DE2709105C2

DE2709105C2 - Einscheiben-Sicherheitsglas für die Seiten- und Heckfenster von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2709105C2
Application number: DE2709105A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: TRIPLEX SAFETY GLASS CO Ltd BIRMINGHAM GB
Current assignee: TRIPLEX SAFETY GLASS CO Ltd BIRMINGHAM GB
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1984-03-29
Also published as: DK93977A; SE422575B; ES456553A1; US4128690A; AT370704B; DK155000C; NO143936B; JPS52121620A; NL7702346A; NO770736L; DE2709105A1; BE852130A; IT1073294B; FI60696B; IE44634B1; LU76892A1; ZA771305B; SE7702400L; FR2342946A1; CH618646A5

Description

2. Einscheiben-Sicherheitsglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Zugspannung im Scheibenkern bei 2_,5 mm dicken Scheiben 58 bis 59,5 MN/rn-¹ und bei 3,5 mm dicken Scheiben 54,5 bis 59,5 MN/m² beträgt.

3. Einschelben-Sicherheitsgii· nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschied-Hch gehärteten Scheibenbereiche (26 bis 29) über die gesamte Scheibe in gleichmäßiger Verteilung angeordnet sind.

25

Für die Seiten- und Heckfenster von Kraftfahrzeugen wurden bisher thermisch relativ gering vorgespannte Glasscheiben von ca. 4,0 bis 6,0 mm Dicke eingesetzt. Die Härtung bzw. Vorspannung dieser Scheiben erfolgte durch Abschrecken von bis in die Nähe des Erweichungspunktes erwärmten Glasscheiben in bewegter Luft, die aus Rahmen oder Kästen durch eine Vielzahl von kalibrierten Düsen gegen die beiden Oberflächen der erwärmten Scheibe geblasen wurde. Um ein durch Normen vorgeschriebenes Bruchverhalten der Glasscheiben zu erhalten, ging man bei diesen relativ dicken Glasscheiben von dem Grundsatz einer möglichst gleichmäßigen Vorspannung der gesamten Scheibe aus, was durch Bewegen der Blasrahrnen bzw. -kästen auf vorbestimmten Bahnen erreicht wurde, um eine größere Verteilung der auf die Glasschelbenoberflächen auftreffenden Luftstrahlen zu erreichen. Auf diese Weise hergestellte Glasscheiben von 4 mm Dicke und darüber entsprechen beispielsweise der E.C.E.-Nöfffl (Standard of the Economic Commission of Europe), wenn sie über die gesamte Schelbenfläche hinweg gleichmäßig vorgespannt sind und eine zentrale Zugfestigkeit Im Bereich von 55 MN/m¹ bis 59 MN/m² aufweisen. Diese Scheiben zerbrechen In eine Vielzahl kleiner Scherben, die die Durchsieht beeinträchtigen. Aus Gründen der Gewichtseinsparung der Kraftfahrzeuge wurde von den Abnehmern jedoch Einscheiben-Sicherheitsglas von geringerer Dicke im Bereich von 2,5 bis 3,5 mm gewünscht. Scheiben in diesen Dickenbereichen konnten jedoch nach dem vorstehend genannten herkömmlichen Verfahren mit gleichmäßiger Verteilung der Zugspannungen nicht hergestellt werfen, weil sie in ihrem Bruchverhalten die bestehenden Normen nicht mehr erfüllen konnten. In den vorgeschriebenen Bruchprüfungen konnten bei Vermeidung zu langer Einzelscherben die unteren und oberen Grenzen der Anzahl der Krümel nicht eingehalten werden.

Bei Einscheiben-Sicherheitsglas für die Front-Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen ist es z. B. aus der DE-AS 12 56 845 und den DE-OS 15 96 436 bzw. 18 08117 bekannt, bestimmte Scheibenzonen insbesondere im Durchsichtbereich des Fahrers geringer als die sie umgebenden Bereiche vorzuspannen, um bei einem für derartig vorgespanntes Sicherheitsglas typischen Bruch sogenannte Sichtfelder zu erhalten. Diese geringer gespannten Bereiche zerfallen bei einem Scheibenbruch in relativ große Scherben, die eine ausreichende Durchsicht gewährleisten. Die Größe dieser Scherben übersteigt jedoch die tür Seiten- und Heckscheiben vorgegebenen Normgrenzen. Die über die Scheibenfläche in bestimmter Verteilung angeordneten Zonen unterschiedlicher Härtung werden durch eine entsprechende Verteilung der Blasdüsen und/oder durch gezielte Hin- und Herbewegungen der BlaskS^ten bzw. der Blasrahmen sowie durch selektives Abschirmen der Glasscheibe gegen die Düsenstrahlen erreicht. Windschutzscheiben weisen jedoch normalerweise eine Dicke von 5 bis 6 mm auf. Bei Scheibendicken von 2,j bis 3,5 mm ergeben sich Schwierigkelten, well vergrößerte Änderungen im Verhältnis zwischen der Spannung und dem Bruchlinienverlauf auftreten, wenn die Scheibendicke unter 0,4 mm liegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einscheiben-Sicherheitsglas für die Selten- und Heckfenster von Kraftfahrzeugen zu schaffen, deren Bruchverhalten hinsichtlich Scherbenlänge und Krümelanzahl bei verringerter Scheibendicke den zu beachtenden Normen entspricht.

Diese Aufgabe wird erflndungsgeiiiäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruch;; 1 gelöst.

Die Erfindung stellt eine Abkehr von der bisher geltenden Meinung dar, nach welcher dünnere Sicherheitsglasscheiben wegen der Gefahr von unbeabsichtigten Scheibenbrüchen möglichst gleichmäßig über die gesamte Schelbenfläche vorgespannt sein sollten. Es wurde die besondere Bedeutung der sich In den Zwischenbereichen von mittlerer Härte bzw. Vorspannung in verschiedenen Rfihtungen ausbildenden Hauptzugspannungen Im Scheibenkern für das Bruchverhalten einer dünnen Glasscheibe erkannt. Wesentlich für die Erzielung der erfindungsgemäß angestrebten Wirkungen ist neben der Einhaltung von relativ engen Grenzwerten für die durchschnittliche Zugspannung im Scheibenkern entsprechend der jeweiligen Scheibendicke die maximale Differenz der beiden zueinander senkrecht stehenden Hauptzugspannungen In jedem Zwischenbereich, die erfindungsgemäß bei 8 bis 25 MN/m² Hegt. Bei einem Bruch der Scheibe verlaufen dann die Sprünge Im jeweiligen Zwischenbereich etwa senkrecht zu der größeren Häuptspafsnung. Da In benachbarten Zwischenbereichen diese größeren Hauptspannungen In unterschiedlichen Richtungen verlaufen, ergeben sich gekrümmte bzw. bogenförmige Bruchlinien, well diese Bruchllnlen jeweils senkrecht zu den Richtungen der jeweiligen Hauptzugspannunger. In diesen benachbarten Zwischenbereichen liegen. Bei einem Abstand der Zentren solcher benachbarter Zwischenbereiche mittlerer Härte von 15 bis 30 mm wird ein Einscheiben-Sicherheitsglas erhalten, das

im Standard-Bruchtest den vorgeschriebenen Anforderungen bezüglich einer Krümelzahl von minimal 40 bis maximal 400 und einer Länge der Einzelscherben von < 6 cm genügt.

Einscheiben-Sicherheitsglas gemäß dem Patentanspruch 2 erfüllt die strengeren Bruchanforderungen der E.C.E.-Norm für eine minimale Krümelzahl von 50 und eine maximale Krümelzahl von 300 in einer 5 χ 5-cm²-Fläche der erbrochenen Glasscheibe und für das Fehlen von Einzelscherben über 6 cm Länge. m

Gemäß Anspruch 2 wird eine regelmäßige Verteilung der höher vorgespannten Bereiche mit den geringer vorgespannten Bereichen bevorzugt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsweisen unter Bezug auf die Zeichnung beispielhaft erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Biegen und Vorspannen von erfindungsgemäßem Einscheiben-Sicherheitsglas;

Flg. 2 eine detaillierte Ansicht eines Hochdruck-Abschreckrahmens;

Flg.3 eine Detailansicht einer N.cderdruck-Abschreckkammer,

Fig. 4 einen Ausschnitt IV-IV in Fig. 3;

Fig.5 ein Bruchbild einer gleichmäßig vorgespannten Glasscheibe von 3 mm Dicke;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Brucheigenschaften der vorgespannten Glasscheibe nach Fig. 5;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit jo der Scherbenanzahl der gebrochenen Glasscheibe von Fig. 5;

Fig. 8 ein Bruchbild einer erfindungsgemäß vorgespannten Glasscheibe unter Verwendung von hin- und herbewegten Hochdruck-Abschreckrahmen;

Fig. 9 ein Bruchbild einer erfindungsgemäß hergestellten vorgespannten Glasscheibe unter Verwendung von Niederdruck-Abschreckkammern;

Fig. 10 ein Bruchbild einer erfindungsgemäß vorgespannten Glasscheibe unter Verwendung von krelsbogenförmig bewegten Hochdruck-Abschreckrahmen;

Fig. 11 eine graphische Darstellung Oer Brucheigenschaften von erfindungsgemäß vorgespannten 3 mm dikken Glasscheiben;

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Anzahl länglicher Scherben von der mittleren zentralen Zugspannung;

Flg. 13 und 14 graphische Darstellungen entsprechend Fig. 11, 12 für Scheiben von 2,5 bzw. 3,5 mm Dicke.

Die Vorrichtung der Fig. 1 und 2 umfaßt einen Ofen 1 zum Erhitzen einer Glasscheibe 2, über dem zwei Biegeformen 3, 4 und darüber zwei einander gegenüberliegende Luft-Abschreckrahmen 5 vorgesehen sind. Die Glasscheibe 2 v/ird In einer Zange 6 gehalten, die von einem Zangenträger 7 herabhängt. Der Zangenträger 7 Ist seinerseits über Drähte 8 an einer Hebevorrichtung aufgehängt. Die Beheizung der mit dem Zangenträger 7 In den Ofen 1 eingehängten Glasscheibe 2 erfolgt durch Strahlung von Heizelementen Γ, die an gegenüberliegenden Wänden des Ofens 1 vorgesehen sind und der Glas- so scheibe 2 gegenüberstehen. Die Biegeformen umfassen eine Matrize 3 mit einem konkaven Rahmen, der mit Justierschrauben 10 auf einer Rückplatte 11 montiert ist. Die Patrize 4 Ist ähnlich aufgebaut und weist einen konvexen Rahmen 9' auf, der durch Justierschrauben 10' auf einer Rückplatte 11' angebracht Ist. Die Rückplatten 11 und 11' sind an Betätigungsstempeln 12, 12' befestigt.

Die Hochdruck-Abschreckrahmen 5 umfassen vertikale Versorgungsrohre 13 mit Anschlüssen 14 für flexible Druckluftschläuche 15. Die Versorgungsrohre 13· münden in Kopfstücken 16, die mit Rohren 17 verbunden sind, deren jedes voneinander beabstündete Düsen 18 aufweist. Bei der Ausführung nach Fig. 2 bestehen die Abschreckrahmen 5 aus Untereinheiten 19, die jeweils mehrere Düsenrohre 17, zwei Kopfstücke 16 sowie zwei Versorgungsrohre 13 umfassen. Die Untereinheiten 19 sind an Gelenken 20 drehbar befestigt und können entweder in parallelen Ebenen oder in einer bogenförmigen Anordnung zum Abschrecken von gebogenen Glasscheiben 2 angeordnet werden.

Die Niederdruck-Abschreckkästen 5 nach Fig. 3, 4 können statt der Hochdruck-Abschreckrahmen nach Fig. 1, 2 eingesetzt werden. Jeder Abschreckkasten 5 weist einen Verteiler 21 mit einer Frontplatte 22 auf, die in ihrer Krümmung der Krümmung der gebogenen Glasscheibe entspricht. Abschreckdüsen 23 sind In der Frontplatte 22 in der in Flg. 3 gezeigten Art gegeneinander versetzt angeordnet.

Wenn im Betrieb die srn Zan^enträger 7 hängende Glasscheibe 2 auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt ist, wird der Zangenträger 7 angehoben und die Glasscheibe 2 zwischen den Biegeformen 3 und 4 gebogen. Nach dem Öffnen der Formen 3 und 4 wird die gebogene Glasscheibe 2 zwischen die Abschreckrahmen 5 angehoben, welche zur Positionierung der gebogenen Glasscheibe zurückgezogen und anschließend in die zum Abschrecken der Glasscheibe vorgesehene Position vorgeschoben werden können. Die Glasscheibe wird durch die Luftströme der Düsen 18 in den Rohren 17 der Abschreckrahmen 5 oder der Düsen 23 der Abschreckkästen der F i g. 3, 4 abgeschreckt.

Beim herkömmlichen Vorspannen von Glasscheiben mit Luft werden die Abschreckrahmen oder -kästen in zahlreichen Richtungen hin- und herbewegt, um die Kühlgeschwindigkeit über die Oberflächen der Glasscheiben gleichzumachen. Eine gleichförmige Abkühlung der Glasscheiben führt zu einem Temperaturgradienten über die Scheibendicke und führt zur Ausbildung einer gleichmäßigen Zugspannung Im Scheibenkern, die in allen Richtungen in der Scheibenebene von gleicher Größe ist. Gleichzeitig entsteht eine kompensierende Druckspannung in den Oberflächen der Glasscheibe, wobei das Verhältnis der zentralen Zugspannung zur Oberflächen-Druckspannung etwa 2 : 1 betragt.

Es wurde festgestellt, daß es unabhängig vom Vorspunnungsgrad des Glases nach herkömmlichen Vorspannverfahren mit Luft unmöglich Ist, Glasscheiben von 3 mm Dicke so vorzuspannen, daß die Norm-Vorschriften für Seiten- und Heckfenster von Kraftfahrzeugen erfüllt werden können. F i g. 5 zeigt ein Bruchbild elrt.· Glasscheibe von 3 mm Dicke, die nach dem herkömmlichen Abschreckverfahren mit Luft unter Bewegung der Abschreckrahmen In zahlrelciirn Richtungen gleichmäßig vorgespannt wurde. Die Glasscheibe wurde durch lokalisierten Stoß an der Bruchstelle des geometrischen Mittelpunkts der Glasscheibe gebrochen, wobei die Ausbreitungsricntung des Bruchs in Flg. 5 durch die Pfeile 24 angegeben 1st, Beim Bruch der Scheibe bilden sich Splitter 25 von über 6 cm Länge, so daß derartige Ginsscheiben den Anforderungen der E.C.E.-Norm nicht entsprechen. Die minimale Krümelzahl lag unter der vorgeschriebenen Minimalzahl von 50 Partikeln pro 5x5 cm² Fläche.

Die Flg. 6 und 7 zeigen Ergebnisse von Bruchversuchen mit Glasscheiben von 3,0 mm Dicke, die auf herkömmliche Welse mit verschiedenen Vorspannungsgra-

den gleichmäßig vorgespannt wurden. In Flg. 6 Ist die Abhängigkeit der auf einer Fläche von 5x5 cm¹ 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. Slnha, »Stress Measurements In Tempered Glass Plates by Scattered Light Method with a Laser Source«, Bulletin of the American Ceramic Society 45, Nr. 2 (19661, Selten 193 bis 198) gemessen wurde. Der minimale (50) und maximale (300) Grenzwert der In der E.C.E.-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 Werte der mittleren zentralen Zugspannung, die eine maximale Partikelzahl unter 300 liefern, liegt die minimale Partikelzahl unter 50. Wenn die Minimalzahl der Partikel über 50 liegt, Ist die Maximalzahl an Partikeln andererseits größer als 3(X). Entsprechend gibt es keinen Wert der mittleren zentralen Zugspannung, bei der die Eigenschaften des Materials mit der E.C.E.-Norm in Einklang stünden.

In Fig. 7 ist die Anzahl von Scherben oder Splittern über 6 cm Länge dieser gebrochenen Glasscheiben gegen die mittlere zentrale Zugspannung in NM/m^! angetragen. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die mittlere zentrale Zugspannung größer als etwa 58 MN/m¹ sein muß, um sicherzustellen, daß keine zu langen Splitter entstehen. Die Partikelzahl bei einer Spannung von 58 MNVm' oder darüber liegt allerdings erheblich über 300.

Nach den Diagrammen der Fig. 6 und 7 Ist es unmöglich. Glasscheiben von 3 mm Dicke nach herkömmlichen Vorspannverfahren mit Luft in einer \.eise vorzuspannen, daß die Forderungen der E.C.E.-Norm erfüllt werden können.

Der minimale Grenzwert (40) sowie der maximale Grenzwert (400) der rartikcizänl, die nach der britischer! 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/m² 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 Ober 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/m² entsprechen der zulässigen Minimai- und Maximalzahl an Partikeln der britischen Norm, wobei zugleich auch die Anwesenheit von Splittern über 6 cm Länge im gebrochenen Glas vollständig vermieden ist.

Unter Verwendung der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 und durch geringe vertikale Hin- und Herbewegung der Hochdruck-Abschreckrahmen 5 lassen sich erfindungsgemäß difference!! vorgespannte Glasscheiben herstellen, die ein Bruchbild gemäß Fig. 8 aufweisen. Die Position der Düsen 18 1st in Fig. 8 angegeben, wobei die sich entsprechenden Düsen 18 in den beiden Abschreckrahmen 5 direkt gegenüberliegend angeordnet sind. Die Abschreckrahmen 5 werden vertikal Ober eine dem Abstand zwischen benachbarten Düsen 18 entsprechenden Distanz hin- und herbewegt. Die Düsen 18 sind in den Endposilionen ihrer Hin- und Herbewegung dargestellt.

Diese Verfahrensweise führt zu einer regelmäßigen Verteilung von hoch vorgespannten Bereichen 26 und von weniger vorgespannten Bereichen 27. Seitlich zwischen zwei benachbarten hoch vorgespannten Bereichen 26 befinden sich Zwischenbereiche 28. Weitere Zwischenbereiche 29 erstrecken sich vertikal zwischen je zwei hoch vorgespannten Bereichen 26. Die Zwischenherelche 28 und 25¹ werden einer mittleren Kühlwirkung ausgesetzt und weisen daher eine mittlere Vorspannung auf. Die Vorspannungen In jedem der Bereiche 26 bis 29 hängen unmittelbar von der AbkOhlgeschwlndlgkelt dieser Bereiche ab. In den hoch vorgespannten Bereichen 26 wird eine hohe zentrale Zugspannung erzeugt, die in allen Richtungen In der Scheibenebene von gleicher Größe ist. In den gering vorgespannten Bereichen 27 wird eine entsprechend kleinere zentrale Zugspannung erzeugt. In beiden Oberflächen der Glasscheibe entstehen gleichzeitig kompensierende Druckspannungen.

Die In den Zwischenbereichen 28 und 29 der Glasscheibe erzeugten mittleren Vorspannungen stellen eine Kombination der nunViäicri Vorspannungen gleiche: Größe in allen Richtungen In der Scheibenebene und zusätzlichen Bereichsspannungen dar, die In den Zwischenbereichen 28 und 29 aufgrund der unterschiedlichen AbkUhlgeschwlndlgkelten entstehen, mit denen die benachbarten Bereiche 26 und 27 abgekühlt und kontrahiert werden. Diese Berclchsspannungen sind nicht In allen Richtungen der Glasscheibenebene gleich groß. Die zentrale Zugspannung In den Zwischenbereichen 28 und 29 dfci Glasscheibe, die durch die kombinierte Wirkung der normalen Vorspannungen und der Bereichsspannungen bedingt Ist, kann in ungleiche Hauptzugspannungen in der Schelbeneöcne, nämlich eine größere Haupizugspannung und eine kleinere Hauptzugspannung, die rechtwinklig zur größeren Hauptzugspannung wirkt, zerlegt werden.

Wie durch die Pfeile 30 in Flg. 8 verdeutlicht wird, wirkt die größere Hauptzugspannung In jedem Zwischenbsreich 28 in zur Hin- und Herhewegungsrichtung der Abschreckrahmen 5 paralleler Richtung zwischen den Bereichen 26 mit mehr hoch vorgespanntem Gias. Die Pfeile 31 In den Zwischenbereichen 29 deuten an, daß die größere Hauptzugspannung in einer senkrecht auf der Richtung der größeren Hauptzugspannung in den Zwischenbereichen 28 stehenden Richtung wirkt, d. h. rechtwinklig zur Richtung der Hin- und Herbewegung der Abschreckrahmen 5.

Die Größe der In einer gebrochenen Glasscheibe erzeugten Scherben hängt vom Grad der Vorspannung der Scheibe ab, wobei die Feinheit der Scherben allgemein mit steigendem Vorspannungsgrad ansteigt. Aus diesem Grund werden kleine Krümel in den hoch vorgespannten Bereichen 26 erzeugt, während in den weniger vorgespannten Bereichen 27 größere Scherben entstehen und In den Zwischenbereichen 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 Normen im Hinblick auf die minimale und maximale Scherbenanzahl erfallt werden können.

Wenn eine ungleichmäßig vorgespannte Glasscheibe z.B. gemäß Fig. 8 gebrochen wird, verlaufen die Sprünge im wesentlichen senkrecht zur Richtung der größeren Hauptzugspannung Im Glas. F i g. 8 ist zu entnehmen, daß die Sprünge vorzugsweise senkrecht zur Richtung der größeren Hauptzugspannung 30 und 31 in den Zwischenbereichen 28 und 29 verlaufen und ihre Richtung zu den hoch gespannten Bereichen 26 hin ändern, wo die kleinsten Scherben entstehen.

Da die größeren Hauptzugspannungen in benachbarten Zwischenbereichen 28 und 29 senkrecht aufeinander stehen, resultiert hieraus eine Art welliges Bruchbild, In dem die Größe der Zwischenbereiche 28 und 29 die maximale Länge der Scherben begrenzt, die beim Bruch gebildet werden können.

In Flg. 9 Ist das Bruchblld einer erfindungsgemäß vorgespannten Glasscheibe dargestellt, die unter Verwendung von Niederdruck-Abschreckkästen 5 nach Flg. 3, 4 vorgespannt wurde. Bei diesem Verfahren werden die Abschreckkästen S stationär gehalten und die Abschreckdüsen 23 wie In Flg. 9 positioniert. Gegenüberliegende Düsen 23 der beiden Abschreckkästen 5 werden dabei direkt einander gegenüberliegend angeordnet. Hoch vorgespannte Bereiche 26 entstehen Im Bereich der Blasdüsen 23, und die weniger vorgespannten Bereiche werden an den zwischen den Düsen 23 gelegenen Stellen erzeugt. Zwischenbereiche 28 und 29 mit mittlerer Vorspannung und ungleichen Hauptzugspannungen entstehen in diagonal zwischen den Düsen 23 befindlichen Zonen. In :o jedem Zwischenbereich 28, 29 wirkt die größere Hauptzugspannung In der durch die Pfeile 30, 31 angegebenen Richtung. Die größere Hauptzugspannung 31 wirkt In jedem Bereich 29 in einer Im wesentlichen senkrecht auf der Richtung der größeren Hauptspannung 30 in den Bereichen 28 stehenden Richtung.

Flg. 10 zeigt das Bruchbild einer vorgespannten Glasscheibe, die unter Verwendung von auf Kreisbahnen hin- und herbewegten Hochdruck-Abschreckrahmen 5 nach Flg. 1, 2 vorgespannt wurde. Die Düsen 18 In quadrat!- scher Anordnung bewegen sich auf Kreisbahnen 32 von größerem Durchmesser, als der Abstand zwischen benachbarten Düsen 18 beträgt.

Die hoch vorgespannten Bereiche 26 entstehen an Stellen einer maximalen Überschneidung der Düsen-Bahnen, und die gering vorgespannten Bereiche 27 werden In Zonen gebildet, in denen sich die Bahnen der Abschrecköffnungen 18 nicht überschneiden.

In den horizontal zwischen benachbarten Bereichen 26 gelegenen Zonen entstehen die Zwischenbereiche 28 mit ungleichen Hauptzugspannungen, von denen die jeweils größeren Hauptzugspannungen in Richtung der Pfeile 30 verlaufen. Vertikal zwischen benachbarten Bereichen 26 entstehen die Zwischenbereiche 29, die ebenfalls ungleiche Hauptzugspannungen aufweisen. In jedem ZwI-schenberelch 29 erstreckt sich die größere Hauptzugspannung 31 horizontal und senkrecht zu den Hauptzugspannungen 30 der Zwischenbereiche 28.

Das Bruchverhalten der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Glasscheiben entspricht dem der Scheibe nach Fig. 8. Relativ kleine Scherben entstehen In den Bereichen 26, während größere Scherben In den gering vorgespannten Bereichen 27 gebildet werden. Die Sprünge verlaufen vorzugsweise senkrecht zur Richtung der größeren Hauptzugspannung In den Zwischenbereichen 28 und 29. Das Bruchbild einer erfindungsgemäßen Glasscheibe hängt hauptsächlich von der mittleren zentralen Zugspannung in der Scheibe, den maximalen Hauptzugspannungsdifferenzen in den Bereichen 28 und 29 der Scheibe sowie vom Abstand zwischen den Zentren benachbarter Bereiche 28 und 29 ab. Dieser Abstand χ ist in den Flg. 8, 9 und 10 angegeben. Die oben genannten Faktoren, die entscheidend dafür sind, ob eine Glasscheibe den Norm-Anforderungen genügt oder nicht, können durch Einsleiiung entsprechender Verfahrensbedingungen & beherrscht werden: hierzu gehören hauptsächlich Größe und Abstand der Blasdüsen 18, 23 in den Abschreckrahmen oder Abschreckkästen der F i g. 4, die lichte Weite zwischen den Abschreckrahmen oder -kästen, der Luftdruck sowie bei Abschreckrahmen die Art ihrer Hin- und Herbewegung.

Die in jeder Glasscheibe vorliegenden mittleren Zugspannungen wurden nach dem In der Veröffentlichung »Stress Measurements In Tempered Glass Plates by Scattered Light Method with a Laser Source«, a. a. O. beschriebenen Verfahren gemessen. Auf diese Weise können Durchschnittswerte der zentralen Zugspannung in der Glasscheibe erzielt werden, die über alle Bereiche 26 bis 29 gemlttelt sind.

Die maximalen Hauptspannungsdifferenzen In den Bereichen 28 und 29 der Glasscheibe wurden nach dem sogenannten Senarmont-Verfahren gemessen, das In der Veröffentlichung von H. Rawson, »A Note on the Use of the Senarmont Method for Measuring Stress In Glass«, Journal of the Society of Glass Technology, VoI XLII. Selten 119T bis 124T, beschrieben ist.

Die nachstehenden Iabellen beziehen sich auf BeI-spiele von erfindungsgemäß vorgespanntem Glas, die nach folgenden drei Verfahren hergestellt wurden:

Verfahren 1:

Es wurden vertikal hin- und herbewegte Hochdruck-Abschreckrahmen zur Erzielung von Spannungen im Glas gemäß Flg. 8 verwendet, die eine rechtwinklige Anordnung von Blasdüsen 18 aufwiesen.

Durchmesser der Blasdüsen 18: 2 mm

horizontaler Abstand der Blasdüsen 18: 25 mm

vertikaler Abstand der Blasdüsen 18: 50 mm Amplitude der vertikalen Hin- und

Herbewegung der Abschreckrahmen: 50 mm.

Verfahren 2

Dabei wurden feste Niederdruck-Abschreckkästen gemäß Fig. 3, 4 zur Erzeugung von Spannungen im Glas, wie bei Flg. 9 beschrieben, verwendet. Die Abschreckkästen halten eine der Domino-Fünf entsprechende Anordnung der Blasdüsen 23.

Durchmesser der Blasdüsen 23: 7 mm

horizontaler Abstand der Blasdüsen 23

(Abstand a. Flg. 3): 34 mm

vertikaler Abstand der Blasdüsen 23

(Abstand b. Flg. 3): 47 mm.

Verfahren 3

Es wurden Hochdruck-Abschreckrahmen nach Fig. 2 mit quadratischer Anordnung der Blasdüsen 18 zur Erzeugung von Spannungen im Glas gemäß Fig. 10 verwendet.

Durchmesser der Blasdüsen 18: 2 mm

horizontaler und vertikaler Abstand

der Blasdüsen 18: 32 mm

Durchmesser der Kreisbahnen, auf denen

die Abschreckrahmen bewegt wurden: 80 mm.

In den folgenden 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 »Hauptzugspannungsdifferenz« überschriebene Spalte die Differenz zwischen den Hauptzugspannungen 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 Hauptzugspannungsdifferenz« überschriebene Spalte bezieht sich auf den Abstand χ zwischen den Zentren benachbarter

Bereiche 28 und 29, in denen die Hauptzugspannungsdifferenz maximal Ist und In denen die Richtungen der größeren Hauptzugspannungen, wie In den Flg. 8, 9 und 10

10

dargestellt. Im wesentlichen aufeinander senkrecht stehen.

Tabelle I

Glasdicke: 2,5 mm

Glasgröße: 1100 X 500 mm (rechtwinklige Scheiben)

	Luftdruck	Rahmen	mittlere	Haupt-	Abstand χ zwischen	maximale	minimale
		abstand	zentrale	zugspannungs-	Bereichen mit	Partikelzahl	Partikelzahl
			Zugspannung	differenz	Hauptzugspannungs
	(N/m^!x IO^J)	(mm)	(MN/m²)	(MN/m^!)	differenz (mm)
Herstellungs
verfahren

460
520
590

16,25
18,0

21,0

395
435
505

60
60
60

50
50
50

57,0 59,0 62.0

57,0 59,0 62,0

75	57,0
75	59,0
75	62,0

28
28
28

17 min (.vi)
24 max (.Y₂)

17 min (.vi)
24 max (.v₂)

22
22
22

250 310 390

242 285

370

230 290 396

40 63

87

46 60

90

44 58 93

Tabelle II

Glasdicke: 3,0 mm

G'.asgröße: ! 100 X 5QQ mm (rechtwinklige Scheiben)

Herstellungs	Luftdruck	Rahmen	mittlere	Haupt	Abstand .v zwischen	maximale	minimale
verfahren		abstand	zentrale	zugspannungs	Bereichen mit	Partikelzahl	Partikelzahl
			Zugspannung	differenz	Hauptzugspannungs-
	(NVm²X l^m)	(mm)	(MN/m¹)	(MN/m^!)	differenz (mm)

275
310
367
430

8,0

9,0

10,5

12,5

225
247
290
360

70
70
70
70

65 65 65 65

54,5 56,0 59,0 62,0

54.5 56,0 59,0 62,0

100	54,5
100	56,0
100	59,0
100	62,0

28

17 min (.Yi)

24 max (.V₂)

17 min (λί)

24 max (χι)

17 min (.yi)
24 max (.Y₂)

17 min (x\)
24 max (x₂)

22
22
22
22

220 250 320 398

180 225 280

360

205 230 302 385

42

65

90

120

43 60 81

110

40 60 76 98

Tabelle III

Glasdicke: 3,5 mm

Glasgröße: 1100 X 500 mm (rechtwinklige Scheiben)

Herstellungs	Luftdruck	Rahmen	mittlere	Haupt-	Abstand χ zwischen	maximale.	minimale
verfahren		abstand	zentrale	zugspannungs-	Bereichen mit	Paitikelzahl	Partikelzahl
			Zugspannung	differenz	Hauptzugspannungs
	(N/m^J x 10³)	(mm)	(MN/m^!)	(MN/m²)	differenz (mm)

1	210	75	53,0	22	28	195	40
1	240	75	55,0	22	28	210	56
1	295	75	59,0	22	28	305	90
1	345	75	62,0	22	28	365	133
2	6,5	65	53,0	16	17 min (.vi) 24 max (λ^)	175	50
2	7 5	*s	55,0	lfi	17 min (.Y₁)	200	CO
					24 max te)
2	9,0	65	59,0	16	17 min (λί) 24 max (χι)	280	85
2	10,25	65	62,0	16	17 min 24 max	370	120
3	150	100	53,0	8	22	180	42
3	170	100	55,0	8	22	240	60
3	205	100	59,0	8	22	285	81
3	240	100	62,0	8	22	390	130

Die Fig. 11 und 12 erläutern die Ergebnisse der Tabelle II, die sich auf 3 mm dicke Glasscheiben beziehen. In F i g. 11 ist die Partikelzahl In einer quadratischen Fläche von 5x5 cm² für jede Glasscheibe gegen die mlttlere zentrale Zugspannung Im ungebrochenen Glas angetragen. Der minimale (50) sowie der maximale (300) Grenzwert der Partikelanzahl gemäß E.C.E.-Norm sind durch waagrechte gestrichelte Linien angegeben. Die Kurve A bezieht sich dabei auf die maximale Partlkelanzahl, 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/m² bis zum Maximum von 59,5 MN/m² erfüllt werden.

In Flg. 12 ist die Anzahl der in jeder gebrochenen Glasscheibe aus Tabelle II vorliegenden länglichen Splitter gegen die mittlere zentrale Zugspannung Im ungebrochenen Glas angetragen. Daraus Ist festzustellen, daß längliche Splitter lediglich bei mittleren zentralen Zugspannungen unter 55 MN/m² vorliegen. In gebrochenen Glasscheiben mit einer mittleren zentralen Zugspannung im Bereich von 55,5 bis 59,5 MN/m² fallen keine überlangen Splitter an.

Der minimale (40) sowie der maximale (400) Grenzwert der Partikelanzahl in einer quadratischen Glasfläche von 5x5 cm² der britischen Norm BS 5282 sind in F i g. 11 durch horizontale strichpunktierte Linien eingetragen. Glasscheiben mit einer mittleren zentralen Zug- «> spannung 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/m² nicht vorliegen. Daher erfüllen Gias- °⁵ scheiben mit einer zentralen Zugspannung im Bereich von 55 bis 62 MN/m² auch die Erfordernisse der britischen Norm.

Die Flg. 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 wurden. In Fig. 13 Ist die Partikelanzahl In einer quadratischen Fläche jeder Scheibe von 5x5 cm² gegen die mittlere zentrale Zugspannung im ungebrochenen Gias angetragen. Die Kurve A^x bezieht sich dabei auf die maximale Partikelzahl lür beide Glasdicken von 2,5 und 3,5 mm; die Kurve ß' stellt die minimale Partikelanzahl für 2,5 mm dicke Glasscheiben, die Kurve S² die minimale Partikelzahl für 3,5 mm dicke Scheiben dar. In Fig. 13 sind die sich aus der E.C.E.-Noiv.. sowie der genannten britischen Norm ergebenden minimalen und maximalen Partikelzahlen in derselben Welse wie oben eingetragen.

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

In Fig. 14 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/m² liegt, innerhalb dessen die Anforderungen der E.C.E.-Norm bezüglich der Partikelanzahl erfüllt werden können.

Die Vorschriften der britischen Norm bezüglich der Partikelzahi werden für 2,5 mm dicke Glasscheiben erfüllt, die eine zentrale Zugspannung im Bereich von 56,5 bis 62 MN/m² 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 Zuesnannnne hei riem

Splitter

entstehen.

wiederum 57 MN/m²

derartige
beträgt.

Für den Fall 3,5 mm dicker Glasscheiben Ist aus Fig. 13 ersichtlich, daß die Anforderungen der E.C.E.-Norrn bezüglich cer Partikelanzahl für alle Werte der zentralen Zugspannung im Bereich von 54,5 bis 59,5 MN/m² erfüllt werden. Aus Fig. 14 geht hervor, daß in derartigen Glasscheiben nach dem Bruch keine länglichen SplHter vorliegen, da der Schwellenwert der zentralen Zugspannung, bei dem derartige Splitter auftreten, 53 MN/m² beträgt.

Aus Fig. 13 ist femer ersichtlich, daß die Anforderungen der britischen Norm für 3,5 mm dicke Glasscheiben hinsichtlich der Parti'xelzah! 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/m² beträgt, also derartige Glasscheiben beim Bruch keine solchen länglichen Splitter bilden.

Aus den in den Tabellen angeführten Ergebnissen geht hervor, daß die Anforderungen der E.C.E.-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/m² für alle Glasdicken von 2,5 bis 3.5 ram 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 ist ferner zu entnehmen, daß die Vorschriften der britischen Norm BS 5282 hinsichtlich der minimalen und maximalen Partikelzahl durch erfindungsgemäßes Vorspannen von Glasscheiben einer Dicke von 2,5 bis 3,5 mm erfüllt werden, wenn die mittlere zentrale Zugspannung zwischen einem Maximalwert von 62 MN/m² für alle Glasdicken von 2,5 bis 3,5 mm und einem Minimalwert von 56,5 MN/m¹ für 2,5 mm dickes Glas, der in umgekehrter Abhängigkeit von der Dicke für 3.5 mm dickes Glas auf 53 MN/m¹ absinkt, liegt. «5

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

Die Beispiele der Tabellen 1, II und III zeigen, daß die maximalen Differenzen der Hauptzugspannung in den Bereichen der Glasscheiben, in denen die Hauptzugspan- so nungen ungleich sind, im Mittel im Bereich von 8 bis 22 MN/m² liegen können. In der Praxis wurde festgestellt.

daß der Mittelwert der maximalen Differenzen der Hauptzugspannung bis zu 25 MN/m² betragen kann.

Aus den Beispielen der Tabellen I, II und III geht ferner hervor, daß der Abstand zwischen benachbarten Gebieten der Glasscheiben, in denen die Hauptzugspannungen ungleich sind und wo die Hauptzugspannungsdifferenz 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. 1 und 2 gemäß Verfahren 3 können die Abschreckrahmen und damit die aus den Rahmen austretenden Abschreckstrahlen für eine bestimmte Zeitdauer 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 Steigerung der mittleren zentralen Zugspannung und der Hauptzugspannungsdifferenz erzielen läßt; in einigen Versuchen wurde eine Steigerung der minimalen Partikelzahl festgestellt, die jedoch von keiner signifikanten Änderung der maximalen Partikelzahl begleitet war.

Bei diesen Versuchen wurden Glasscheiben von 3,0 mm Dicke und 800 mm χ 800 mm Größe unter Verwendung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Abschreckrahmen vorgespannt.

Die Abschreckrahmen waren wie folgt aufgebaut:

Durchmesser der Abschreck- 2 mm

öffnungen 18:

horizontaler und vertikaler Abstand 32 mm
der Abschrecköffnungen 18:

Durchmesser der Kreisbahnen 32 mm

der Abschreckrahmen:

Druck der den Abschreckrahmen 248- 10³N/m² zugefiihrten Preßluft:

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 Abschreckperiode von 12-s-Dauer begann, abgeschreckt.

Die erhaltenen Scheiben wiesen folgende Eigenschaften auf:

Glas	mittlere	Haupt-	Abstand χ zwischen	maximale	minimale
	zentrale Zug	zugspannungs-	Bereichen mit	Partikelzahl	Partikelzahl
	spannung	dilTerenz	Hauptzugspannu ngs-
	(MN/m¹)	(MN/m^J)	diflerenz (mm)

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 Glas und damit der Bruchelgenschaften innerhalb der vorbestimmten, spezifizierten Grenzwerte ermöglicht.

Die Abschreckstrahlen können zweckmäßig während der ersten 0.5 s zum »Anlaufen« der ülasoberflächc 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 Glasscheiben nach den Fig. 8, 9 und 10 weisen eine regelmäßige Verteilung der Bereiche 26 mit 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 Hauptzugspannungsdifferenz 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.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einscheiben-Sicherheitsglas für die Seiten- und Heckfenster von Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch

a) eine Scheibendicke von 2,5 bis 3,5 mm;

b) eine durchschnittliche Zugspannung im Scheibenkern von 56,5 bis 62 MN/m² für 2,5 mm dicke Scheiben und von 53 bis 62 MN/m² für 3,5 mm dicke Scheiben;

c) ein bestimmtes Muster von unterschiedlich gehärteten Scheibenbereichen, wobei zwischen den stärker gehärteten Bereichen (26) und den gering gehärteten Bereichen (27) Zwischenbereiehe (28, 29) von mittlerer Härte angeordnet sind, in denen zueinander senkrechte Hauptzugspannungen von unterschiedlicher Größe v. irksam sind,

d) eine maximale Differenz dieser Hauptzugspan- nungen in den Zwischenbereichen (28, 29) von 8 bis 25 MN/m²;

e) unterschiedliche Richtungen der Hauptzugspannungen (30, 31) von benachbarten Zwischenbereichen;

0 einen Abstand zwischen den Zentren der Zwischenbereiche (28 und 29) von 15 bis 30 mm.