DE2029181A1

DE2029181A1 - Wärmereflektierende, 20 bis 60 % des sichtbaren Lichtes durchlassende Fensterscheibe

Info

Publication number: DE2029181A1
Application number: DE19702029181
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 5810 Witten. P Groth
Original assignee: Flachglas Wernberg GmbH
Current assignee: Flachglas Wernberg GmbH
Priority date: 1970-06-13
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1971-12-23
Also published as: JPS5128091B1; CA928203A; CH556803A; DE2029181B2; BE768430A; NL150759B; FR2095232A1; GB1317368A; AT321533B; ES392088A1; US3781077A; FR2095232B1; NL7108021A

Description

PATENTANTE *⁰²⁹¹⁸¹ DR. ING. KARL BOEHMERT · DIPL-ING. ALBERT BOEHMERT

28 BREMEN · FELDSTRASSE 24 · TEL. (0421) 491760,442551

Postscheckkonto ι Hamfciurg 1260 83 Bankkonto: Bremer Bank, Bremen, Kto. 1001449

Deutsche Tafelglas

L 990 28 Bremen, den _{1?# Jtmi}

Deutsche Tafelglas Aktiengesellschaft Detag, Fürth i. Bay.

Wärmereflektierende, 20 bis 60 % des sichtbaren Lichtes durchlassende Fensterscheibe

Fensterscheiben aus einem transparenten Schichtträger mit einer wärmereflektierenden Goldschicht sind zur Verglasung von Gebäuden, Schienenfahrzeugen und Omnibussen bekannt und verhindern eine zu starke Erwärmung des Innenraumes durch Sonneneinstrahlung·

Fensterscheiben der angegebenen Art mit einer Goldschicht von einer Durchlässigkeit von etwa 30 bis 40 % des sichtbaren Lichtes haben sich bewahrt. Als störend wird jedoch die von außen gesehen goldgelbe Farbe der Scheiben empfunden und von dem Innenraum her die starke Spiegelwirkung. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bereits bekannt, die Goldschicht beiderseits in eine Entspiegelungsschicht aus ei.

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dielektrischen Material mit hohem Brechungsindex einzubetten. Es gelingt auf diese Weise, die Lichtdurchlässigkeit beträchtlich, etwa auf 70 %, zu erhöhen. Die Scheiben haben von außen gesehen eine angenehm wirkende gleichmäßige graublaue Farbe und zeigen vom Raum aus keine störende Spiegelung«

Für viele Verwendungszwecke, insbesondere zur Verglasung von Großraumbüros, in denen mit künstlichem Licht gearbeitet wird, ist es erwünscht, den Einfall des sichtbaren Lichtes auf etwa 20 bis 60 % zu reduzieren und gleichzeitig die Wärmeeinstrahlung der Sonne einzudämmen. Dies kann durch Verstärkung der Goldschicht erreicht werden, jedoch zeigt sich dann der erhebliche Nachteil, daß die Scheiben von außen gesehen einen ungleichmäßigen Farbeindruck aufweisen und in der Durchsicht wolkig wirken«

Diese Ungleichmäßigkeiten werden offensichtlich durch geringfügige Schwankungen in der Dicke der Schichten, insbesondere der beiden EntSpiegelungsschichten, hervorgerufen· Bei dieser Schichtenfolge sind die Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Schichten so hoch, daß man sie bei der Beschichtung größerer Flächen, wie das bei den Anwendungen praktisch immer der Fall ist, technisch nicht mehr beherrscht. Der Ausschuß würde in einem wirtschaftlich nicht mehr tragbaren Maße zunehmen.

Der Erfinder hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine wärmereflektierende Fensterscheibe zu schaffen, die etwa 20 bis 60 % des sichtbaren Lichtes durchläßt, Jedoch in gleicher Weise wie die vorbekannten

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Scheiben mit einer Lichtdurchlässigkeit von 70 % von außen gesehen eine angenehm wirkende neutrale graublaue Farbe hat und eine gleichmäßige spiegelungsfreie Durchsicht zeigt·

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Scheibe, deren Schichtträger auf der Außenseite des Gebäudes bzw. des Fahrzeuges angeordnet ist, dadurch erreicht, daß zwischen der Goldschicht und dem transparenten Schichtträger eine aus einem Metall, Halbmetall oder einer Metallegierung bestehende Absorptionsschicht solcher Dicke angeordnet ist, daß die Lichtdurchlässigkeit des aus dem transparenten Schichtträger und dieser Schicht bestehenden Verbundes um 10 bis 65 %, vorzugsweise um 15 bis 60 #, kleiner ist als die des transparenten Schichtträgers, wobei der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient dieser Schicht Im Bereich des sichtbaren Lichtes größenordnungsmäßig übereinstimmen, vorzugsweise annähernd gleich sind, während auf der anderen Seite der Goldschicht eine Antireflexschicht aus hochbrechendem dielektrischen, für sichtbares Licht im wesentlichen absorptionsfreien Material mit einem Brechungsindex von 5*1,7 angeordnet ist. Unter Brechungsindex und Extinktionskoeffizient werden hierbei die Größen η und k des durch die bekannte Gleichung-^f- η - ik definierten komplexen Brechungsindexes verstanden.

überraschenderweise gelingt es auf diese Weise, bei einer Scheibe mit einer Lichtdurchlässigkeit von nur 20 bis 60 % die störende Wolkigkeit der Scheibe sowohl im Anblick von außen als auch in der Durchsicht

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mit Sicherheit au vermeiden, gleichseitig beim blick von außen den erstrebten neutrales graublauen ö?on Ku erhalten und bei dem Durchblick vom Innenraum her jede Blendwirkung zu vermeiden· Diese vorteilhafte Wirkung läßt sich nur mit einer Absorptionsschicht erreichen^ die so dick ist, daß die Lichtdurchlässigkeit des aus dem transparenten Schichtträger und dieser Schicht bestehenden Yerbundes um wenigstens 10 % kleiner ist als die des transparenten Schichtträgers allein« Eine Schicht«· · dicke tod, der Größenordnung eines? Honosefeiefetg wie sie als Haftgrundlage für die Goldschicht an sich bekannt ist, wäre völlig unzureichend, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erzielen«

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Ibsorptionsschicht vorzugsweise aus Elementen der 4-· Periode des periodischen Systems mit den Ordnungszahlen 20 bis 28 oder aus Legierungen dieser Elemente untereinander oder mit anderen Elementen, ζ·Β· aus einer Chromnickel·» oder einer Ghrom-Eisen-Aluminiura-Legierung» Brechungsindex und Extinktionskoeffizient im Bereich des sichtbaren Lichtes stimmen nämlich bei diesen.Elementen der 4„ Periode des periodischen Systems größenordnungemäßig überein» Biese Materialien halben dalier im Bereiche des sichtbaren Lichtes kein hohes Reflexionsvermögen und ändern ihre spektrale Durchlässigkeit mit der Wellenlänge nicht ©rheblich. Besonders günstige Ergebnisse werden dabei erzielt, wenn das Verhältnis von Brechungsindex und Extink« tionskoeffisient zwischen 5 · ^ und 1 s 5 liegte

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Auch Legierungen mit hochreflektierenden Metallen 'wie Gold oder Silber können verwendet werden, solange nur Brechungsindex und Extinktionskoefliaient der Legierung in den oben angegebenen Grenzen liegen. Die Schichten können durch Kathodenzerstäubung odor Vakuumbedampfung auf dem transparenten Schichtträger aufgebracht werden· Dabei hat es sich bewährt, mit dem Bedampfung3verfahren eine Absorpbionsschicht aun einer Ghrom-Nickel-Legierung mit einer Zusammensetzung von 20 Gew.-% Chrom und 80 Gew.-^ Nickel aufzubringen.

Als Anbireflexschicht wird vorzugsweise ZnQ, gegebenenfalls aber auch TiC_P, CeÖ2, ^Bi2°3 ^un(i ^^2 ^ver~ wendeb·

Nach einer weiteren Ausfiihrungsform der Erfindung wird die AntireflQxschicht mit einer transparenten Schutzschicht, z.B. aus Lack, einer Quarzschicht o.dgl· abgedeckt'-oder nach Art einer Sicherheitsglasschoibe durch eine Zwischenschichb mit einer GLaadeckscheibe verbunden.

Die neue wärmereflektierende Scheibe kann ferner als Außenscheibe einer Doppelglasscheibe eingesetzt werden. Auch in diesem Falle sind die auf den transparenten Schichtträger aufgebrachten Schichten vor Beschädigungen geschützt _t da sie sich im Scheibenzwischenraum der Doppelglasscheibe befinden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aun :1er Beschreibung, in der die Erfindung in verschiödenon Außführungsbe!spielen dargestellt ist·

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Tn der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Wiedergabe der

erfindungsgemäßen wärmereflektiereriden Fensterscheibe quergeschnitten; und

Fig. 2 die spektralen Durchlässigkeits- und Reflexionskurven einer erfindungsgemäßen wärmereflektierenden Fensterscheibe für den Wellerilängenbereich von 400 m/U bis 2500 m,u.

Auf dem in Fig. 1 dargestellten transparenten Schichtträger 1 beispielsweise aus Silikatglas befind« b sich die Absorptionsschicht 2, die Ihrerseits von der Goldsohichb 3 bedeckt ist. Auf der Goldschicht befindet sich die Antireflexschichb 4. Die Absorptionsschicht besteht aus einer Chrom-Kiokel-Lägierung mib 20 Gew.-% Chrom und 80 Gev/.->6 ilickel und isb so dick, daß die Lichtdurchlässigkeit des aus dem transparenben Schichtträger 1 und der Absorpbionsschicht 2 bestehenden Teilverbundes um 1? % kleiner isfc als die Lichtdurchlässigkeit den bransparenben Schichtträgers allein. Die Dicke der Goldschichb hängb von der gewünschten Lichbdurchläaslgkeit der wärmereflekbierenden Scheibe ab und liegt allgemein ebv;a im Bereich von I50 - 4CO i. Die Antireflexschicht 3 bestehb aus ZnS und ist etv/a 400 α dick, so daß sie für eine Wellenlänge von etwa 550 ω,ιι als A/4-Schicht wirkt und damit eine beoonders gute Entspiegelungswirkung in d'im Bereiche des oichtbaren Lichtes auf v/eist, für den daa Augö am siiipfindlichsten ist. Beim Einbau der Scheibe wird ;j1o 30 in den Fensterrahmen oingesebat, datJ sich die Glaasjcheibe an der Außenseite""des Fensters befindet.

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Die in Fig«, £ wiedex'gegebene"Kurve (a) gibt die spektrale Durchlässigkeit einer wärmeref lektiereiiden Fensterscheibe nach der Erfindung für das Wellenlängengebiet von 400 m Ai bis 2^00 myü wieder. Me Durchlässigkeit ist in dem Wellenlängenbereich, für den das menschliche Auge am empfindlichsten ist, alao im Bereich von etwa 550 m/a, am höchsten. Su größeren Wellenlängen hin verringert sich die Durchlässigkeit sehr stark, so daß dei- infrarote Anteil der Sonnenstrahlung nur in sehr geringem Maße durch die Scheibe hindurchtreten kann.

Aus dem Verlauf der Kurve (b), welche die spektrale .Reflexion der Järmeschutascheibe von der Glasseite her wiedergibt, läßt sich erkennen, daß der langwellige, infrarote Anteil der Sonnenstrahlung sehr stark reflektiert wird. Im sichtbaren Bereich beträgt das Reflexionsvermögen von der an der Außenseite befindlichen Glasseite her etwa 14%. Dieses Reflexionsvermögen ist architektonisch sehr günstig _% da es auf. der einen Seite gewährleistet, daß die Fensterscheiben einen Betrachter des Gebäudes nielit au sehr blenden, auf der anderen Seite aber auch ein totes, mattes Aussehen der Fenster vermeidet.

Die in Fig. 2 wiedergegebene Kurve (c) gibt den spektralen Verlauf der Reflexion von der zur Innenseite des Fensters hin angeordneten Schichtseite wieder. Es fällt besonders auf, daß im Wellenlängengebiet von etwa 550 m /U, in dem das Auge seine höchste Hellempfindlichkeit besitzt, nur etwa 3 bis ¹V-Ja der einfallenden Strahlung reflektiert werden. Demgegenüber reflektiert eine unbeschielitate Klarglasscheibe etwa 8# des sichtbaren Lichtes. Die erfirtdungsgemäße wärmereflektieiende Fensterscheibe

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hat also van der Innenseite her eine wesentlich geringere Blendwirkung als eine gewöhnliche Klarglasschoibe·

Auaführungsbeispiel

In einer großtechnischen Bedampfungsanlage mit Verdampfereinrichtungen für daa Aufbringen von 3 Schichten wird eine Silikatglasplatte von 5 mm Dicke und einem Format von 2m χ 3 ffl angeordnet· · Nach dem Bestücken der ?erdampfersehiffehen mit einer Chrom-IIiokel-Leglöriing aus 80 G<öw.-$ Kickel und 20 §ew»**$s Chrom wird die= Anlage auf einen Druck von etwa 3 χ 10 Torr evakuiert. Anschließend wird die Olaeoberfl&ohG echt Miaust en lang durch eine Glimmentladung gereinigt mad von etwa am;aftenden '7aeserschichten befreit_o lael weiterem Evakuieren auf einen Druck von β χ W^' Torr werden die Schichten 2, 3 und 4 auf die Glasscheibe aufgedampft»

Durch das Aufdampfen der Chrom-Nickel-Legierung wird die LichtdurchlMssigkeit der Glasscheibe, die vor Beginn des Aufdampfens 90 5§ beträgt, auf 75 j)6 verringert· Ale nach dem Aufdampfen der @oldechioht aufgedampfte ZnS-3chicht iat etwa 400 $ dick.

Die so hergestellte wärmereflektier ©lad© Fensterscheibe zeigt folgende optische

Licht durchlässigkeit (bessogen euf

die Augenempfindliohkeit) 57

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Bef lexionevermögen von der Schichtseite (bexogen auf die Gesamtstrahlung der Sonne) 39 %

BefiexionsrsraSgen von der $laeseite (bezogen auf die Gesamtstrahlung der Sonne; 38 Jl

Durchlässigkeit (belogen auf die Gesamtstrahlung der Sonne) 35 %

Die Seheibe wird bei ihrer Verwendung so in einen fensterrahmen eingebaut, dafl die Glasscheibe sieh nach des Einbau außen befindet« Bei Betrachtung von der Gehaudeaußenseite her zeigt die Scheibe den gewünschten gleichnamigen, blaugrauen Farbton und läßt auch bei der Durchsicht von innen keine ungleichmäßigkeit en erkennen·

Demgegenüber erscheint eine »u Vexgleichssweeken unter denselben Bedingungen bedampfte Scheibe* bei der statt der Jhsorptionssehicht eine weitere ZeS-Sehicht aufgebracht wird und deren I>icSsfcdurtshl flüssigkeit durch entsprechende Verstärkung der (toldsehieht auf 55 % herabgesetst wird, nach des Einbau in der Durchsieht ungleichmäßig und stark fleckig·

2. Iu8fOhrungsbeispiel

Die ibsorptionsschicht aus einer Chro»-lSickel-«Iiegierung gleicher Zuiameeneetiuoe wi· i» erst*» Beispiel wird so dick auf die Glasplatte aufgedampft» daß die Liohtdurchläsaigkeit auf 62 Si abnimmt. AnschlieBend werden in der bereite geeohilderten weise Gold und dann ZnS als <3,/*-8ohieht aufgedampft.

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BAOORIStNAi

- ίο -

Die so erhaltene wäraereflektierende Fensterscheibe hat folgende optische Eigenschaften:

(bezogen auf die Hellespfi^dliobkeit des Auges)

der Bonne)

wendet_y welclie aas 25
mad 5 ßewe,*^ Miaiafea

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(f|€3
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3 5 2/siiu ÖA0 ORIGINAL,

Durchlässigkeit (bezogen auf die Gesamtstrahlung der Sonne)

Auch die nach Beispiel 2 und 3 hergestellten Scheiben zeigen nach den Einbau in einen Fensterrahmen in der Weise, daß sich die Glasscheibe außen befindet, von der Außenseite her einen angenehmen, gleichmäßigen blaugrauen Farbton und lassen von der Innesselte des .---ι -,es keinerlei Wolkenbildung oder Ungleichmäßigkeiten erkennen·

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und in den nachfolgenden Patentansprüchen offenbarten Merkaale des Anaeldungsgegenstandee können in Rahmen der Erfindung sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander verwendet werden·

109852/1590 BAD ORiGNtSI^i Φ-Μ

Claims

Al-

Ansprüche

(iy Uär«er«flektierende_t 20 bis 60 % des sichtbaren Lichtes durchlassende Fensterscheibe aus eine» transparenten Schichtträger «it einer wäraereflefctierenden Goldßchicht, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Schichtträger sich nach des Einbau der Scheibe außen befindet und daß zwischen der Goldsohicht und de« transparenten Schichtträger eine aus eines Metall« Halhaetall oder einer Metalllegierung bestehende ibsorptionsschicht solcher Dicke angeordnet ist, daß die Lichtdurchläseigkeit des aus dea transparenten Schichtträger und dieser Schicht bestehenden Verbundes üb 10 bis 65 %% vorzugsweise üb 15 bis 60 %_% kleiner ist als die des transparenten Schichtträgers, wobei der Brechungsindex und der Extinktionskoeffizient dieser Schicht la Bereich des siohtbaren Lichtes größenordnungeaäßig übereinatiaeen, vorsugsweise annähernd gleich sind, während auf der anderen Seite der Goldechicht eine intireflexechicht aus hochbreche&dea dielektrische η _t für sichtbares Licht la wesentlichen abeorptionsfreien Material alt eine» Brechungsindex Ton 7 angeordnet ist·

2· Väraeschutsscheibe nach Anspruch 1_V dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptioneeobleht roriugsweise aus Eleaenten der 4· Periodt des periodischen

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Systems mit den Ordnungszahlen 20 bie 28 oder aus Legierungen dieser Elemente untereinander oder Bit anderen Siebenten, z.B. aus einer Chromnickel- oder einer Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung, besteht.

3. VärBescbutzecheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten durch _ Vakuumbedampfung auf den transparenten Schichtträger aufgebracht sind.

4. Väraeschutzacheibe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht aus einer Chrom-Nickel-Legierung Bit einer Zusammensetzung von 20 Gew.-% Chrom und 80 Gew.-5f Nickel besteht.

5» Väraeschutzscheibe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexschicht in an sieh bekannter Weise aus ZnS besteht.

6. Väraeachutzscheibe nach eines oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexsehicht Bit einer transparenten Schutsschicht, z.B. aus Lack, einer Quarzschicht o.dgl. abgedeckt oder nach Art einer Sicherheitsglas β ehe ib β durch eine Zwischenschicht Bit einer Glasdeckscheibe verbunden ist*

7. Doppelglasscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Värmezchutzecheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 die Außenecheibe der Doppelglasecheibe ist.

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