der Erfindung ist die Lamination also das Verbinden von Innenscheibe, Zwischenschicht und Außenscheibe.
• Die Verbundscheibe bzw. die Innenscheibe und die Außenscheibe enthalten bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas, oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon. Die Verbundscheibe bzw. die Innenscheibe und die Außenscheibe sind bevorzugt transparent, insbesondere für die Verwendung der Scheibe als Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oder anderen Verwendungen bei denen eine hohe Lichttransmission erwünscht ist. Als transparent im Sinne der Erfindung wird dann eine Scheibe verstanden, die eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von größer 70 % aufweist. Für Scheiben, die nicht im verkehrsrelevanten Sichtfeld des Fahrers liegen, beispielsweise für Dachscheiben, kann die Transmission aber auch viel geringer sein.
• Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen bevorzugt eine konstante Dicke auf mit im Wesentlichen planparallelen Hauptflächen und einer umlaufenden, diese verbindenden Seitenkante.
• Die Dicke der Innenscheibe beträgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung von 0,4 mm bis 3,5 mm, bevorzugt von 0,9 mm bis 2,1 mm.
• Die Dicke der Außenscheibe beträgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung mindestens 1,4 mm, bevorzugt mindestens 1,6 mm. Die Dicke der Außenscheibe beträgt bevorzugt höchstens 4,5 mm, bevorzugt höchstens 2,1 mm. In diesem Bereich weist die Verbundscheibe eine vorteilhafte mechanische Stabilität und geräuschabschirmende Eigenschaften auf, ist aber trotzdem noch hinreichend dünn und leicht, um als Windschutzscheibe eingesetzt werden zu können.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Außenscheibe und Innenscheibe nicht mit einer Vorspannung versehen. Es bildet sich während des Laminierens der Scheiben dennoch eine charakteristische Verteilung von Zug- und Druckspannungen aus, die der Fachmann aber problemlos von Spannungen, die bewusst durch die Verwendung vorgespannter Scheiben erzeugt werden, unterscheiden kann.
• Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch die Verbundscheibe beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%, insbesondere wenn die Verbundscheibe 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 Verbundscheibe 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. Die Verbundscheibe kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
• In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Scheibe eine Einzelscheibe, bei der auf eine Scheibenseite ein erfindungsgemäßer rasterförmiger Abdeckdruck angeordnet ist, der eine vollständig Abdeckdruck-freie Zone zumindest abschnittsweise und bevorzugt vollständig umrandet. Darüber hinaus gilt bezüglich der Ausgestaltung alles oben Beschriebene, sofern dies mit einer Einzelscheibe vereinbar ist.
• Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und -aspekten der Erfindung anhand der Figuren. Die Zeichnungen sind rein schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Sie schränken die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
• 1 eine typische Windschutzscheibe nach dem Stand der Technik, bei der im Randbereich des Durchsichtbereichs einer Kamera oder eines sonstigen optischen Sensors der Abdeckdruck vollflächig ausgebildet ist,
• 2 typische Verzerrungsmessergebnisse des Kamerabereichs einer Windschutzscheibe nach dem Stand der Technik gemäß 1,
• 3 zeigt eine erfindungsgemäße Verbundscheibe am Beispiel einer Windschutzscheibe mit Unterbrechungen des den Kamerabereich umgebenden Abdeckdrucks durch Anwendung eines Rasterdruckmusters mit einem vergrößerten Ausschnitt,
• 4A Simulation der optischen Verzerrung im Bereich eines Kamerafensters bei Durchsicht durch eine erfindungsgemäße Verbundscheibe mit rasterförmigem Abdeckdruck („Grid print“) um den Kamerabereich,
• 4B Simulation der optischen Verzerrung im Bereich eines Kamerafensters bei Durchsicht durch eine Verbundscheibe nach dem Stand der Technik mit vollflächigen Abdeckdruck („Solid print“),
• 4C Vergleich der optischen Verzerrungen in den in 4A und 4B markierten Punkten jeweils am Rand des Kamerafensters.
• 1 zeigt eine Verbundscheibe 1 am Beispiel einer typischen Windschutzscheibe nach dem Stand der Technik, bei der im Randbereich des Durchsichtbereichs einer Kamera (Kamerafenster 3) oder eines sonstigen optischen Sensors der Abdeckdruck 4 vollflächig ausgebildet ist.
• Windschutzscheiben sind üblicherweise im gesamten Umfangsbereich (Randbereich) und im oberen mittleren Bereich des Teils, an dem normalerweise optische Systeme wie Kameras oder Regen-/Lichtsensoren im Fahrzeuginnenraum angebracht sind, mit einem typischerweise schwarzen Aufdruck 4 versehen (siehe 1).
• Standardmäßig wird als Druckfarbe schwarzer Emaille verwendet. Es ist bekannt, dass die Verwendung von schwarzem Emaille nach dem Biege- und Laminierungsprozess starke optische Verzerrungen im Bereich der transparenten Glasur direkt neben dem Druck hervorrufen kann. Besonders in den recht kleinen Kamerabereichen, die rundum von schwarzem Druck umgeben sind, kann dies ein erhebliches Problem darstellen.
• 2 zeigt typische Verzerrungsmessergebnisse des Kamerabereichs 3 einer Windschutzscheibe 1 nach 1, die auf der Seite II („Face 2 print“) mit einem schwarzen Emaille-Druck (vollflächiger Abdeckdruck 4) versehen ist. Im vorliegenden Fall können maximale Verzerrungswerte von mehr als 250 mdpt (Millidioptrien) gefunden werden, was ein normales Ergebnis für die genannte Konfiguration nach dem Stand der Technik ist. Im Zusammenhang mit den kommenden Kameras für eine verbesserte autonome Fahrfunktion ist dies jedoch nicht akzeptabel und würde das optische System an einer ordnungsgemäßen Funktion hindern.
• Dabei gibt es mehrere Faktoren, die zur Bildung der oben genannten optischen Defekte und Verzerrungen beitragen. Ein kritischer Punkt ist, unter anderem, jeder Unterschied in der thermischen Ausdehnung bzw. Kontraktion zwischen dem Abdeckdruck (Dekorationsmaterial, Emaille) und dem Glassubstrat. Während der Erwärmungs- und insbesondere der Abkühlungsphase von Prozessen unter Wärmeeinwirkung (z.B. Biegeprozess) erzeugt dieser Unterschied mechanische Spannungen, die das Glas aufgrund seiner niedrigen Viskosität bei relevanten Prozesstemperaturen lokal verformen können. So kann der Schwarzdruck beispielsweise zu einer verstärkten Absorption von Wärmestrahlung und damit zu einer lokalen Überhitzung führen. Der den gesamten Kamerabereich umgebende schwarze Druck stellt ein Worst-Case-Szenario dar, da jeder Unterschied im thermomechanischen Verhalten eine Glasverformung des gesamten Kamerabereichs begünstigt.
• Die Idee dieser Erfindungsmeldung besteht darin, die durch unterschiedliches thermomechanisches Verhalten entstehende Absorptionsfläche durch eine lokale Unterbrechung des dekorierten Bereichs zu reduzieren. Auf diese Weise werden die Effekte, die zu einer lokalen Glasverformung und optischen Verzerrung führen, wesentlich stärker lokalisiert und die globale Absorption wird reduziert. Das Konzept ist in 3 dargestellt.
• 3 zeigt Unterbrechungen des den Kamerabereich 3 umgebenden Abdeckdrucks 2 durch Anwendung eines Rasterdruckmusters. Dabei ist links die gesamte Verbundscheibe 1 dargestellt und rechts ein vergrößerter Ausschnitt des Abdeckdrucks 2 („Grid print pattern“) mit dem Kamerafenster 3.
• Im obigen Beispiel wird ein schachbrettähnlicher Rasterdruck auf der Seite II mit einer Feldgröße der durch gitterförmigen Aussparung 2.2 begrenzten Bereiche 2.1 mit Abdeckdruck von 5 mm und einem Abstand von 1 mm von einem Feld zum anderen aufgebracht. Es können jedoch auch andere Muster und/oder Abmessungen verwendet werden.
• Die optische Wirkung des Konzepts des Rasterdrucks auf des Bereich des Kamerafensters 3 ist in den 4A, 4B und 4C dargestellt. Die 4A, 4B und 4C zeigen die Auswirkung des erfindungsgemäßen rasterförmigen Abdeckdrucks 2 („Grid print“, 4A) um den Kamerabereich 3 herum im Vergleich zum vollflächigen Abdeckdruck 4 („Solid print“, 4B) auf die horizontale optische Verzerrung (vertikale Lichtablenkung). 4C zeigt die optischen Verzerrungen in den in 4A und 4B markierten Punkten jeweils am Rand des Kamerafensters 3.
• Es wird deutlich gezeigt, dass eine signifikante Reduzierung der optischen Verzerrung (vertikale Lichtablenkung) um mehr als 30 % im Kamerabereich bei rasterförmigem Abdeckdruck 2 (linke Säule) im Gegensatz zu einem vollflächigen Standardabdeckdruck 4 auf Seite II (rechte Säule), wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist, erreicht werden kann. Darüber hinaus kann die beschriebene Technik mit anderen Ansätzen zur Reduzierung der optischen Verzerrung im Kamerabereich 3 kombiniert werden, um die optischen Defekte noch weiter zu verringern. Eine weitere Verbesserung kann auch durch die Verbesserung der globalen transmittierten Optik durch Biegeprozessoptimierung erreicht werden.
• So ist denkbar, den gitterartigen, rasterförmigen Abdeckdruck 2 im Endprodukt durch einen hier nicht dargestellten, nachgeschalteten, abdeckenden Druckschritt beispielsweise auf Seite II zu kaschieren.
• Die vorgeschlagene Idee ermöglicht eine deutliche Verbesserung der optischen Performance des Kamerafensters 3 in einer Windschutzscheibe 1.
• Bezugszeichenliste

1

Verbundscheibe, Windschutzscheibe

2

gerasterter Abdeckdruck

2.1

durch gitterförmige Aussparung 2.2 begrenzter Bereich mit Abdeckdruck

2.2

gitterförmige Aussparung

3

Kamerafenster

4

vollflächiger Abdeckdruck

Claims (1)

1. Verbundscheibe (1), bevorzugt Windschutzscheibe, umfassend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, wobei die Außenscheibe oder die Innenscheibe auf mindestens einer Seite (I, II, III, IV) und bevorzugt auf der der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandten Seite (II, III) einen rasterförmigen Abdeckdruck (2) aufweist, der rasterförmige Abdeckdruck (2) ein Abdeckdruck-freies Kamerafenster (3) zumindest teilweise und bevorzugt vollständig umrandet und der rasterförmige Abdeckdruck (2) im Umgebungsbereich des Kamerafensters (3) gitterförmige Aussparungen (2.2) aufweist, wobei eine Feldgröße der von den gitterförmigen Aussparungen (2.2) begrenzten Bereiche (2.1) etwa 5 mm x 5 mm beträgt und ein Abstand von einer Aussparung (2.2) zur anderen etwa 1 mm beträgt.

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