DE202021103231U1

DE202021103231U1 - Fahrzeugsystem mit Dachscheibe mit verbessertem visuellen Komfort im Fahrzeuginnenraum

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Publication number: DE202021103231U1
Application number: DE202021103231.6U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2031-06-17

Abstract

Fahrzeugsystem für ein Fahrzeug (100) mit einer Dachscheibe (2) umfassend eine Frontscheibe (1) und ein Armaturenbrett (A), dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (1) und/oder das Armaturenbrett (A) mindestens ein p-polarisierendes Element (6) aufweist.

Description

Die Erfindung umfasst ein Fahrzeugsystem mit einer Dachscheibe, mit verbessertem visuellem Komfort, insbesondere mit verbesserten Reflektionseigenschaften an der innenraumseitigen Oberfläche der Dachscheibe.
Im Fahrzeugbereich, insbesondere im Automobilbereich werden Dachscheiben, insbesondere Panoramadachscheiben bei Herstellern und Endkunden immer mehr nachgefragt, um mehr Lichteinfall in das Fahrzeug zu ermöglichen und so den visuellen Komfort und das Wohlbefinden für Insassen zu erhöhen. An den Dachscheiben treten auf der zum Fahrzeuginnenraum gerichteten Oberfläche jedoch oft störende Reflektionen, insbesondere vom Armaturenbrett auf, die die freie Durchsicht, insbesondere für Insassen im hinteren Bereich eines Fahrzeugs, behindern. Solche Reflektionen können beispielsweise von den Displays der Anzeigeelemente im Armaturenbrett oder aber auch vom Armaturenbrett selber ausgehen, insbesondere wenn es Designelemente, oder eine helle, hell-gefärbte Oberfläche aufweist.
Eine Möglichkeit für die Insassen störende Reflektionen an der Dachscheibe zu unterdrücken oder zu vermeiden besteht darin, auf der innenraumseitigen Oberfläche der Dachscheibe eine Antireflexionsbeschichtung vorzusehen. Solche Beschichtungen weisen oft einen komplexen Schichtaufbau und eine hohe Schichtdicke auf und sind üblicherweise sehr kostenintensiv. Zusätzlich sind diese Antireflexionsbeschichtungen auch oft nicht kompatibel mit den gerade bei Panoramascheiben auftretenden, anspruchsvollen Geometrien und Formen der Scheiben. Darüber hinaus sind solche Antireflexionsbeschichtungen auch nicht für große Einstrahlungswinkel optimiert, wie dies beispielsweise bei den Reflektionen vom Armaturenbrett auf die Dachscheibe gewöhnlich der Fall ist.
Eine Antireflexionsbeschichtung für Verglasungen, die auch für größere Lichteinfallswinkel geeignet sein soll, ist in der US20190241465 beschrieben.
Weiterhin ist auch der thermische Komfort eine starke Kundenanforderung. Um diese zu erfüllen, ist beispielsweise eine Low-E-Beschichtung, also eine Beschichtung niedriger Emissivität als Wärmeschutz, die gewöhnlich auf der zum Innenraum des Fahrzeugs gerichteten Oberfläche der Dachscheibe aufgebracht ist, nahezu ein Muss. Solche Wärmeschutzbeschichtungen oder auch andere funktionelle Beschichtungen, die wünschenswert sind, sind jedoch nur schlecht oder gar nicht mit Antireflexionsbeschichtungen kompatibel.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein kostengünstiges System bereitzustellen, mit dem der visuelle Komfort für Insassen erhöht werden kann, insbesondere dadurch, dass die Lichtreflektion auf der Innenseite einer Fahrzeug-Dachscheibe, insbesondere unter großen Lichteinfallswinkeln, deutlich vermindert oder vermieden wird. Weiterhin ist es eine Aufgabe ein System hierfür bereitzustellen, welches zusätzlich mit bestehenden funktionellen Beschichtungen für Fahrzeugscheiben insbesondere Dachscheiben, wie beispielsweise einer Low-E-Beschichtung auf der Innenseite einer Dachscheibe, kompatibel ist.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Fahrzeugsystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeugsystem mit einer Dachscheibe umfassend eine Frontscheibe und ein Armaturenbrett vorgeschlagen, wobei die Frontscheibe und/oder das Armaturenbrett mindestens ein p-polarisierendes Element aufweist.
Fahrzeugsysteme gemäß der Erfindung umfassen Fahrzeuge zu Lande, zu Wasser oder in der Luft.
Unter Front- und Dachscheiben werden erfindungsgemäß Verbundscheiben verstanden, die als Sicherheitsglas üblicherweise im Fahrzeugbau eingesetzt werden. Solche Verbundscheiben sind Fahrzeugscheiben, die dafür vorgesehen sind in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Verbundscheiben haben eine Innenscheibe und eine Außenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Mit Innenscheibe wird die dem Innenraum (Fahrzeuginnenraum) zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet.
Unter einem p-polarisierenden Element wird eine Beschichtung oder eine Folie verstanden, die bevorzugt p-polarisiertes Licht passieren lässt und so den Anteil an p-polarisiertem Licht zu dem Anteil an s-polarisiertem Licht erhöht.
Dass die Frontscheibe ein p-polarisierendes Element aufweist, heißt mit anderen Worten, dass die Frontscheibe in ihrem Verbundscheibenaufbau ein p-polarisierendes Element integriert enthält oder mit einem solchen p-polarisierenden Element, beispielsweise mit einer Polarisationsfolie verbunden ist. Dies kann beispielsweise auch mit einem geeigneten Kleber erfolgen.
Zusätzlich oder alternativ kann auch das Armaturenbrett, bevorzugt auf seiner Oberfläche ein das p-polarisierende Element aufweisen.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß durch das vorgesehene p-polarisierende Element der Frontscheibe eine p-Polarisation des durch die Frontscheibe in das Fahrzeug einstrahlenden (Sonnen-)Lichts bewirkt, bzw. der Anteil an p-polarisiertem Licht erhöht. Durch die üblichen Geometrien im Fahrzeuginnenraum, trifft das Licht dann entsprechend als (vorwiegend) p-polarisiertes Licht auf das Armaturenbrett auf und wird von dort unter Beibehaltung der p-Polarisationsanteile in Richtung der Dachscheibe reflektiert. Alternativ oder zusätzlich kann ein p-polarisierendes Element auf dem Armaturenbrett vorgesehen sein, so dass das von dort Richtung Dachscheibe reflektierte Licht einen erhöhten p-Polarisationsanteil aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass erfindungsgemäß durch den erhöhten p-polarisierten Anteil des Lichts bei dem Einsatz eines p-polarisierenden Elements störende Reflektionen, insbesondere vom Armaturenbrett auf der Innenseite der Dachscheibe deutlich vermindert oder sogar vermieden werden können. Solche störenden Reflektionen werden besonders von Fahrzeuginsassen im hinteren Bereich des Fahrzeugs, also beispielsweise Personen auf der Rücksitzbank wahrgenommen. Der Einfallswinkel des Lichts auf der Dachscheibe liegt dann nahe dem Brewsterwinkel zwischen Glas und Luft und der visuelle Komfort kann so für Fahrzeuginsassen durch eine verbesserte Durchsicht, frei von Reflektionen an der Dachscheibeninnenseite, erheblich gesteigert werden.
In einer Ausführungsform des Fahrzeugsystems ist das p-polarisierende Element eine p-polarisierende Beschichtung oder eine p-Polarisationsfolie.
Solche p-polarisierenden Beschichtungen und Polarisationsfolien sind bekannt und bereits verfügbar.
Es können übliche Polarisationsfolien eingesetzt und beispielsweise in eine Windschutzscheibe in die Zwischenschicht integriert oder mit dieser durch Klebung verbunden werden. Es können auch Folien eingesetzt werden, die die Polarisationsrichtung in die gewünschte p-Polarisationsrichtung drehen können (Polarisation turning foils). Beispielhaft seien hierfür sogenannte WCF (Windshield Combining Films) genannt, die bereits als Ersatz für Keilfolien in Windschutzscheiben integriert für HUD Anwendungen eingesetzt werden. Solche WCF können für die Verwendung in der Erfindung, beispielsweise in den unteren Bereich einer Frontscheibe (außerhalb des zentralen Sichtfelds einer Windschutzscheibe) in die Zwischenschicht integriert werden, wobei diese im Hinblick auf die Orientierung für die p-Polarisation, gegenüber der für die HUD Anwendung um 90° gedreht eingesetzt werden.
Eine erfindungsgemäß auch geeignete p-polarisierende Beschichtung ist beispielsweise die von der Anmelderin hergestellte Beschichtung mit der Bezeichnung Climacoat, deren optischen Eigenschaften in Bezug auf die p-Polarisation und die s-Polarisation ein Verhältnis (bei Einstrahlung unter 66° gegenüber der Normalen) von circa 1,8 der Transmission für p-polarisiertes Licht gegenüber der Transmission für s-polarisiertes Licht zeigt. Beispielhafte Climacoat Beschichtungen weisen 3 oder 4 Silberschichten auf. Werden die Silberschichten in ihrer Dicke vergrößert kann der Anteil der Transmission von p-polarisiertem Licht im Verhältnis zu dem von s-polarisiertem Licht noch gesteigert werden. Solche p-polarisierenden Beschichtungen weisen mindestens eine Silberschicht auf. Bevorzugt können diese Beschichtungen zwei, drei, vier oder mehr Silberschichten aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die p-polarisierende Beschichtung direkt auf einer der Scheiben der Frontscheibe, also der Außenscheibe oder der Innenscheibe angeordnet. Alternativ bevorzugt ist die Beschichtung auf einer Trägerfolie bevorzugt aus PET angeordnet, die über einen Kleber mit einer der Scheiben verbunden werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die p-polarisierende Beschichtung auf der der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandten Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe angeordnet. Dadurch wird die p-polarisierende Beschichtung vorteilhaft vor Beschädigung und Korrosion geschützt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Frontscheibe als Verbundscheibe zwei p-polarisierende Beschichtungen, die beide bevorzugt p-polarisiertes Licht passieren lassen. Dadurch wird der Selektionseffekt von p-polarisiertem Licht gegenüber s-polarisiertem Licht weiter verstärkt. Die beiden Beschichtungen sind bevorzugt zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet, sodass sie vor Korrosion und Beschädigung geschützt sind. Die beiden Beschichtungen können identisch sein oder einen unterschiedlichen Schichtaufbau aufweisen. Eine Beschichtung oder beide Beschichtungen können direkt auf einer der Scheiben angeordnet sein oder eine Beschichtung kann auf einer Scheibe und eine Beschichtung kann auf einer Trägerfolie angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist auf dem ersten Substrat eine erste Beschichtung angeordnet und auf dem zweiten Substrat eine zweite Beschichtung.
Alternativ oder zusätzlich kann das p-polarisierende Element der Frontscheibe über einen Bereich einer thermoplastischen Zwischenschicht mit einer Scheibe, beispielsweise der Außenscheibe und über einen Bereich der thermoplastischen Zwischenschicht mit der anderen Scheibe, beispielsweise der Innenscheibe verbunden sein. Typischerweise wird die thermoplastische Zwischenschicht dann durch mindestens eine erste und eine zweite thermoplastische Schicht gebildet, die flächig aufeinander angeordnet werden und miteinander laminiert werden. Das p-polarisierende Element kann dabei beispielsweise zwischen die beiden thermoplastischen Schichten eingelegt werden. Die mit dem p-polarisierenden Element überlappenden Bereiche der Schichten bilden dann die Bereiche, welche das p-polarisierende Element mit den Scheiben verbinden. In anderen Bereichen der Scheibe, wo die thermoplastischen Schichten direkten Kontakt zueinander haben, können sie beim Laminieren derart verschmelzen, dass die beiden ursprünglichen Schichten unter Umständen nicht mehr erkennbar sind und stattdessen eine homogene thermoplastische Zwischenschicht vorliegt.
Die thermoplastische Zwischenschicht bzw. die thermoplastischen Schichten enthalten bevorzugt zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und / oder Polyurethan (PU), besonders bevorzugt PVB.
Die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht bzw. jeder thermoplastischen Schicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm, beispielsweise 0,76 mm oder 0,80 mm, insbesondere von 0,3 mm bis 0,5 mm, beispielsweise 0,38 mm.
Die Innenscheibe und die Außenscheibe enthalten bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Alumino-Silikat-Glas, Kalk-Natron-Glas oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat. Die Scheiben können klar sein oder auch getönt oder gefärbt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung bestehen die Außenscheibe und die Innenscheibe aus Glas.
Geeignete Glasscheiben umfassen Glasscheiben, die unter den Handelsnamen Planiclear und Planilux (jeweils Klarglas), VG 10, VG20, VG40 oder TSANx, TSA3+, TSA4+ von Saint-Gobain bekannt sind, wobei es sich bei den Gläsern der VG-Serie um graugefärbte Gläser und bei denen der TSA-Serie um grüngefärbte Gläser handelt.
Die Dicke der Scheiben kann breit variieren und so den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Vorzugsweise weisen die Scheiben eine Dicke von 0,5 mm bis 5 mm auf, besonders bevorzugt von 1 mm bis 3 mm, beispielsweise 1,6 oder 2,1 mm.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems ist vorgesehen, dass die Frontscheibe eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs ist und das p-polarisierende Element nur in einem Teilbereich der Verbundscheibe, insbesondere oberhalb und/oder unterhalb, bevorzugt unterhalb eines zentralen Sichtfelds (B) angeordnet ist.
Das zentrale Sichtfeld muss eine hohe Lichttransmission aufweisen (typischerweise größer als 70%). Das besagte zentrale Sichtfeld ist insbesondere dasjenige Sichtfeld, das vom Fachmann als Sichtfeld B, Sichtbereich B oder Zone B bezeichnet wird. Das Sichtfeld B und seine technischen Anforderungen sind in der Regelung Nr. 43 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UN/ECE) (ECE-R43, „Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung der Sicherheitsverglasungswerkstoffe und ihres Einbaus in Fahrzeuge“) festgelegt. Dort ist das Sichtfeld B in Anhang 18 definiert.
Das p-polarisierende Element ist bevorzugt unterhalb des zentralen Sichtfelds (Sichtfeld B) angeordnet. Das bedeutet, dass das p-polarisierende Element im Bereich zwischen dem zentralen Sichtfeld und der Unterkante (Motorkante M) der Windschutzscheibe angeordnet ist. Das p-polarisierende Element muss nicht den gesamten Bereich abdecken, ist aber vollständig innerhalb dieses Bereichs positioniert und ragt nicht in das zentrale Sichtfeld hinein. Anders ausgedrückt weist das p-polarisierende Element einen geringeren Abstand zur Unterkante der Windschutzscheibe auf als der zentrale Sichtbereich. Somit wird die Transmission des zentralen Sichtfelds nicht durch das p-polarisierende Element beeinträchtigt.
Die Unterkante und die Seitenkanten des p-polarisierenden Elements können in Durchsicht durch die Windschutzscheibe von einem opaken Abdeckdruck verdeckt werden. Windschutzscheiben weisen typischerweise einen umlaufenden peripheren Abdeckdruck aus einer opaken Emaille auf, der insbesondere dazu dient, den zum Einbau der Windschutzscheibe verwendeten Kleber vor UV-Strahlung zu schützen und optisch zu verdecken. Dieser periphere Abdeckdruck wird erfindungsgemäß bevorzugt dazu verwendet, auch die Unterkante und die Seitenkante des p-polarisierenden Elements zu verdecken, sowie die gegebenenfalls erforderlichen elektrischen Anschlüsse. Das p-polarisierende Element ist dann vorteilhaft ins Erscheinungsbild der Fahrzeugscheibe integriert und lediglich die Oberkante ist potentiell vom Betrachter zu erkennen. Bevorzugt weist sowohl die Außenscheibe als auch die Innenscheibe einen Abdeckdruck auf, so dass die Durchsicht von beiden Seiten gehindert wird und das Erscheinungsbild auch entsprechend von beiden Seiten optisch ansprechend ist.
Das p-polarisierende Element bzw. die p-polarisierenden Elemente, beispielsweise eine p-polarisierende Beschichtung der Frontscheibe können auch Aussparungen oder Löcher aufweisen, etwa im Bereich sogenannter Sensorfenster oder Kamerafenster. Diese Bereiche sind dafür vorgesehen, mit Sensoren oder Kameras ausgestattet zu werden, deren Funktion durch eine Beschichtung im Strahlengang beeinträchtigt werden würde, beispielsweise Regensensoren.
Das p-polarisierende Element ist bevorzugt über die gesamte Breite der Windschutzscheibe angeordnet, abzüglich eines beidseitigen Randbereichs mit einer Breite von beispielsweise 2 mm bis 20 mm. Auch zur Unterkante weist das p-polarisierende Element bevorzugt einen Abstand von beispielsweise 2 mm bis 20 mm auf. Das p-polarisierende Element ist so innerhalb der Zwischenschicht eingekapselt und vor Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre und Korrosion geschützt.
Die Scheiben und die thermoplastische Zwischenschicht können klar sein, oder auch getönt oder gefärbt, solange die Windschutzscheibe im zentralen Sichtbereich eine ausreichende Lichttransmission aufweist, bevorzugt mindestens 70 % im Haupt-Durchsichtbereich A gemäß ECE-R43. Für eine Dachscheibe gelten diese Beschränkungen nicht.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems sieht vor, dass die Dachscheibe mindestens eine funktionelle Schicht, insbesondere eine Low-E-Beschichtung, Sonnenschutzschicht (Solarwall), eine PDLC (polymer-dispersed liquid crystal)-Schicht oder eine EC (electrochrome)-Schicht aufweist. Vorteilhafterweise können erfindungsgemäß problemlos so verschiedenen Funktionen und aktive Verglasungskonzepte (PDLC oder EC) der Dachscheibe realisiert werden. Der erfindungsgemäß verbesserte visuelle Komfort kann also in vielerlei Hinsicht mit anderen Funktionen kombiniert werden. So ist es beispielsweise möglich nicht nur den visuellen Komfort, sondern beispielsweise im Fall einer Sonnenschutzschicht oder Wärmeschutzschicht, wie einer Low-E-Beschichtung, auch den thermischen Komfort für die Insassen eines Fahrzeugs zu verbessern und sicherzustellen.
Damit löst die Erfindung die technischen Probleme. Insbesondere ist es nunmehr möglich, den visuellen Komfort gezielt und kostengünstig zu verbessern und störende Reflektionen auf der Dachscheibeninnenseite zu vermeiden oder deutlich zu vermindern.
Besonders effektiv ist die Antireflex-Wirkung auf der Innenseite der Dachscheibe durch die erfindungsgemäße p-Polarisierung mittels des p-polarisierenden Elements bei größeren Einfallswinkeln. Der Winkel α bezeichnet den Winkel zwischen der Normalen N zur Dachscheibenoberfläche (90° zur Ebene der Scheibenoberfläche) und der Einstrahlung vom Armaturenbrett A. Der Effekt ist bei Winkeln α von etwa 60° +/- 20° am größten. Dies beschreibt die Situation für die Fahrzeuginsassen im hinteren Fahrzeugraum.
Die vorbezeichnete Lösung kann dabei in vielfältiger Weise verwendet werden. Es ist bekannt, dass der visuelle Komfort ein Hauptaspekt von Verglasungen ist. Daneben sind aber auch andere Anforderungen, wie der thermische Komfort eine große Kundenanforderung, die erfindungsgemäß ebenfalls in Kombination mit den vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen erfüllt werden kann.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems weist das p-polarisierende Element einen p-Polarisierungsanteil des Lichts von mindestens 65 %, bevorzugt von mindestens 85 %, und weiter bevorzugt von 95 % auf.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugsystems nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen weist die Dachscheibe unter einem Winkel α (alpha) von 60 ° eine fahrzeuginnenseitige Reflektion von weniger als 6%, bevorzugt weniger als 3%, weiter bevorzugt von weniger als 2 % auf.
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer typischen Licht-Situation im Innenraum eines Personenkraftwagens,
2 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Frontscheibe mit einem p-polarisierenden Element;
3 eine schematische Schnittdarstellung einer Dachscheibe mit vom Armaturenbrett reflektiertem Licht,
4a ein Reflektionsdiagramm gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit p-polarisiertem Licht,
4b ein Reflektionsdiagramm als Vergleichsbeispiel zur ersten beispielhaften Ausführungsform aus 4a mit gemischt-polarisiertem Licht.

Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %.
Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen oder Normen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen bzw. Normen, die zum Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - auch zum Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten / galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen oder Normen zu verstehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen Licht-Situation in einem Personenkraftwagen 100. Durch die üblichen Geometrien im Fahrzeuginnenraum wird das Licht durch die Frontscheibe 1 eingestrahlt. Die Frontscheibe1 ist mit anderen Worten eine Windschutzscheibe, die in der gezeigten Ausführungsform in Einbaulage oben, an der Dachkante D auf die Dachscheibe 2 trifft, die beispielsweise als Panoramadachscheibe ausgeführt sein kann. Das Licht der Lichtquelle S trifft hinter der Frontscheibe im Innenraum auf das Armaturenbrett A auf und wird von dort unter Beibehaltung der Polarisationsanteile in Richtung der Dachscheibe 2 reflektiert und von dort wiederum reflektiert. Die fahrzeuginnenseitig an der Dachscheibe 2 auftretende Reflektion des Lichts wird von Benutzern U, meist Fahrzeuginsassen im hinteren Bereich des Fahrzeugs, meist als störend wahrgenommen. Die erfindungsgemäße Lösung sieht nun vor, dass die Frontscheibe 1 mindestens ein p-polarisierendes Element 6 umfasst und hierdurch das in das Fahrzeug 100 eintretende Licht einen höheren p-polarisierten Anteil aufweist und dann entsprechend als (vorwiegend) p-polarisiertes Licht auf das Armaturenbrett A trifft und unter Beibehaltung der höheren p-Polarisation in Richtung der Dachscheibe 2 reflektiert wird. In einer Ausführungsform des Fahrzeugsystems 100 ist das p-polarisierende Element 6 eine p-polarisierende Beschichtung 6 (in 2 gezeigt) oder eine p-Polarisationsfolie.
Alternativ oder zusätzlich kann ein p-polarisierendes Element 6 auf dem Armaturenbrett A vorgesehen sein (nicht dargestellt), so dass das von dort Richtung Dachscheibe 2 reflektierte Licht einen (nochmals) erhöhten p-Polarisationsanteil (p-pol) aufweisen kann.
Es hat sich gezeigt, dass erfindungsgemäß durch den erhöhten p-polarisierten Anteil des Lichts bei dem Einsatz eines erfindungsgemäßen p-polarisierenden Elements 6 der Frontscheibe 1 störende Reflektionen des Sonnenlichts S, insbesondere vom Armaturenbrett A, auf der Innenseite der Dachscheibe 2 deutlich vermindert oder sogar vermieden werden können. Solche störenden Reflektionen werden besonders von Fahrzeuginsassen U im hinteren Bereich des Fahrzeugs 100, also beispielsweise Personen auf der Rücksitzbank, wahrgenommen. Es hat sich gezeigt, dass dieser vorteilhafte Effekt besonders groß ist, wenn der Einfallswinkel α (apha) des Lichts auf der Innenseite der Dachscheibe nahe 60° (etwa +/- 20°) ist, was nahe dem Brewsterwinkel zwischen Glas und Luft liegt. Dies entspricht der Einbausituation in vielen Fahrzeugen. So wird der visuelle Komfort für Fahrzeuginsassen U durch eine verbesserte Durchsicht, frei oder nahezu frei von Reflektionen an der Innenseite der Dachscheibe 2, erheblich gesteigert.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Frontscheibe 2 eines Fahrzeugs 100 mit einem p-polarisierenden Element 6.
Die Frontscheibe 1 ist mit anderen Worten eine Windschutzscheibe mit einer Außenscheibe 3 und einer Innenscheibe 5, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 4 miteinander verbunden sind. In der thermoplastischen Zwischenschicht 4 ist in der gezeigten Ausgestaltung ein p-polarisierendes Element 6 angeordnet. Beispielhaft ist eine p-polarisierende Beschichtung 6 in der Schichtabfolge der Windschutzscheibe näher zum Fahrzeuginnenraum als zur Lichtquelle S angeordnet, beispielsweise auf der Oberfläche der Innenscheibe 5. Natürlich kann die p-polarisierende Beschichtung auf der Oberfläche der Außenscheibe 4 Verwendung finden, ohne dass hierdurch die Idee der Erfindung verändert werden würde. Die p-polarisierende Beschichtung 6 ist vorliegend im unteren Bereich der Frontscheibe zur Motorkante M angeordnet, sodass ein Großteil des Lichts, das auf das Armaturenbrett A trifft, zuvor die p-polarisierende Beschichtung 6 trifft. Die p-polarisierende Beschichtung 6 kann auch in einem größeren Bereich angeordnet sein als nur im unteren Bereich.
In 2 ist die p-polarisierende Beschichtung 6 auf der Innenscheibe 5 angebracht, zum Beispiel über ein PVD (physikalische Gasphasenabscheidung)-Verfahren. Alternativ kann das p-polarisierende Element 6 auch in Form einer Polarisationsfolie 6 ausgeführt sein und dann in die thermoplastische Zwischenschicht 4 eingebettet sein. Alternativ kann die p-polarisierende Beschichtung 6 auch auf einer Trägerfolie angeordnet sein und dann in die thermoplastische Zwischenschicht eingebettet sein. Es eignet sich dann zum Beispiel eine beschichtete PET-Folie.
Die p-polarisierende Beschichtung 6 lässt bevorzugt p-polarisiertes Licht passieren.
Die thermoplastische Zwischenschicht 4 verbindet die Außenscheibe 3 mit der Innenscheibe 5 und ist vollflächig zwischen den beiden Scheiben 3,5 angeordnet. Auch im Bereich der p-polarisierenden Beschichtung 6 ist die thermoplastische Zwischenschicht 4 angeordnet. Die thermoplastische Zwischenschicht 4 kann aus einer oder mehreren einzelnen Lagen bestehen.
Es hat sich gezeigt, dass die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung des p-polarisierenden Elements 6 bei Einfallswinkeln α (apha) des Lichts auf der Innenseite der Dachscheibe von ca. 60° (etwa +/- 20) besonders effektiv ist. Der Winkel α bezeichnet den Winkel zwischen der Normalen N zur Scheibenoberfläche (90 ° zur Ebene der Scheibenoberfläche) und der Lichteinstrahlung vom Armaturenbrett A (siehe 3).
4a zeigt ein Reflektionsdiagramm, welches sich aus einer optischen Computersimulation für eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt. Die mit der optischen Computersimulation untersuchte Dachscheibe 2 weist auf einer Oberfläche (Innenseite IV) eine Low-E-Beschichtung 7 auf (siehe 3). Der exemplarisch auf Transmissions- und Reflektionseigenschaften untersuchte Dachscheibenaufbau ist in Tabelle 1 wiedergegeben. Es zeigt sich, dass bei Einstrahlung p-polarisierten Lichts die auftretende Reflektion auf der Dachscheibe 2 bei einem Einfallswinkel des Lichts von 60° im Bereich von 400 nm bis 800 nm, also auch genau im sichtbaren Bereich des Spektrums, besonders gering ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das einstrahlende Sonnenlicht mittels eines p-polarisierenden Elements der Frontscheibe mit einer anteilig größeren p-Polarisationskomponente bereitzustellen. Das somit vorwiegend p-polarisierte Licht wird dann unter Beibehaltung der Polarisationsanteile (also vorwiegend p-polarisiert) des Lichts auf dem Armaturenbrett A Richtung Dachscheibe 2 reflektiert. Bei gewöhnlichen Geometrien in Fahrzeuginnenräumen, wie beispielhaft in 1 gezeigt ist, liegt der Einfallswinkel und damit auch der Reflektionswinkel auf der Innenseite der Dachscheibe bei ca. 60° (+/-20°). Da 60° nahe dem Brewsterwinkel zwischen Glas und Luft (ca 57°) liegt, wird das einstrahlende, p-polarisierte Licht auf der Dachscheibe nahezu nicht reflektiert und somit von einem Fahrzeuginsassen im Fond (im hinteren Bereich) nicht oder nur kaum wahrgenommen. Somit treten für Insassen auf der Rückbank keine oder kaum störende Reflektionen vom Armaturenbrett auf der Dachscheibe auf.

4b zeigt das entsprechende Reflektionsdiagramm aus der optischen Simulation mit einem identischen Dachscheibenaufbau, jedoch ohne p-Polarisierung, bzw. mit gleichen s-/ p-Polarisationsanteilen Lichts, das auf die mit der Low-E-Beschichtung versehenen Oberfläche der Dachscheibe trifft. Tabelle 1 Aufbau Dachscheibe mit Low-E-Beschichtung auf der Innenseite der Innenscheibe

Aufbau	Schicht	Schichtdicke
Low-E Beschichtung	SiO₂	50 nm
	Si₃N₄	9 nm
	ITO	72 nm
	SiO₂	15 nm
	Si₃N₄	30 nm
Innenscheibe 5	grau gefärbtes Kalk-Natron-Glas	2,1 mm
Zwischenschicht 4	dunkel getönte PVB	0,76 mm
Außenscheibe	Grün gefärbtes Kalk-Natron Glas	2,1 mm

Tabelle 2 Werte für Lichttransmission (TL) und innenraumseitige Reflektion (RL) ermittelt für einen Dachscheibenaufbau mit Low-E-Beschichtung auf der Innenseite IV durch optische Computer-Simulation

	[%]
TL (A) 0°	7,9
TL (A) 60°	4,2
TL (A) 60° s-pol	3.5
TL (A) 60° p-pol	4,8
RL (A) 8°	2.3
RL (A) 60° s-pol	13,7
RL (A) 60° p-pol	1,0
RL (A) 60°	7,3

Aus den ermittelten Werten ergibt sich, dass p-polarisiertes Licht bei einem Einfallswinkel von 60° einen Reflektionsgrad von 1,0 % aufweist, während Licht gemischter Polarisation bei gleichem Einfallswinkel mit 7,3 % reflektiert wird. Darüber hinaus ergibt sich aus den Werten, das p-polarisiertes Licht unter 60° stärker transmittiert wird als gemischt-polarisiertes Licht. Es ergibt sich also erfindungsgemäß noch vorteilhaft, dass die Visibilitätsrate (visibility ratio) bei 60° für p-polarisiertes Licht mit TL 60°/RL 60°=4,8 höher ist, als für gemischt polarisiertes Licht mit TL 60° /RL 60°= 0,6. Dies bedeutet, dass Fahrzeuginsassen im hinteren Fahrzeugbereich erfindungsgemäß eine bessere Durchsicht durch die Dachscheibe erhalten.
Es wurde ein Reflektionsdiagramm einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einer optischen Computersimulation erstellt, das hier nicht gezeigt ist. Die mit der optischen Computersimulation untersuchte Dachscheibe 2 weist den gleichen Aufbau wie die in Tabelle 1 auf, ist jedoch unbeschichtet. Der exemplarisch auf Transmissions- und Reflektionseigenschaften untersuchte Dachscheibenaufbau ist nochmals in Tabelle 3 wiedergegeben. Die Werte für die Reflektion und die Transmission sind in Tabelle 4 wiedergegeben.
Das Reflektionsdiagramm zeigte für p-polarisierte Strahlung über den gesamten simulierten Wellenlängenbereich von 400 nm bis 2500 nm einen Reflektionsgrad von 0 auf. Somit wird praktisch kein p-polarisiertes Licht von einer unbeschichteten Dachscheibe reflektiert.
Es wurde ein weiteres Reflektionsdiagramm, welches sich aus einer optischen Computersimulation für eine Dachscheibe 2 mit gleichem Aufbau wie in Tabelle 3, erstellt, das sich jedoch mit Licht gemischter Polarisation ergibt. Für den gesamten simulierten Wellenlängenbereich war die Reflektion von gemischt polarisiertem Licht konstant. Tabelle 3 Aufbau Dachscheibe ohne Beschichtung

Innenscheibe 5 VG 10 2,1 mm

thermoplastische Zwischenschicht 4 dunkel getönte PVB 0,76 mm

Außenscheibe TSA+3 2,1 mm

Tabelle 4 Werte für Lichttransmission (TL) und innenraumseitige Reflektion (RL) ermittelt durch optische Computer-Simulation für einen Dachscheibenaufbau ohne funktionelle Beschichtung auf der Innenseite IV

[%]

TL (A) 0° 8,0

TL (A) 60° 4,2

TL (A) 60° s-pol 3.4

TL (A) 60° p-pol 5,1

RL (A) 8° 4,2

RL (A) 60° s-pol 18,1

RL (A) 60° p-pol 0,2

RL (A) 60° 9,1
Es zeigt sich, dass für eine unbeschichtete Dachscheibe bei einem Einfallswinkel des Lichts von 60° im Bereich von 400 nm bis 800 nm, p-polarisiertes Licht nur zu 0,2 % reflektiert wird, während gemischt polarisiertes Licht mit 9.1 % einen wesentlich höheren Reflexionsgrad aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Frontscheibe
2: Dachscheibe
3: Außenscheibe
4: Zwischenschicht
5: Innenscheibe
6: p-polarisierendes Element
7: Low-E-Beschichtung
A: Armaturenbrett
S: Lichtquelle
U: Benutzer (Fahrzeuginsasse)
M: Motorkante
D: Dachkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20190241465 [0004]

Claims

Fahrzeugsystem für ein Fahrzeug (100) mit einer Dachscheibe (2) umfassend eine Frontscheibe (1) und ein Armaturenbrett (A), dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (1) und/oder das Armaturenbrett (A) mindestens ein p-polarisierendes Element (6) aufweist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, das das p-polarisierende Element (6) eine p-polarisierende Beschichtung oder eine Polarisationsfolie ist.
Fahrzeugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (1) eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs (100) ist und das p-polarisierende Element (6) nur in einem Teilbereich der Windschutzscheibe außerhalb, bevorzugt unterhalb, eines zentralen Sichtfelds angeordnet ist.
Fahrzeugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Dachscheibe (2) mindestens eine funktionelle Schicht, insbesondere eine Low-E-Beschichtung, eine Sonnenschutzbeschichtung, eine PDLC (polymer-dispersed liquid crystal)-Schicht oder eine EC (electrochrome)-Schicht aufweist.
Fahrzeugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das p-polarisierende Element (6) einen p-Polarisierungsanteil des Lichts von mindestens 65 %, bevorzugt von mindestens 85 %, und weiter bevorzugt von 95 % aufweist.
Fahrzeugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachscheibe (2) unter einem Winkel von 60 ° eine fahrzeuginnenseitige Reflektion von weniger als 6%, bevorzugt weniger als 3%, weiter bevorzugt von weniger als 2 % aufweist.