DE2709105A1

DE2709105A1 - Sicherheitsglasscheibe und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2709105A1
Application number: DE19772709105
Authority: DE
Original assignee: Triplex Safety Glass Co
Current assignee: Pilkington Automotive Ltd
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1977-09-15
Also published as: IE44634B1; SE422575B; CH618646A5; DK93977A; US4128690A; FI60696C; BE852130A; LU76892A1; IE44634L; JPS5622819B2; SE7702400L; DK155000B; NL7702346A; AT370704B; ATA144777A; DE2709105C2; NO770736L; FR2342946A1; GB1512163A; FI770683A

Description

078-26.583P(26.581H) 2. 3· 1977

TRIPLEX SAFETY ULASS COMPANY LIMITED, Birmingham (Großbritannien)

Sicherheitsglasscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von flachen oder gebogenen Scheiben aus thermisch vorgespanntem Glas, wie sie beispielsweise für Windschutzscheiben, Seitenoder Heckscheiben von Automobilen Verwendung finden.

Derartige Glasscheiben können durch Erhitzen der Scheibe auf eine Temperatur in der Nähe des Erweichungspunkts des Glases und anschließendes rasches Abschrecken der Glasscheibe vorgespannt werden, das durch direktes Aufleiten von Strahlen eines Abschreckmittels, üblicherweise von Luft, vorgenommen wird, die zugleich gegen beide Oberflächen der Glasscheibe geleitet werden. Das Kühlen der Oberflächen einer Glasscheibe in dieser Weise erzeugt vom Zentrum zur Oberfläche hin verlaufende Temperaturgradienten längs der Dicke der Glasscheibe, die aufrechterhalten werden, während

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das Glas unter seinen Erstarrungspunkt gekühlt wird, und die zur Erzeugung permanenter Druckspannungen in den Oberflächenschichten der Glasscheibe führen, wobei kompensierende Zugspannungen im Zentrum der Glasdicke entstehen. Der Grad der erzielten Vorspannung hängt von der Abschreckgeschwindigkeit ab und steigt mit steigender Abschreckgeschwindigkeit.

Die Abschreckstrahlen werden üblicherweise aus vielen Richtungen über die Oberflächen der Glasscheibe hin und her bewegt, um so eine gleichmäßig vorgespannte Glasscheibe zu erzeugen, bei der die Zugspannungen im Zentrum der Glasiicke in allen Richtungen der Ebene der Glasscheibe von gleicher Größenordnung sind, indem die örtlichen Kühlwirkungen der auf die Glasscheibe auftreffenden Abschreckstrahlen nivelliert werden.

Derartige durch Abschrecken mit Luft vorgespannte Glasscheiben weisen im allgemeinen ein Verhältnis von Oberflächendruckspannung zu zentraler Zugspannung von etwa 2:1 auf, weshalb der Grad der Vorspannung in einfacher Weise unter Bezug auf die zentrale Zugspannung in den Glasscheiben angegeben werden kann.

Beim Brechen derartiger gleichmäßig vorgespannter Glasscheiben entsteht eine Vielzahl Splitter ohne scharfe Kanten (im angelsächsischen Sprachgebrauch als 'dicing' bezeichnet).

Die Art, in der solche Glasscheiben zerbrechen, und insbesondere die Feinheit der dabei auftretenden Splitter hängen vom Grad der Vorspannung der Glasscheibe ab. Die Feinheit der Splitter steigt dabei mit steigendem Vorspannungsgrad.

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In den meisten Ländern bestehen behördliche Vorschriften hinsichtlich der Anforderungen an das Bruchverhalten vorgespannter Glasscheiben, die als

Seiten- oder Heckscheiben von Kraftfahrzeugen verwendet werden sollen.

Derartige Vorschriften legen typischerweise fest, daß die vorgespannten Glasscheiben durch einen lokalisierten Stoß an einer definierten Stelle der Glasscheibe, zwei besonderen Stellen am geometrischen Zentrum der Glasscheibe und in einer nahe am Rand der Scheibe liegenden Stelle gebrochen werden. Dabei wird weiter verlangt, daß die Bereiche der zerbrochenen Glasscheibe ausgewählt werden sollen, wo die gezählte Anzahl von Partikeln bzw. Scherben ein Minimum sowie, wo sie ein Maximum aufweist, wobei Grenzwerte bezüglich der minimalen und maximalen Scherbenzahl, die in derartigen Bereichen zulässig sind, vorgegeben werden. Die minimale zulässige Scherbenzahl legt die maximale Größe der von einem Bruch herrührenden Scherben fest, um die Verletzungsgefahr durch größere Partikel aufgrund von Glasbruch im Gefolge eines Unfalls zu begrenzen. Die maximal zulässige Scherbenzahl legt andererseits die minimale Feinheit der aus einem durch Unfall bedingten Bruch der Glasscheibe erzeugten Scherben fest, um die Gefahr der Aufnahme feiner Glasteilchen zu begrenzen.

Gegenwärtig werden Seiten- und Heckscheiben von Kraftfahrzeugen aus Glas von etwa 4,0 bis 6,0 mm Dicke hergestellt, die in der oben beschriebenen Weise zur Erfüllung der behördlich vorgeschriebenen Brucherfordernisse gleichmäßig vorgespannt werden können.

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So entsprechen beispielsweise Glasscheiben von 4 mm Dicke und darüber der vorgeschlagenen EG-Norm, auf die im folgenden Bezug genommen wird, wenn sie gleichmäßig vorgespannt sind und eine zentrale Zugfestigkeit im Be-

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reich von 55 MN/m bis 59 MN/m'~ aufweisen. Im Interesse

der Gewichtsverringerung besteht allerdings derzeit die Tendenz zur Verwendung dünnerer Glasscheiben von beispielsweise etwa 3*0 mm Dicke in Kraftfahrzeugen, wobei Scheiben im Bereich von 2,5 bis 3*5 mm Dicke von besonderem Interesse sind.

In der gegenwärtig noch in der Diskussion stehenden Europäischen Norm (EG-Norm) wird gefordert, daß die An-

zahl der Scherben in jedem 5x5 cm großen Gebiet außer einem 3 cm breiten Band längs der Glaskante und einem kreisförmigen Bereich von 7»5 cm Radius um den Punkt herum, von dem aus der Bruch eingeleitet wurde, mindestens 50 und höchstens 300 betragen soll.

Es erwies sich jedoch als sehr schwierig, derartige dünnere Glasscheiben so vorzuspannen, daß sie den behördlichen Bruchbestimmungen genügen. So wurde insbesondere festgestellt, daß die Schwierigkeit der Vorspannung von Glasscheiben von 3*5 mm Dicke oder darunter, die die behördlichen Bruchvorschriften erfüllen sollen, mit steigender Größe der Scheibe ansteigen. Die vorliegenden Schwierigkeiten sind bei Scheibengrößen über etwa 1100 mm χ 500 mm besonders augenfällig, wobei dies etwa die Größe der kleinsten Fahrzeugheckscheibe gegenwärtiger Produktion darstellt, Zahlreiche Seitenscheiben von Kraftfahrzeugen sind ferner von etwa der gleichen Größe oder größer. Darüber hinaus erwies es sich als nicht möglich, gleichmäßig vorgespannte Seiten- und Heckscheiben von etwa 3,0 mm Dicke nach der herkömmlichen Verfahrensweise durch Erzielung der Vorspan-

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nung mit Luft herzustellen, die den Erfordernissen der vorgeschlagenen EG-Norm bezüglich der minimalen und maximalen Scherbenzahl bei Bruch an den vorgeschriebenen Bruchpositionen entsprechen, insbesondere an der Stelle des geometrischen Zentrums der Glasscheibe. Wenn eine derartige Glasscheibe in der Weise gleichmäßig vorgespannt ist, daß sie den Erfordernissen der vorgeschlagenen EG-Norm hinsichtlich der minimalen Geherbenzahl entspricht, ist festzustel-

Grenze

len, daß die festgelegte bezüglich der maximalen Scherbenzahl dabei überschritten wird und umgekehrt.

Die vorgeschlagene EG-Norm enthält ferner die Forderung, daß die zerbrochene Glasscheibe keinerlei längliche Splitter mit ausgezackten Enden von mehr als 6 cm Länge aufweist (sog. 'splines'). Auch die Herstellung gleichmäßig vorgespannter Glasscheiben von etwa 3*0 mm Dicke, die diesen Forderungen entspricht, erwies sich bisher als unmöglich, da derartige Glasscheiben üblicherweise solche Bruchstücke liefern.

Die britische Norm Nr. B S 5282 'Road Vehicle Safety Glass¹ ist insofern weniger restriktiv als die vorgeschlagene EG-Norm, als sie für Glas unter k mm Dicke eine minimale Scherbenzahl von 40 in einem Bereich von 5 x 5 cm zuläßt und eine maximale Scherbenzahl im gleichen Bereich von 5x5 cm^ von 400 erlaubt. Die britische Norm verbietet ebenfalls grundsätzlich die Anwesenheit langer Scherben von mehr als 6 cm Länge im bruchgetesteten Glas. Durch strenge Kontrolle der existierenden Vorspannungsverfahren erwies es sich als möglich, gleichmäßig vorgespannte Glasscheiben von etwa 3,0 mm Dicke herzustellen, die den Erfordernissen der britischen Norm hinsichtlich der minimalen und maximalen Scherbenzahl entsprechen. Derartige genaue Kontrollen sind allerdings bei der routinemäßigen kommerziellen Herstellung derartiger Gläser nur außerordentlich schwierig durchzuführen.

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Die Hauptschwierigkeit bei der Erfüllung der Anforderungen der britischen Norm liegen allerdings darin, daß die zerbrochene Glasscheibe der Grundförderung entsprechen muß, daß keine länglichen Splitter auftreten können.

Der Erfindung liegt die Feststellung zugrunde, daß Glasscheiben der für die Seiten- oder Heckscheiben von Kraftfahrzeugen verwendeten Art, die 2,5 bis 3*5 mm dick sind, insbesondere Scheiben von 3 mm Dicke, in einer neuartigen Weise vorgespannt werden können, daß sie die behördlichen Bruchvorschriften beispielsweise der vorgeschlagenen EG-Norm erfüllen.

Die Erfindung gibt eine Sicherheitsglasscheibe von 2,5 bis 3,5 mm Dicke für Seiten- und Heckscheiben von Kraftfahrzeugen an, die durch differentielles Abschrecken eine Verteilung von Bereichen von mehr hoch vorgespanntem Glas aufweist, die mit Bereichen von weniger vorgespanntem Glas durchsetzt sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die mittlere zentrale Zugspannung in der Glasscheibe zwischen einem Maximalwert von 62 MN/m^H für alle Glasdicken von 2,5 bis 3,5 mm und einem Minimalwert von 56,5 MN/m² für 2,5 mm dickes Glas, der in umgekehrter Abhängigkeit von der Dicke für 3,5 nun dickes Glas auf 53 MM/m² absinkt, liegt, eine Verteilung von Bereichen in der Glasscheibe vorliegt, in denen die in der Scheibenebene wirkenden Hauptspannungen ungleich sind, die Hauptspannungsdifferenz in zumindest einigen dieser Bereiche einen Maximalwert von 8 bis 25 MN/m² aufweist, die größeren Hauptspannungen in benachbarten Bereichen, in denen die Hauptspannungsdifferenz maximal ist, in unterschiedlichen Richtungen verlaufen und der Ab-

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stand zwischen den Zentren solcher benachbarter Bereiche 15 bis 30 mm beträgt.

Vorgespannte Glasscheiben mit den obigen Eigenschaften erfüllen zumindest die offiziellen Bruchanforderungen für eine minimale Scherbenzahl von ho und eine maximale Scherbenzahl von 400 in einem Bereich von 5x5 cm²auf der gebrochenen Scheibe, wie dies beispielsweise in der britischen Norm BS 5282 vorgeschrieben ist. Derartige Glasscheiben entsprechen ebenso den Grundanforderungen der britischen Norm BS 5282, daß die gebrochene Glasscheibe keinerlei längliche Splitter aufweisen darf, die mehr als 6 cm Länge besitzen.

Die mittlere zentrale Zugspannung in der Glasscheibe kann im Bereich von einem Maximalwert von 59*5 MN/m für alle Glasdicken von 2,5 bis 3,5 mm bis zu einem Minimalwert von 58 MN/m² für 2,5 mm dickes Glas betragen, der umgekehrt mit der Dicke bis hinunter zu einem Minimalwert von 54,5 MN/m² für 3,5 mm dickes Glas variiert.

Derartige Glasscheiben erfüllen die strengeren behördlichen Bruchanforderungen für eine minimale Scherbenzahl von 50 und eine maximale Scherbenzahl von 300 in einer 5 x 5 cm Fläche auf der zerbrochenen Glasscheibe, wie dies beispielsweise in der vorgeschlagenen EG-Norm angegeben ist. Glasscheiben mit diesen Eigenschaften erfüllen üblicherweise auch die Forderung der vorgeschlagenen EG-Norm, daß die gebrochene Geheibe keine über 6 cm langen Splitter enthalten darf.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, daß eine regelmäßige Verteilung der oben definierten Bereiche mit mehr hoch vorgespanntem Glas vorliegt, die gleichmäßig mit Bereichen von weniger vorgespanntem Glas durchsetzt sind.

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Die Erfindung gibt ferner ein Verfahren zur Herstellung der Sicherheitsglasscheibe von 2,5 bis 3,5 mm Dicke, insbesondere zur Verwendung für Seiten- und Heckscheiben von Kraftfahrzeugen, durch Abschrecken einer Verteilung von Bereichen der Glasscheibe mit einer maximalen Geschwindigkeit, bei der eingesprengte Bereiche der Glasscheibe gleichzeitig mit einer minimalen Geschwindigkeit abgeschreckt werden, an, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die maximale Abschreckgeschwindigkeit und Größe und Abstand der Bereiche der Glasscheibe, die mit maximaler Geschwindigkeit abgeschreckt werden, so eingestellt werden, daß in der Glasscheibe eine mittlere zentrale Zugspannung erzeugt wird, die zwischen

einem Maximalwert von 62 MN/m für alle Glasdicken von 2,5 bis 3,5 mm und einem Minimalwert von 56,5 MN/m für 2,5 mm dickes Glas, der in umgekehrter Abhängigkeit von der Dicke für 3,5 mm dickes Glas auf 53 MN/m² absinkt, liegt, und daß in der Glasscheibe eine Verteilung von Bereichen erzeugt wird, in denen die in der Scheibenebene wirkenden Hauptspannungen ungleich sind, wobei die Hauptspannungsdifferenz in zumindest einigen der Bereiche einen Maximal-

wert von 8 bis 25 MN/m aufweist, die größeren Hauptspannungen in benachbarten Bereichen, in denen die Hauptspannungs- · differenz maximal ist, in unterschiedlichen Richtungen vorliegen und der Abstand zwischen den Zentren solcher benachbarter Bereiche 15 bis 30 mm beträgt.

Nach einer Ausführungsweice des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abschrecken dadurch vorgenommen, daß Abschreckntrahlen auf die Glasscheibe gerichtet; und einer vertikalen Hin- und Herbewegung unterworfen werden, wodurch die oben genannte Verteilung der mit maximaler Geschwindigkeit abgeschreckten Bereiche der Glasscheibe erzeuet wird.

Nach einor anderen Ausfilhrungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abschrecken in der V/eise, daß die Ab-

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schreckstrahlen auf die Glasscheibe gerichtet werden und dabei eine Kreisbewegung bzw. kreisförmige Hin- und Herbewegung ausfuhren, wodurch die obige Verteilung der mit maximaler Geschwindigkeit abgeschreckten Bereiche der

Glasscheibe erzeugt wird. Die Abschreckstrahlen können während der Abschreckdauer für eine vorbestimmte Zeit stationär gehalten werden.

Das Abschrecken kann ferner auch dadurch vorgenommen werden, daß stationäre Abschreckstrahlen auf die Scheibe gerichtet werden, wobei ebenfalls die obige Verteilung der mit maximaler Geschwindigkeit abgeschreckten Bereiche der Glasscheibe erzielt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger AusfUhrungsweisen unter Bezug auf die Zeichnung beispielhaft erläutert: es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenschnittansicht einer Vorrichtung zum Formbiegen und Vorspannen von Glasscheiben zur erfindungsgemäßen Herstellung vorgespannter Glasscheiben;

Fig. 2 eine detaillierte Schnittansicht der Hochdruck-Abschreckrahmen von vorn, die einen Teil der Vorrichtung von Fig. 1 darstellen;

Fig. 3 eine Detailansicht der Niederdruck-Abschreckkammern, die in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendbar sind, von vorn;

Fig. 4 einen Querschnitt an der Linie IV-IV von Fig. 3;

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Fig. 5 ein Bruchbild einer nach einer herkömmlichen Verfahrensweise vorgespannten 3 mm dicken Glasscheibe;

Pig. 6 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Brucheigenschaften der vorgespannten Glasscheibe von Fig. 5;

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Anzahl länglicher Splitter in der gebrochenen Glasscheibe von Fig. 5 J

Fig. 8 ein Bruchbild einer erfindungsgemäß differentiell vorgespannten Glasscheibe, die unter Verwendung von Hochdruck-Abschreckrahmen hergestellt wurde;

Fig. 9 ein Bruchbild einer erfindungsgemäß hergestellten differentiell vorgespannten Glasscheibe, die unter Verwendung von Niederdruck-Abschreckkammern hergestellt wurde;

Fig.10 ein Bruchbild einer erfindungsgemäß hergestellten differentiell vorgespannten Glasscheibe, die nach einer weiteren Verfahrensweise unter Verwendung von Hochdruck-Abschreckrahmen hergestellt wurde;

Fig.11 eine grafische Darstellung der Brucheigenschaften erfindungsgemäß hergestellter 3 mm dicker Glasscheiben, wie in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellt, die die erfindungsgemäßen Eigenschaften aufweisen;

Fig.12 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Anzahl länglicher Splitter von der mittleren zentralen Zugspannung, aus der hervorgeht, daß in den gebrochenen Glasscheiben der Fig. 8, 9 und 10 keine derartigen Splitter vorliegen;

Fig.13 eine grafische Darstellung ähnlich Fig. 11 für Scheiben von 2,5 bzw. 3,5 mm Dicke

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sov/ie

Fig. l4 eine grafische Darstellung ähnlich Fig. 12 für die Glasscheibe, deren Brucheigenschaften in Fig. 13 dargestellt sind.

Die Vorrichtung der Fig. 1 und 2 ist von herkömmlicher Art und umfaßt einen Ofen 1 zum Erhitzen einer Glasscheibe 2, die darin gebogen und vorgespannt werden soll. Über dem Ofen 1 befinden sich zwei Biegeformen 3 und 4; darüber sind zwei einander gegenüberliegende Luft-Abschreckrahmen 5 vorgesehen. Die Glasscheibe 2 wird in einer Zange 6 gehalten, die von einem Zangenträger 7 herabhängt. Der Zangenträger 7 ist seinerseits über Drähte 8 an einer herkömmlichen Hebevorrichtung aufgehängt.

Die Beheizung der mit dem Zangenträger 7 in den Ofen 1 eingehängten Glasscheibe 2 erfolgt durch Strahlung von Heizelementen 1', die an den aneinander gegenüberliegenden Wänden des Ofens 1 vorgesehen sind und der Glasscheibe 2 gegenüberstehen.

Die Biegeformen umfassen einen aufnehmenden Teil 3 und ein Gegenstück 4. Das aufnehmende Teil 3 umfaßt ein Rahmenrandteil 9 von konkaver Krümmung, das mit Justierschrauben 10 auf einer Rückplatte 11 montiert ist. Das Gegenstück 4 ist ähnlich aufgebaut wie das aufnehmende Formteil 3 und weist ein Rahmenrandteil 9' von konvexer Krümmung auf, das durch Justierschrauben 10' auf einer RUckplatte 11' angebracht ist. Die Rückplatte 11 des aufnehmenden Formteils 3 ist ihrerseits an einem OetatiRungsntempel 12, die Rückplatte 11' des Gegenstücks 4 an einem ähnlichen Betätigungsstempel 12' angebracht.

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/tr

Die Abschreckrahmen 5 sind vom Hochdrucktyp und umfassen vertikal angeordnete Versorgungsrohre 13 mit Abzweigungen l4, die über flexible Schläuche 15 mit der (nicht dargestellten) Luftversorgungseinrichtung verbunden sind. Die Versorgungsrohre 13 stehen mit Kopfstücken l6 in Verbindung, die mit einer Reihe mit Löchern versehener Rohre 17 verbunden sind, deren jedes eine Reihe voneinander beabstandeter öffnungen l8 über seine Länge aufweist. Bei der mit mehr Einzelheiten in Fig. 2 dargestellten Ausführung sind die Abschreckrahmen 5 in gliedartiger Form miteinander verbunden, wobei jeder einen Satz von Untereinheiten 19 aufweist, die ihrerseits jeweils eine Anzahl mit öffnungen versehener Rohre 17 tragen, die mit individuellen Kopfstücken l6 sowie einem Versorgungsrohr 13 verbunden sind, über das die Untereinheiten 19 versorgt werden, jede der Untereinheiten 19 ist, wie unter 20 in Fig. 1 dargestellt, an einem Gelenk drehbar befestigt. Die Untereinheiten 19 der Abschreckrahmen 5 können entweder in parallelen Ebenen oder in gekrümmter Anordnung zum Abschrecken der Glasscheibe 2 angeordnet werden, die nach dem Verlassen der, Ofens und vor dem Abschrecken zwischen den Formen 3 und 4 gebogen wurde.

In den Fig. 3 und 4 sind Einzelheiten von Niederdruck-Abschreckkästen 5 dargestellt, die alternativ zu den Hochdruck-Abschreckrahmen der Fig. 1 und 2 eingesetzt v/erden können. Jeder Niederdruck-Abschreckkasten 5 weist einen Verteiler 21 mit einer Frontplatte 22 auf, die in ihrer Krümmung der Krümmung der Glasscheibe nach dem Biegen entspricht. Eine Reihe von Abschreckdüsen 23 ist in die Frontplatte 22 eingesetzt und in der in Fig. 4 dargestellten Art wie bei einer Domino-Fünf gegeneinander versetzt.

Im Betrieb der Vorrichtung wird die Glasscheibe 2 vom Zangenträger 7, der sich in seiner unteren Stellung befindet,

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in den Ofen 1 eingehängt. Wenn die Glasscheibe 2 auf eine zum Biegen und nachfolgenden Abschrecken geeignete Temperatur aufgeheizt ist, wird der Zangenträger 7 angehoben und die Glasscheibe 2 in eine Stellung zwischen den offenen Biegeformen 3 und 4 gebracht. Die Formen 3 und 4 werden anschließend zur heißen Scheibe 2 hin geschlossen und biegen die Scheibe 2 zur gewünschten gekrümmten Form. Nach dem Biegen werden die Formen 3 und 4 geöffnet und der Zangenträger 7 weiter angehoben, wodurch die gebogene Glasscheibe 2 in eine Stellung zwischen den Abschreckrahmen 5 gehoben wird. Die Abschreckrahmen 5 sind üblicherweise so montiert, daß sie zur Positionierung der gebogenen Glasscheibe dazwischen zurückgezogen werden können und anschließend in die zum Abschrecken der Glasscheibe vorgesehene Position vorgeschoben werden.

Die Untereinheiten 19 der Rahmen 5 sind bereits gegenseitig so Justiert, daß ihre Anordnung der Krümmung der gebogenen Glasscheibe entspricht.

Die Glasscheibe wird durch die einzelnen Luftströme von den öffnungen 1.8 in den Rohren I7 der Abschreckrahmen 5 oder durch die Düsen 23 der Niederdruck-Abschreckkästen der Fig. und 4 abgeschreckt.

Beim herkömmlichen Vorspannverfahren von Glas mit Luft werden die Abschreckrahmen vom Hochdrucktyp, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, oder die Niederdruck-Abschreckkästen, die in den Fig. 3 und 4 angegeben sind, in zahlreichen Richtungen in Bezug auf die Oberflächen der Glasscheibe hin-und herbewegt, um so die Kühlgeschwindigkeit über die Oberflächen der Glasscheiben gleich zu machen. Eine gleichförmige Abkühlung der Oberflächen der Glasscheiben in dieser

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Weise führt zur Entstehung eines Temperaturgradienten vom Zentrum zur Oberfläche längs der Dicke der Glasscheibe, der aufrechterhalten wird, wenn das Glas unter den Erweichungspunkt abgekühlt wird. Dies führt zur Erzeugung einer gleichmäßigen Zugspannung im Zentrum der Glasdicke, die in allen Richtungen in der Scheibenebene von gleicher Größe ist. Dabei wird ferner eine kompensierende Druckspannung in den Oberflächen der Glasscheibe erzeugt, wobei das Verhältnis der in der Glasscheibe erzeugten zentralen Zugspannung zur Oberflächen-Druckspannung etwa 2:1 beträgt.

Die Intensität der einzelnen Luftströme wird dabei über den Druck der Druckluftversorgung so kontrolliert, daß der geforderte Vorspannungsgrad der Glasscheibe erzielt wird. Der zu erzielende Vorspannungsgrad ist dabei von dem Erfordernis bestimmt, daß bestimmte Brucheigenschaften der vorgespannten Glasscheibe erzielt werden müssen, um den unterschiedlichen behördlichen Normen, die in verschiedenen Ländern bestehen, zu genügen.

Eine derartige Norm ist die oben erwähnte vorgeschlagene Norm der Europäischen Gemeinschaft. Diese Norm legt fest, daß vorgespannte Glasscheiben, die zur Verwendung beispielsweise als Seiten- und Heckscheiben in Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, beim Bruch durch lokalisierten Stoß von einer definierten Position auf der Oberfläche der Glasscheibe, zwei bestimmten Positionen im geometrischen Mittelpunkt der Glasscheibe sowie einer Stelle am Rand der Scheibe in tJbereinstimmung mit bestimmten Kriterien brechen sollen. Dabei soll die Zahl der Partikel bzw. Scherben, die in quadratischen Feldern von 5 cm χ 5 cm Grüße über die gesamte Fläche der gebrochenen Glasscheibe mit Ausnahme eines J5 cm breiten Randbereichs um den Rand der Glasscheibe und eines kreisför-

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migen Bereichs von 7,5 cm Radius um den Punkt herum, von dem der Bruch ausging, einen Minimalwert von 50 Teilchen und einem Maximalwert von 300 Teilchen pro 5x5 cm² Fläche liefern. Die obige Norm fordert ferner, daß die gebrochene Glasscheibe keine Splitter länglicher Form mit gezackten Enden von mehr als 6 cm Länge liefern darf.

Es wurde festgestellt, daß es unabhängig vom Vorspannungsgrad des Glases nach herkömmlichen Vorspannverfahren mit Luft unmöglich ist, Glasscheiben von 3 mm Dicke so vorzuspannen, daß die vorgeschlagene EG-Norm für Seiten- und Heckfenster von Kraftfahrzeugen erfüllt werden kann, insbesondere, wenn diese von einem Bruchpunkt im geometrischen Mittelpunkt der Scheibe aus gebrochen werden.

Fig. 5 stellt ein Bruchbild einer derartigen 3 inm dicken Glasscheibe dar, die nach dem herkömmlichen Abschreckverfahren mit Luft, bei dem die Abschreckrahmen in zahlreichen Richtungen in Bezug auf die Oberflächen der Glasscheibe hin- und herbewegt wurden, gleichmäßig vorgespannt wurde. Die Glasscheibe wurde durch lokalisierten Stoß an der Bruchstelle des geometrischen Mittelpunkts der Glasscheibe gebrochen, v/obei die Ausbreitungsrichtung des Bruchs in Fig. 5 durch die Pfeile 2k angegeben ist. Beim Bruch der Scheibe bilden sich Splitter 25 von über 6 cm Länge, so daß derartige Glasscheiben den Anforderungen der vorgeschlagenen EG-Norm nicht entsprechen würden, nach der solche Splitter nicht vorkommen dürfen. Die minimale Partikelzahl der Glasscheibe erwies sich ferner als unter der Minimalzahl von 50 Partikeln pro 5 χ 5 cm Fläche liegend, die von der vorgeschlagenen EG-Norm vorgeschrieben wird.

Die Flg. 6 und 7 erPiuteru die Ergebnisse von Bruchversuchen an einer Reihe von Glasscheiben von J>,0 mm

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. jrff. 2 7 O 9 1 ü /fj

Dicke, die in derselben V/eise wie im Fall der Fig. 5 zu verschiedenen Vorspannungsgraden nach herkömmlichen Luft-Vorspannungsverfahren gleichmäßig vorgespannt worden waren.

In Fig. 6 ist die Abhängigkeit der auf einer Fläche

von 5x5 cm der Glasscheibe ermittelten Partikelzahl von

der mittleren zentralen Zugspannung im Glas dargestellt,

die nach einem mit einer Laserquelle arbeitenden Verfahren (vgl.

S. Bateson, J.W. Hunt, D.A. Dalby und N.K. Sinha, 'Stress Measurements in Tempered Glass Plates by Scattered Light Method with a Laser Source', Bulletin of the American Ceramic Society 45, Nr. 2 (I966), Seiten 193 - 198) gemessen wurde.

Der minimale (50) und maximale (300) Grenzwert der in der vorgeschlagenen EG-Norm spezifizierten Partikelzahl sind in Fig. 6 durch waagrechte gestrichelte Linien angegeben. Die Gerade A stellt die erhaltene maximale Partikelzahl, die Gerade B die minimale Partikelzahl dar. Für alle Werce der mittleren zentralen Zugspannung, die eine maximale Partikolzahl unter 300 liefern,liegt die minimale Partikelzahl unter 50. Wenn die Minimalzahl der Partikel Über 50 liegt, ist dio Maximalzahl an Partikeln andererseits größer als 300. Entsprechend gibt es keinen Wert der mittleren zentralen Zugspannung, bei der die Eigenschaften des Materials mit der vorgeschlagenen EG-Norm in Einklang stunden.

In Fig. 7 ist die Anzahl von Splittern über 6 cm Länge in derartigen gebrochenen Glasscheiben gegen die mittlere

zentrale Zugspannung in MM/m" angetragen; aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die mittlere zentrale Zugspannung größer

als etwa 5" MN/m sein muß, um sicherzustellen, daß keine derartigen länglichen Splitter beim Bruch der Glasscheibe

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entstehen. Die Partikel zahl bei einer Spannung von 58 MN/m² oder darüber liegt allerdings erheblich über 300.

Aus den Diagrammen der Fig. 6 und 7 geht hervor, daß es sich entsprechend als unmöglich erwies, Glasscheiben von 3 mm Dicke nach herkömmlichen Vorspannverfahren mit Luft in einer Weise vorzuspannen, daß die Forderungen der vorgeschlagenen EG-Norm erfüllt werden können.

Der minimale Grenzwert (4o) sowie der maximale Grenzwert (400) der Partikelanzahl, die nach der britischen Norm BS 5282 in einer Fläche von 5x5 cm² zulässig sind, sind in Fig. 6 durch die waagrechten strichpunktierten Linien angegeben. Glasscheiben mit einer zentralen Zugspannung innerhalb des Bereichs von etwa 56 bis 59,5 MN/m erfüllen die britische Norm in Bezug auf die zulässige Minimal- und Maximalzahl der entstehenden Partikel. Aus Fig. 7 geht allerdings hervor, daß die Anwesenheit von Splittern über 6 cm Länge in derartigen Glasscheiben bei der Erfüllung der entsprechenden Forderungen der britischen Norm problematisch sein kann. Lediglich die Glasscheiben mit einer zentralen Zugspannung im Bereich von 58 bis 59,5 MN/m entsprechen der zulässigen Minimal- und Maximalzahl an Partikeln der britischen Norm, wobei zugleich auch die Anwesenheit von Splittern über 6 cm Länge im gebrochenen Glas vollständig vermieden ist.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß Glasscheiben der beispielsweise als Kraftfahrzeug-Seitenoder Heckfenster verwendeten Art, die 2,5 bis ~5>5 mm und insbesondere 3 mm dick sind, so vorgespannt werden können, daß sie den offiziellen Brucherfordernissen beispielsweise der vorgeschlagenen EG-Norm entsprechen.

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Unter Verwendung der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 und durch geringe vertikale Hin- und Herbewegung der Hochdruck-Abschreckrahmen 5 lassen sich erfindungsgemäß differentiell vorgespannte Glasscheiben herstellen, die ein Bruchbild wie in Fig. 8 aufweisen. Die Position der öffnungen 18 in den mit öffnungen versehenen Rohren 17 der Abschreckrahmen 5 ist in Fig. 8 angegeben, wobei gegenüberliegende öffnungen 18 in den beiden Abschreckrahmen 5 direkt einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Abschreckrahmen 5 werden vertikal über eine dem Abstand zwischen benachbarten öffnungen 18 entsprechenden Distanz hin- und herbewegt; die öffnungen 1.8 sind in den Positionen dargestellt, die sie an den Grenzwerten der Hin- und Herbewegung der Abschreckrahmen 5 einnehmen.

Diese Verfahrensweise führt zu einer Verteilung lokalisierter Bereiche 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas, die von Bereichen 27 mit weniger vorgespanntem Glas durchsetzt sind.

Die Bereiche 28 der Glasscheibe, die sich horizontal zwischen den Bereichen 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas befinden, und die Bereiche 29 der Glasscheibe, die sich vertikal zwischen den Bereichen 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas befinden, werden dabei einer dazwischenliegenden Abkühlgeschwindigkeit ausgesetzt und weisen entsprechend eine mittlere Vorspannung auf. Normale Vorspannungen werden in jedem der Bereiche 26, 27, 28 und 29 der Glasscheibe in einem Ausmaß gebildet, das von der Abkühlgeschwindigkeit dieser Bereiche abhängt. In den mehr hoch vorgespannten Bereichen 26 wird eine hohe zentrale Zugspannung erzeugt, die in allen Richtungen in der Scheibenebene von gleicher Größe ist; in den weniger vorgespannten T3ereichen 27 wird eine niedrige zentrale Zugspannung hervorgerufen, zugleich werden

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in beiden Oberflächen der Glasscheibe kompensierende Druckspannungen erzeugt.

Die in den Bereichen 2!· und ?S der Glasscheibe erzeugten mittleren Vorspannungen stellen eine Kombination der normalen Vorspannungen gleicher Größe in allen Richtungen in der Scheibenebene und zusätzlichen Bereichsspannungen dar, die in den Bereichen 28 und 29 aufgrund der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten entstehen, mit denen die benachbarten Bereiche 26 und 27 abgekühlt und kontrahiert werden. Diese Bereichsspannungen sind nicht in allen Richtungen der Glasscheibenebene gleich groß. Die zentrale Zugspannung in den Bereichen 28 und 29 der Glasscheibe, die durch die kombinierte Wirkung der normalen Vorspannungen und der Bereichsspannungen bedingt ist, kann in ungleiche Hauptspannungen in der Scheibenebene, nämlich eine größere Hauptzugspannung und eine kleinere Hauptzugspannung, die rechtwinklig zur größeren Hauptzugspannung wirkt, zerlegt werden.

Wie durch die Pfeile "50 in Fig. 8 verdeutlicht wird, wirkt die größere Hauptzugspannung in den Bereichen 28 in zur Hin- und Herbewegungsrichtung der Abschreckrahmen 5 paralleler Richtung zwischen den Bereichen 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas. Die Pfeile ^l in den Bereichen 29 deuten an, daß die größere Hauptzugspannung in einer senkrecht auf der Richtung der größeren Ilauptzugsparmung in den Bereichen 28 stehenden Richtung wirkt, d.h. rechtwinklig zur Richtung der Hin- und Herbewegung der Abschreckrahmen 5·

Die Größe der in einer gebrochenen Ciasscheibe erzeugten Scherben hängt vom Grad der Vorspannung der Scheibe ab, wobei die Feinheit der Scherben allgemein mit steigendem Vorspannungsgrad ansteigt. Aus diesem Grund werden Partikel relativ kleiner Größe in den mehr hoch vorgespannten Bereichen 26

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erzeugt, während in den weniger vorgespannten Bereichen 27 größere Scherben entstehen und in den Bereichen 28 und 29 mit mittlerer Vorspannung Scherben mittlerer

Größe anfallen. Diese Verteilung kleiner, großer und mittlerer Scherben wird über die gesamte Oberfläche der gebrochenen Glasscheibe hin erzeugt, wodurch die Forderungen der behördlichen Normen im Hinblick auf die minimale und maximale Scherbenanzahl erfüllt werden können.

Wenn eine vorgespannte Glasscheibe gebrochen wird, verlaufen die Sprünge vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Richtung der größeren Hauptspannung im Glas. Dies geht aus Fig. 8 hervor, woraus zu erkennen ist, daß die Sprünge vorzugsweise senkrecht zur Richtung der größeren Hauptspannung 30 und 31 in den Bereichen 28 und 29 verlaufen und ihre Richtung zu den mehr hoch gespannten Bereichen 26 hin ändern, wo die kleinsten Scherben entstehen.

Da die größeren Hauptspannungen in benachbarten Bereichen 28 und 29 senkrecht aufeinander stehen, resultiert hieraus eine Art welliges Bruchbild, in dem die Größe der Bereiche 28 und 29 die maximale Länge der Scherben begrenzt, die beim Bruch gebildet werden können. Daher weist das Bruchbild der Fig. 8 keine länglichen Scherben oder Splitter der Art auf, die in radialen Bruchbildern von in herkömmlicher Weise gleichmäßig vorgespannten Glasscheiben wie etwa in Fig. 5 auftreten.

In Fig. 9 ist das Bruchbild einer erfindungsgemäß vorgespannten Glasscheibe dargestellt, die nach einem Verfahren unter Verwendung von Niederdruck-Abschreckkästen 5 wie in den Fig. 3 und h vorgespannt wurde. Bei diesem Verfahren werden die Abschreckkästen 3 stationär gehalten und die AbschreckdUsen 23 wie in Fig. 9 positioniert. Gegenüberliegende Düsen

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der beiden Abschreckkästen 5 werden dabei direkt einander gegenüberliegend angeordnet.

Dieses Verfahren führt zur Erzeugung einer Verteilung lokalisierter Bereiche 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas in der Glasscheibe im Bereich der Position der Blasdüsen Bereiche 27 von weniger vorgespanntem Glas werden in der Scheibe an den direkt zwischen den Düsen 23 gelegenen Stellen erzeugt. Bereiche 28 von Glas mit einer mittleren Vorspannung und in denen die Hauptspannungen ungleich sind, entstehen in Gebieten, die sich diagonal zwischen den Düsen 25 in einer Richtung befinden. In jedem der Bereiche 28 wirkt die größere Ilauptspannung in der durch die Pfeile 30 angegebenen Richtung.

Die Bereiche 29 der Scheibe, die r.ich diagonal zwischen den Düsen 23 in der anderen Richtung befinden, weisen ebenfalls eine mittlere Vorspannung und ungleiche Hauptspannungen auf, wie dies durch die Pfeile 31 angegedeutet ist. Die größere Hauptspannung 3I wirkt in jedem Bereich 29 in einer im wesentlichen senkrecht auf der Richtung der größeren Hauptspannung in den Bereichen 28 stehenden Richtung.

Fig. 10 erläutert das Bruchbild einer erfindungsgemäß vorgespannten Glasscheibe, die unter Verwendung der Hochdruck-Abschreckrahmen 5 der Fig. 1 und 2, jedoch unter Hin- und Herbewegung der Abschreckrahmen 5 auf Kreisbahnen, hergestellt wurde. Die Blasöffnungen l8 in den Abschreckrahmen sind in quadratischer Anordnung vorgesehen und bewegen sich auf Kreisbahnen 32 über die Oberflächen der Glasscheibe, wobei die Kreisbahnen 32 einen größeren Durchmesser aufweisen als der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen 18 beträgt, jedoch nicht notwendig von größerem Durchmesser sein müssen.

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Diese Verfahrensweise führt zur Erzeugung lokalisierter Bereiche 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas in der Scheibe an Stellen, wo eine maximale Überschneidung der Bahnen der Abschrecköffnungen 18 vorliegt. Bereiche 27 von weniger vorgespanntem Glas werden in der Scheibe an den zwischen den Bereichen 26 zwischengeschalteten Stellen erzeugt, wo nur eine minimale Überschneidung der Bahnen der Abschrecköffnungen l8 vorliegt.

An den horizontal zwischen den Bereichen 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas gelegenen Stellen werden Bereiche 28 von Glas mit ungleichen Hauptspannungen erzeugt. In jedem Bereich 28 erstreckt sich die größere Hauptspannung vertikal, wie dies durch die Pfeile 30 in Pig. IO angedeutet ist.

An den vertikal zwischen den Bereichen 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas gelegenen Stellen werden Bereiche 29 im Glas erzeugt, die ebenfalls ungleiche Hauptspannungen aufweisen. In jedem Bereich 29 erstreckt sich dabei die größere Hauptspannung horizontal,wie dies durch die Pfeile in Fig. 10 angedeutet ist, d.h. in einer auf der Richtung der größeren Hauptspannung in jedem der Bereiche 28 senkrecht stehenden Richtung.

Das Bruchbild der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Glasscheiben ähnelt dem der Scheibe von Fig. 8. Scherben relativ kleiner Größe entstehen in den Bereichen 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas, während größere Scherben in den weniger vorgespannten Bereichen 27 der Scheiben gebildet werden. Die Sprünge verlaufen vorzugsweise senkrecht zur Richtung der größeren Hauptzugspannung in den Bereichen und 29 der Glasscheiben. Das Bruchbild einer erfindungsgemäßen Glasscheibe hängt hauptsächlich von der mittleren

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zentralen Zugspannung in der Scheibe, den maximalen Ilauptspannungsdifferenzen in den Bereichen 2o und 29 der Scheibe sowie vom Abstand zwischen den Zentren benachbarter Bereiche 28 und 29 ab. Dieser Abstand χ ist in den Fig. 8, 9 und IO angegeben. Die oben genannten Faktoren, die entscheidend dafür sind, ob eine Glasscheibe den behördlichen Bruch anforderungen genügt oder nicht, können durch Einstellung entsprechender Verfahrensbedingungen beherrscht werden; hierzu gehören hauptsächlich Größe und Abstand der Blasöffnungen 18 in den Hochdruck-Abschreckrahmen der Fig. 1 und 2 oder der Blasdüsen 23 der Niederdruck-Abschreckkästen der Fig. 2 und 3, die lichte Weite zwischen den Abschreckrahmen oder -kästen, der an den Abschreckrahmen oder -kästen angelegte Preßluftdruck sowie im Fall der Hochdruck-Abschreckrahmen die Art der Hin- und Herbewegung der Rahmen.

Die in jeder Glasscheibe vorliegenden mittleren Zugspannungen wurden nach dem in der oben genannten Veröffentlichung ('Stress Measurements in Tempered Glass Plates by Scattered Light Method with a Laser Source', a.a.O.) beschriebenen Verfahren gemessen. Auf diese Weise kann eine Messung der zentralen Zugspannung in der Glasscheibe erzielt werden, die über die Dereiche 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas, die Bereiche

27 mit weniger vorgespanntem Glas und die Bereiche 28 und mittlerer Glasvorspannung gemittelt ist.

Die maximalen Hauptspannungsdifferenzen in den Bereichen

28 und 29 der Glasscheibe wurden nach dem sog. Senarmont-Verfahron gemessen, das in der Veröffentlichung von H. Rawson, ¹A Note on the Use of the Senarmont Method for Measuring Stress in Glass', Journal of the Society of Glass Technology, VoI XLII, Seiten II9T bis 124T, beschrieben ist.

Die nachstehenden Tabellen beziehen sich auf Beispiele von erfindungsgemäß vorgespanntem Glas, die nach folgenden

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- arf-

drei Verfahren hergestellt wurden:

Verfahren 1;

Es wurden vertikal hin- und herbewegte Hochdruck-Abschreckrahmen in der oben in Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise zur Erzielung von Spannungen im Glas wie bei Fig. ο erläutert herangezogen. Die Hochdruck-Abschreckrahmen wiesen eine rechtwinklige Anordnung von Abschrecköffnungen 18 auf.

Durchmesser der Abschrecköffnungen 18: 2 mm horizontaler Abstand der Abschrecköffnungen 18: 25 mm vertikaler Abstand der Abschrecköffnungen 18: 50 mm

Amplitude der vertikalen Hin- und Herbewegung der Abschreckrahmen: 50 mm.

Verfahren 2:

Dabei wurden feste Niederdruck-Abschreckkästen in der in Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschriebenen Weise zur Erzeugung von Spannungen im Glas wie bei Fig. 9 beschrieben verwendet. Die Niederdruck-Abschreckkästen hatten eine der Domino-Fünf entsprechende Anordnung der Abschreckdüsen ?3.

Durchmesser der AbschreckdUsen 23: 7 mm

horizontaler Abstand der AbschreckdUsen 23

(Abstand a, Fig. 3): 34 mm

vertikaler Abstand der AbschreckdUsen 23

(Abstand b, Fig. 3): ^¹J mm.

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Verfahren 3:

Es wurden Hochdruck-Abschreckrahmen wie in den Fig. l und 2 mit quadratischer Anordnung der Absohrecköffnungen 18 zur Erzeugung von Spannungen im 01as wie bei Flg. 10 beschrieben herangezogen.

Durchmesser der Abschrecköffnungen 18: 2 mm

horizontaler und vertikaler Abstand der Abschrecköffnungen 18: 32 mm

Durchmesser der Kreisbahnen, auf denen die Abschreokrahmen bewegt wurden: 80 mm

In jeder der nachstehenden Tabellen I, II und III sind die Eigenschaften der nach den Verfahren 1, 2 und 3 hergestellten Glasscheiben miteinander verglichen. In den Tabellen gibt die mit 'Hauptspannungsdifferenz' Uberschriebene Spalte die Differenz zwischen den Hauptspannungen in Bereichen an, wo die Differenz ein Maximum beträgt, wie dies bei den Bereichen 28 und 29 der in den Fig. 8, 9 und 10 erläuterten Glasscheiben der Fall ist.

Die mit 'Abstand χ zwischen Bereichen mit Hauptspannungsdifferenz' Uberschriebene Spalte bezieht sich auf den Abstand χ zwischen den Zentren benachbarter Bereiche 28 und 29, in denen die Hauptspannungsdifferenz maximal ist und in denen die Richtungen der größeren Hauptspannungen, wie in den Flg. 8, 9 und 10 dargestellt, im wesentlichen aufeinander senkrecht stehen.

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Tabelle I

Glasdicke: Glasgröße:

2,5 am

1100 χ 500 mm (rechtwinklige Scheiben)

Herstel lungsver fahren	Luftdruck , (N/m2 χ ΙΟ⁵)	Rahmen abstand (mm)	mittlere zentrale Zugspann UIg	Hauptspan nungsdiffe renz j, (MN/m²)	8	Abstand χ zwischen Be reichen mit Hauptspannungs- difTerenz (ι»ρη)	maxima le Par tikel zahl	mini male Parti kel zahl
1	460	60	(mn7«2)	22	8	28	250	40
!-Η	520	60	57,0	22	28	310	63 !
j 1	590	6θ	59,0	22	28	390	87 !
CVl	16,25	50	62,0	14	17 min (x.) 24 max (x£)	242	46
2	18,0	50	57,0	14	17 min (χ.) 24 max (x^)	285	60
ί ²	21,0	50	59,0	14	IJ min (X₁) 24 max (x£)	370	90
! 3	395	75	62,0	57.0 8	22	230	44
: 3	435	75	59,0	22	290	53
ι 3 ί	505	75	62,0	22	396	93

IO

O (D

cn

Tabelle II

Glasdicke:
Olasgröße:

3,0 mm χ 500 mm (rechtwinklige Scheiben)

Herstellung sver-

fahren

Luftdruck
(N/m² xlO³)

275

Kastenabstand (mm) mittlere zentrale Zugspannung (MN/m2)

54,5

Hauptspannungsdiffe renz

(MN/nr)

Abstand χ zwischen Bereichen mit Hauptspannungsdifferenz (mm)

22

28

maximale Partikel zahl

220

minimale Partikel zahl

42

310

367

430

8,0

9,0

10,5

12,5

225

56,0

22

28

250

59.0

22

28

320

62,0

22

28

398

54,5

H Sax

(Sj

56,0

16

max

225

59.0

16

17 min 24 max

280

62,0

16

17 min (χ.) 24 max (xi)

36O

100 54,5

22

205

65

9P_

120

43

60

81

110

40

	247	100	56,0	8	22	230	60
3	290	100	59.0	8	22	302	ί 76
3	360	100 j	62,0	8	22	j 385	I ⁹⁸

Tabelle III

Glasdiode: Glasgröße:

3*5 «am

1100 χ 500 mm (rechtwinklige Scheiben)

Herstel lungsver	Luftdruck , (N/m2 χ ίο⁵)	Kasten abstand	mittlere zentrale ZuficsnannunK	Hauptspan nungsdiffe renz _o	Abstand χ zwischen~Öe- reichen mit	maxima le Par-	minimale ί Partikel-
fahren	210	(mm)		(MN/m²)	Hauptspannungs differenz (mm)	tilcelabl	zahl !
1	240	75	53,0	22	28	195	40
1	295	75	55,0	22	28	210	56
1	345	• 75	I 59,0	22	28	305	90
1	6,5	75	62,0	22	28	365	133
: 2	7,5	65	53,0	16	17 min (X₁) 24 max (xi)	175	50
Ol	9,0	65	55,0	16	17 min C^^ j *q2L mA Y I Jt* 1**	200	58
2	10,25	65	59,0	16	17 min (Χι)	280 ι	85
2	150 ι	65	62,0 ;	16	17 min ■	370 I	120
3	170	100	53,0 ;	8 i	22	180 i	42
3	205	100 i	55,0 j	8 !	22	240 i	60
3	240	100 i	59,0 !	8 I	22 .	285 !	81
3	100	62,0	8	22 j	390	130 ;

Die Fig. 11 und 12 erläutern die Ergebnisse der Tabelle II, die sich auf 3 mm dicke Glasscheiben beziehen. In Fig. 11 ist die Partikelzahl in einer quadra-

tischen Fläche von 5x5 cm für Jede Glasscheibe gegen die mittlere zentrale Zugspannung im ungebrochenen Glas angetragen. Der minimale (50) sowie der maximale (500) Grenzwert der Partikelanzahl, die in der vorgeschlagenen EG-Norm vorgeschrieben sind, sind darin durch waagrechte gestrichelte Linien angegeben. Die Kurve A bezieht sich dabei auf die maximale Partikelanzahl, die Kurve B auf die minimale Partikelanzahl. Die beiden Kurven zeigen, daß die Forderungen der vorgeschlagenen EG-Norm bezüglich der minimalen und maximalen Partikelzahl für alle Werte der zentralen

Zugspannung vom Minimum von 55*5 MN/m bis zum Maximum von 59,5 MN/m² erfüllt werden.

In Fig. 12 ist die Anzahl der in Jeder der gebrochenen Glasscheiben aus Tabelle II vorliegenden länglichen Splitter gegen die mittlere zentrale Zugspannung im ungebrochenen Glas angetragen. Daraus ist festzustellen, daß längliche Splitter in den gebrochenen Glasscheiben lediglich bei Werten der mittleren zentralen Zugspannung unter 55 MN/m² vorliegen. In gebrochenen Glasscheiben mit einer mittleren zentralen

Zugspannung im Bereich von 55,5 bis 59,5 MN/m , die, wie aus Fig. 11 hervorgeht, die Forderungen der vorgeschlagenen EG-Norm bezüglich der minimalen und maximalen Partikelanzahl erfüllen, liegen dagegen keinerlei längliche Splitter vor.

Der minimale (i»0) sowie der maximale (4OO) Grenzwert der Partikelanzahl in einer quadratischen Glasfläche von 5x5 cm gemäß der britischen Norm BS 5282 sind in Fig.11 durch horizontale strichpunktierte Linien eingetragen. Glas-

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scheiben mit einer mittleren zentralen Zugspannung im Bereich von 54 bis 62 MN/m erfüllen die Anforderungen der britischen Norm. Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß lange Splitter über 6 cm Länge im Bruchbild von Glasscheiben mit einer zentralen Zugspannung über 55 MN/m nicht vorliegen. Daher erfüllen Glasscheiben mit einer zentralen Zugspannung im Bereich von 55 bis 62 MN/m auch die Erfordernisse der britischen Norm.

Dieser Bereich ist weiter und industriell erheblich leichter zugänglich als der Bereich von 58 bis 59,5 MN/m², innerhalb dessen, wie oben unter Bezug auf die Fig. 6 und 7 erläutert, zur Erfüllung der Anforderungen der britischen Norm gearbeitet werden muß, wenn Glasscheiben von 3 mm Dicke nach einem herkömmlichen Vorspannverfahren mit Luft gleiohmäßig vorgespannt werden.

Die Fig. 13 und 14 erläutern die Ergebnisse der Tabellen I und II, die sich auf 2,5 und 3,5 mm dicke Glasscheiben beziehen, die erfindungsgemäß vorgespannt wu»den.

In Fig. 13 ist die Partikelanzahl in einer quadratischen Fläche jeder Scheibe von 5x5 cm gegen die mittlere zentrale Zugspannung im ungebrochenen Glas angetragen.

Die Kurve A bezieht sich dabei auf die maximale Partikelzahl für beide Glasdicken von 2,5 und 3,5 mm; die Kurve B¹ stellt die minimale Partikelanzahl für 2,5 mm dicke Glasscheiben, die Kurve B² die minimale Partikelzahl für 3,5 mm dicke Scheiben dar. In Fig. 13 sind die sich aus der vorgeschlagenen EG-Norm sowie der genannten britischen Norm ergebenden minimalen und maximalen Partikelzahlen in derselben

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Weise wie oben eingetragen.

Die Erfordernisse der vorgeschlagenen EG-Norm bezüglich der Partikelanzahl werden von 2,5 mm dicken Glasscheiben mit einer mittleren zentralen Zugspannung im Bereich von 58 bis 59,5 MN/m² erfüllt.

In Fig. Ik ist die Anzahl der in 2,5 und 3,5 mm dicken Glasscheiben der Tabellen I und II nach Bruch vorliegenden länglichen Splitter gegen die mittlere zentrale Zugspannung im ungebrochenen Glas angetragen. Daraus ist ersichtlich, daß längliche Splitter in gebrochenen 2,5 mm dicken Glasscheiben lediglich bei Werten der zentralen Zugspannung unter 57 MN/m² auftreten, was unterhalb des Bereichs der zentralen Zugspannung von 58 bis 59,5 MN/m liegt, innerhalb dessen die Anforderungen der vorgeschlagenen EG-Norm bezüglich der Partikelanzahl erfüllt werden können.

Die Vorschriften der britischen Norm bezüglich der Partikelzahl werden für 2,5 mm dicke Glasscheiben erfüllt, die eine zentrale Zugspannung im Bereich von 56,5 bis 62 MN/m aufweisen; aus Fig. 14 ist ferner ersichtlich, daß bei der Mehrzahl derartiger Glasscheiben nach dem Bruch keine länglichen Splitter auftreten, da der Minimalwert der zentralen Zugspannung, bei dem derartige Splitter entstehen, wiederum 57 MN/m² beträgt.

Für den Fall 3,5 mm dicker Glasscheiben ist aus Fig. 13 ersichtlich, daß die Anforderungen der vorgeschlagenen EG-Norm bezüglich der Partikelanzahl für alle Werte der zentralen Zugspannung im nereich von 54,5 bis 59,5 MN/m erfüllt werden. Aus Fig. 14 geht hervor, daß in derartigen Glasscheiben nach dem Bruch keine länglichen Splitter vorliegen, da der

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Schwellenwert der zentralen Zugspannung, bei dem derartige Splitter auftreten, 53 MN/m² beträgt.

Aus Fig. 13 ist ferner ersichtlich, daß die Anforderungen der britischen Norm für 3,5 mm dicke Glasscheiben hinsichtlieh der Partikelzahl für Werte der zentralen Zugspannung im Bereich von 53 bis 62 MN/m² erfüllt werden.

Aus Fig. 14 ist zu ersehen, daß der Schwellenwert der zentralen Zugspannung für die Erzeugung von länglichen Splittern in derartigen Glasscheiben 53 MN/m beträgt, also derartige Glasscheiben beim Bruch keine solchen länglichen Splitter bilden.

Aus den in den Tabellen angeführten Ergebnissen geht hervor* daß die Anforderungen der vorgeschlagenen EG-Norm bezüglich der minimalen und maximalen Partikelzahl für Glasscheiben einer Dicke von 2,5 bis 3,5 mm durch das erfindungsgemäße Vorspannen der Glasscheibe dann erfüllt werden, wenn die mittlere zentrale Zugspannung zwischen einem Maximalwert von 59,5 MN/m für alle Glasdicken von 2,5 bis 3*5 mm und einem Minimalwert von 58 MN/m² für 2,5 mm dickes Glas, der in umgekehrter Abhängigkeit von der Dicke für 3,5 mm dickes Glas auf 54,5 MN/m² absinkt, liegt.

Beim Bruch derartiger Glasscheiben treten ferner generell keine länglichen Splitter auf.

Aus den obigen Ergebnissen int ferner zu entnehmen, daß die Vorschriften der britischen Norm BS 5282 hinsichtlich der minimalen und maximalen Partikel zahl durch erfindungsßemäßes Vorspannen von Glasscheiben einer Dicke von 2,5 bis 3,5 mm erfüllt werden, wenn die mittlere zentrale

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Zugspannung zwischen einem Maximalwert von 62 MN/m für alle Glasdicken von 2,5 bis 3,5 mm und einem Minimalwert

von 56,5 MN/m für 2,5 mm dickes Glas, der in umgekehrter Abhängigkeit von der Dicke für 3,5 mm dickes Glas auf 53 MN/m' absinkt, liegt.

Auch hier gilt generell, daß derartige Glasscheiben beim Bruch keinerlei längliche Splitter liefern.

Die Beispiele der Tabellen I, II und III zeigen, daß die Differenzen der maximalen Hauptspannung in den Bereichen der Glasscheiben, in denen die Hauptspannungen ungleich

sind, im Mittel im Bereich von 8 bis 22 MN/m liegen können. In der Praxis wurde festgestellt, daß der Mittelwert der Differenzen ι
tragen kann.

Differenzen der maximalen Hauptspannung bis zu 25 MN/m be-

Aus den Beispielen der Tabellen I, II und III geht ferner hervor, daß der Abstand zwischen benachbarten Gebieten der Glasscheiben, in denen die Hauptspannungen ungleich sind und wo die Hauptspannungsdifferenz einen Maximalwert besitzt, im Bereich von 17 bis 28 mm, gemessen zwischen den Zentren der benachbarten Bereiche, liegen kann. In der Praxis wurde festgestellt, daß der Abstand zwischen derartigen Bereichen zwischen 15 und 30 mm betragen kann.

Beim Abschrecken von Glasscheiben durch kreisförmiges Hin- und Herbewegen der Hochdruck-Abschreckrahmen der Fig.l und 2 gemäß Verfahren 3 können die Abschreckrahmen und damit die aus den Rahmen austretenden Abschreckstrahlen für eine vorbestimmte Zeltdauer während der Abschreckperiode stationär gehalten werden. Die Kreisbewegung kann für 1 oder 2 Sekunden nach Beginn der Abschreckperiode aufgeschoben werden. Dazu wurde festgestellt, daß sich hierdurch eine Steige-

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rung der mittleren zentralen Zugspannung und der Hauptspannungsdifferenz erzielen läßt; in einigen Versuchen wurde eine Steigerung der minimalen Partikelzahl festgestellt, die jedoch von loslner signifikanten Änderung der maximalen Partikelzahl begleitet war.

Bei diesen Versuchen wurden Glasscheiben von J>, O mm Dicke und 800 mm χ 800 mm Größe unter Verwendung der in den Flg. 1 und 2 dargestellten Abschreckrahmen vorgespannt.

Die Abschreckrahmen waren wie folgt aufgebaut: Durchmesser der Abschrecköffnungen 18: 2 mm

horizontaler und vertikaler Abstand der Absohrecköffnungen 18: 32 mm

Durchmesser der Kreisbahnen der Abschreckrahmen: J>2 mm

Druck der den Abschreckrahmen zugeführten , _o Preßluft: 248 . 1O^ N/nT

Abstand der Abschreckrahmen: 84 mm

Es wurden zwei Glasscheiben abgeschreckt; die erste Scheibe, Scheibe A, wurde dabei unter kreisförmiger Hin- und Herbewegung der Rahmen für eine Abschreckdauer von 12 s, die zweite Scheibe, Scheibe B, unter kreisförmiger Hin- und Herbewegung, die 1 s nach Beginn der Abschreokperiode von 12-s-Dauer begann, abgeschreckt.

Die erhaltenen Scheiben wiesen folgende Eigenschaften auf:

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Glas	mittlere zentrale Zugspan nung _o (MN/iT)	Hauptspan nungsdiffe renz _o (ΜΝ/πΤ)	Abstand x zwi schen Berei chen mit Haupb- spannungsdiffe- renzen (mm)	maximale Partikel zahl	minimale Partikel- zahl
A B	56,5 58,1	17,0 26,0	23 23	352 347	46 85

Aus den Ergebnissen geht hervor, daß die Einstellung der Bewegungsdauer der hin- und herbewegten Abschreckstrahlen innerhalb der gesamten Abschreckdauer eine Einstellung der Spannungsverteilung im Olas und damit der Brucheigenschaften innerhalb der vorbestimmten, spezifizierten Grenzwerte ermöglicht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Abschreckstrahlen während der ersten 0,5 s zum 'Anlaufen' der Glasoberflächen hin- und herbewegt werden, anschließend 1 oder 2 s stationär gehalten und erforderlichenfalls schließlich für den Rest der Abschreckdauer wieder hin- und herbewegt werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten und in den Fig. 8, 9 und 10 erläuterten Glasscheiben weisen eine regelmäßige Verteilung der Bereiche 26 mit mehr hoch vorgespanntem Glas auf, die gleichmäßig von Bereichen 27 mit weniger vorgespanntem Glas durchsetzt sind. Die Größe dieser Bereiche kann an verschiedenen Stellen der Scheibe in vorbestimmter Weise variieren, wobei die Verteilung dann nicht regelmäßig ist. Dies bedeutet, daß die Hauptspannungsdifferenz an verschiedenen dazwischenliegenden Bereichen 28 und 29 der Scheibe unterschiedlich ist. Diese Variationen beeinflussen das lokale Bruchverhalten der Scheibe und können zur Erzielung unterschiedlicher Brucheigenschaften an unterschiedlichen Stellen der Scheibe herangezogen werden.

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Eine Einstellung der Zeit der Hin- und Herbewegung der Abschreckstrahlen innerhalb der gesamten Abschreckdauer kann ferner auch dann angewandt werden, wenn das Glas durch vertikale Hin- und Herbewegung von Hochdruck-Abschreckrahmen wie nach Verfahren 1 abgeschreckt wird.

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HO

Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Sicherheitsglasscheibe mit einer Dicke von 2,5 bis 3,5 mm, die zur Erzielung von in der Scheibe verteilten Bereichen mit mehr hoch vorgespanntem Glas, die mit Bereichen von weniger vorgespanntem Glas durchsetzt sind, differentiell abgeschreckt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere zentrale Zugspannung in der Glasscheibe

zwischen einem Maximalwert von 62 MN/m für alle Glasdicken von 2,5 bis 3*5 mm und einem Minimalwert von 56,5 MN/m² für 2,5 mm dickes Glas, der in umgekehrter Abhängigkeit von der Dicke für 3,5 mm dickes Glas auf 53 MN/m² absinkt, liegt, eine Verteilung von Bereichen in der Glasscheibe vorliegt, in denen die in der Scheibenebene wirkenden Hauptspannungen ungleich sind, die Hauptspannungsdifferenz in zumindest einigen dieser Bereiche einen Maximalwert von 8 bis 25 MN/m aufweist, die größeren Hauptspannungen in benachbarten Bereichen, in denen die Hauptspannungsdifferenz maximal ist, in unterschiedlichen Richtungen verlaufen und der Abstand zwischen den Zentren solcher benachbarter Bereiche 15 bis 30 mm beträgt.

2. Sicherheitsglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere zentrale Zugspannung in der

Scheibe zwischen einem Maximalwert von 59,5 MN/m für alle Glasdicken von 2,5 bis 3,5 mm und einem Minimalwert von 58 MN/m² für 2,5 mm dickes Glas, der in umgekehrter Abhängigkeit von der Dicke für 3,5 mm dickes Glas auf 54,5 MN/m² absinkt, liegt.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Sicherheitsglasscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine regelmäßige Verteilung der Bereiche mit mehr hoch vorgespanntem Glas aufweist, die gleichmäßig mit Bereichen von weniger vorgespanntem Glas durchsetzt sind.

4. Verfahren zur Herstellung der Sicherheitsglasscheibe nach einem der Ansprüche 1-3 durch Abschrecken einer Verteilung von Bereichen der Glasscheibe mit einer maximalen Geschwindigkeit, bei der eingesprengte Bereiche der Glasscheibe gleichzeitig mit einer minimalen Geschwindigkeit abgeschreckt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abschreckgeschwindigkeit und Größe und Abstand der Bereiche der Glasscheibe, die mit maximaler Geschwindigkeit abgeschreckt werden, so eingestellt werden, daß in der Glasscheibe eine mittlere zentrale Zugspannung erzeugt wird, die zwischen

einem Maximalwert von 62 MN/m für alle Glasdicken von 2,5 bis 3,5 ram und einem Minimalwert von 56,5 MN/m für 2,5 mm dickes Glas, der in umgekehrter Abhängigkeit von der Dicke für 3,5 mm dickes Glas auf 53 MN/m² absinkt, liegt, und daß in der Glasscheibe eine Verteilung von Bereichen erzeugt wird, in denen die in der Scheibenebene wirkenden Hauptspannungen ungleich sind, wobei die Hauptspannungsdifferenz in zumindest einigen der Bereiche einen Maximalwert von 8 bis 25 MN/m² aufweist, die größeren Hauptspannungen in benachbarten Bereichen, in denen die Hauptspannungsdifferenz maximal ist, in unterschiedlichen Richtungen vorliegen und der Abstand zwischen den Zentren solcher benachbarter Bereiche 15 bis 30 mm beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken durch Aufleiten von Abschreckstrahlen auf die Glasscheibe vorgenommen wird, die zur Erzeugung der

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Verteilung der mit maximaler Geschwindigkeit abgeschreckten Bereiche der Glasscheibe vertikal hin- und herbewegt werden.

6. Verfahren nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken durch Aufleiten von Abschreckstrahlen auf die Glasscheibe vorgenommen wird, die zur Erzielung der Verteilung von mit maximaler Geschwindigkeit abgeschreckter Bereiche der Glasscheibe auf Kreisbahnen hin- und herbewegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckstrahlen für eine vorbestimmte zeit während der Abschreckdauer stationär gehalten werden.

8. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken durch Aufleiten stationärer Abschreckstrahlen auf die Glasscheibe zur Erzeugung der Verteilung von mit maximaler Geschwindigkeit abgeschreckten Bereichen der Glasscheibe vorgenommen wird.

9. Verwendung der Sicherheitsglasscheibe nach einem der Ansprüche 1-3 für Seiten- und Heckscheiben

von Kraftfahrzeugen.

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