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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Sichtscheibe für Kraftfahrzeuge, insbesondere
eine Windschutzscheibe, die außerhalb des Hauptsichtfeldes Bereiche mit verringerter
Transmission im sichtbaren Spektrum aufweist.
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Es sind Windschutzscheiben für Kraftfahrzeuge bekannt, die im oberen
Bereich eine verminderte Transmission aufweisen, wobei dieser Bereich mit verminderter
Transmission als Schutz gegen die direkte Blendung des Fahrers durch die von oben
einfallenden Sonnenstrahlen, und gleichzeitig als Wärmeschutz dient. Bei Verbundglasscheiben
wird dieser Bereich üblicherweise durch Verwendung von thermoplastischen Zwischenschichten
mit homogen oder verlaufend eingefärbten Streifen (Bandfilter) erreicht.
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Neben der direkten Blendung des Fahrers im Kraftfahrzeug, bei Tage
durch das einfallende Licht der tiefstehenden Sonne oder bei Nacht durch das Scheinwerferlicht
entgegenkommender Fahrzeuge, kann die Sicht des Fahrers aber auch durch indirekte
Blendung beeinträchtigt werden. Der Bedeutung der indirekten Blendung, wie sie etwa
durch reflektierende und lichtstreuende Flächen der Fahrbahn unmittelbar vor dem
Fahrzeug oder der Motorhaube oder aber durch eine lichtstreuende Windschutzscheibe
hervorgerufen wird, hat man bisher wenig Beachtung geschenkt. Auch sind keine wirksamen
Einrichtungen bekannt, die geeignet sind, diese Störfaktoren gezielt zu mindern.
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Das auf eine transparente Platte, beispielsweise auf eine Windschutzscheibe
auf fallende Licht wird nicht immer im
Brechungswinkel durchgelassen
oder im Reflektionswinkel reflektiert, sondern es treten an solchen transparenten
Platten immer Abweichungen von den nach diesen Gesetzen erwarteten Lichtrichtungen
auf, und zwar durch Lichtstreuung und Lichtbeugung.
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Die Windschutzscheibe des Fahrzeuges ist stets als ein beleuchteter
Streukörper zu betrachten, der insbesondere bei Nacht zu Sichtbeeinträchtigungen
durch Schleierblendung führt. Schleierblendung tritt bei stark streuenden Windschutzscheiben
nicht nur, wie bekannt, durch direkt einfallendes Licht auf, sondern, wie Versuche
ergeben haben, auch durch das von der Fahrbahn reflektierte Licht der eigenen Abblendscheinwerfer
und durch das auf der Motorhaube reflektierte Licht der Straßenbeleuchtung.
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Für die Sichtbarkeit eines Objektes ist der relative Leuchtdichtenunterschied
zwischen dem Objekt und dem Umfeld (photometrischer Kontrast) maßgebend. Es gilt
hier die Beziehung:
K = photometrischer Kontrast Bu = Umfeldleuchtdichte Bo = Objektleuchtdichte Bei
der Schleier- oder Nebelblendung wird sowohl die Größe Bu als auch die GröBe Bo
von der Schleierleuchtdichte der streuenden transparenten Platte überlagert. Es
gilt dann:
Bs = Schleierleuchtdichte der streuenden Platte
nimmt in diesem
Falle immer kleinere Werte an als K.
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Die Fähigkeit des Auges, Leuchtdichtenunterschiede wahrzunehmen, erfordert
bei einem gegebenen Beleuchtungsniveau einen Mindestwert von R. K ist proportional
zur Sichtdistanz. Insofern bedeutet R zu K5 immer eine Verringerung der Sichtdistanz.
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Windschutzscheiben im praktischen Fahrbetrieb weisen stets Oberflächenaufrauhungen,
Verkratzungen und Einkerbungen auf, die als lichtstreuende Zentren wirken. In gleicher
Weise wird Streulicht durch auf den Scheibenoberflächen vorhandene Staubpartikel,
Schmutz und Feuchtigkeitsbeläge hervorgerufen. Auch das Glasmaterial selbst, und
bei Windschutzscheiben aus Verbundglas auch die Kunststoffschichten,sind nicht als
optisch leer anzusehen. Durch Verunreinigungen und feinste Fremdkörpereinlagerungen
bedingt, können hier bereits Streulichtanteile von ca. 0,4 % gemessen werden.
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Eine Reihe von Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, daß eine hohe
Korrelation zwischen der Gebrauchszeit einer Windschutzscheibe und ihrem Streulichtfaktor
besteht. Mit zunehmender Gebrauchszeit wächst das Ausmaß der Oberflächenbeschädigungen,
hervorgerufen durch den Scheuervorgang der Scheibenwischer und durch kleinste Ausmuschelungen
als Folge von Steinschlägen. Bei Windschutzscheiben mit Betriebszeiten von 100.000
km konnten Streulichtwerte von 2 bis 4 % gemessen werden. Verstaubte oder verschmutzte
oder auf der Innenseite mit Nikotin- oder Weichmacherkondensaten belegte Windschutzscheiben
können zusätzliche Werte in der gleichen Größenordnung hervorrufen. Bei Feuchtigkeitskondensaten
auf der Innenseite oder bei einem Wasserfilm auf der Außenseite der Windschutzscheibe
können Streulichtwerte bis 15 % gemessen werden.
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Eine lichtstreuende Windschutzscheibe wirkt praktisch als Lichtquelle
oder als leuchtende Platte, die diffuses Licht abstrahlt. Der bei der Sicht durch
eine solche Scheibe entstehende Blendungseffekt ist abhängig von der Intensität
des auf die Scheibe auftreffenden Lichtstromes, von der Art und dem Ausmaß der Streumedien
und gleichfalls von der Flächengröße.
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Für die Schleierblendung des Fahrers ist auch das von der Fahrbahn
oder der Motorhaube reflektierte Licht der eigenen Scheinwerfer und der Straßenbeleuchtung
von Bedeutung, also auch das indirekt auf eine streuende Windschutzscheibe auftreffende
Licht.
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Das in diesem Bereich, insbesondere bei Halogenlicht, auftretende
Beleuchtungsniveau verursacht sogar bei stark reflektierender Fahrbahnoberfläche
eine so intensive Rückstrahlung, daß sie nicht nur im Zusammenhang mit lichtstreuenden
Windschutzscheiben alseine Ursache für die Bildung der Schleierleuchtdichte anzusehen
ist, sondern generell je nach Ausprägung eine direkte Ursache für Relativblendung,
Adaptionsblendung und sogar Absolutblendung darstellen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windschutzscheibe zu
schaffen, bei der die durch die Streueffekte in der Windschutzscheibe und auf deren
Oberflächen bedingte Schleierblendung und gleichfalls auch die indirekte Blendung
oder Relativblendung durch das durch Scheibenteile außerhalb des Hauptsichtfeldes
hindurchtretende Licht, insbesondere das von der Motorhaube und der Fahrbahn im
Nahraum des Fahrzeuges reflektierte Licht, vermindert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Windschutzscheibe
vorgeschlagen,
die Bereiche mit verringerter Transmission im sichtbaren Spektrum unterhalb und/oder
seitlich des Hauptsichtfeldes aufweist.
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Bei der erfindungsgemäßen Windschutzscheibe soll also das Hauptsichtfeld
eine möglichst hohe Lichttransmission im sichtbaren Spektrum aufweisen, während
in Zonen außerhalb des Hauptsichtfeldes eine erhöhte Absorption im sichtbaren Spektrum
erfolgt, so daß sowohl durch die partielle Reduzierung der Schleierleuchtdichte
über der Windschutzscheibenfläche als auch durch Dämpfung der außerhalb des Hauptsichtfeldes
auftreffenden Lichtstrahlen die Blendwirkung insgesamt verringert wird.
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Durch EInführung eines Filters in den Bereichen außerhalb des Sehfeldes
erreicht man nicht nur eine Herabsetzung der Schleierleuchtdichte im Mittelfeld
der Windschutzscheibe, sondern gleichfalls eine direkte Abnahme der von der Motorhaube
und der beleuchteten Fahrbahn im Nahbereich reflektierten Lichteinstrahlung, die
die Sehleistung im zentralen Bereich reduziert, und zwar durch Fehlanpassung des
Adaptionszustandes und auch durch eine Erhöhung der Netzhautbeleuchtungsstärke infolge
des im Augenapparat erzeugten Streulichtes. Das letztere wirkt sich insbesondere
bei älteren Personen, deren Augenlinse bereits durch Eintrübungen einen hohen Streufaktor
für eintretende Lichtstrahlen aufweisen, als sehstörend aus.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Windschutzscheibe in Hinblick
auf die Schleierblendwirkung läßt sich wie folgt erklären: In jeder beleuchteten
transparenten Platte treten an den Innenflachen des Plattenkörpers, also an den
Grenzflächen des dichteren Mediums Glas zur Luft, Reflexionen
auf,
falls der Lichtstrahl auf diese Grenzflächen unterhalb des Winkelmaßes für Totalreflexion
fällt. Die reflektierten Lichtstrahlen werden jeweils an der gegenüberliegenden
Seite wiederum reflektiert, so daß sie sich im Glas verbleibend fortpflanzen. Eine
Glasplatte ist für solche Lichtstrahlen praktisch ein flächenhafter Lichtleiter.
Durch den Lichtleitereffekt einer Glasplatte ist die Summe aller Lichtstrahlen über
der gesamten Fläche, die in den Glaskörper eintreten und zu Mehrfachreflexionen
an der Innenseite der Oberfläche führen, für die Schleierleuchtdichte eine beeinflussende
Größe, denn an den Streuzentren können sowohl Lichtstrahlen in den Glaskörper eindringen
als auch in unterschiedlichem Abstand an anderen Streuzentren austreten.
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Strahlen, die in den Randbereichen einer Windschutzscheibe eintreten,
können in Folge der hohen Transparenz des Scheibenkörpers im Mittelfeld nur unwesentlich
geschwächt im Hauptsichtfeld wieder austreten. Weisen diese Randbereiche dagegen
eine höhere optische Dichte, dbh. eine erhöhte Absorption auf, so wird die Intensität
dieser in den Scheibenkörper eingetretenen Lichtstrahlen entsprechend dieser erhöhten
Absorption in ihrer Intensität geschwächt. Beispielsweise verliert schon nach einer
zweimaligen Reflexion in einer 5 mm dicken Glasplatte, die einen Lichtabsorptionsgrad
von 30 % aufweist, ein Lichtstrahl im Bereich des Grenzwinkels ca. 60 % seiner Intensität,
gegenüber einem Intensitätsverlust von ca. 9 % beim gleichen Vorgang in einer Glasplatte
mit ungeschwächter Transparenz.
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Man kann also durch Schaffung einer erhöhten Absorption in den Zonen
außerhalb des Hauptsichtfeldes des Fahrers eine Reduzierung der Schleierleuchtdichte
im Hauptsichtfeld erreichen.
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Generell gesehen kommt es bei der Kompensation der Sichtverschlechterung
infolge Blendung darauf an, die blendenden Flächen durch Gestaltung eines engeren
Gesichtsfeldes zu reduzieren, bzw. die Beleuchtungsstärken herabzusetzen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, Windschutzscheiben
aus nicht eingefärbtem oder aus schwach eingefärbtem Glas parallel zur unteren Kante,
d.h. unterhalb des Hauptsichtfeldes, mit einem Bandfilter zu versehen, wie er als
solcher bisher im oberen Bereich der Windschutzscheibe bekannt ist Ein solcher Bandfilter
im unteren Bereich der Windschutzscheibe sollte vorzugsweise als Farbkeil ausgebildet
werden, d.h. zum Hauptsichtfeld hin eine zunehmende Transmission aufweisen.
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Bei der Gestaltung des Gradienten kommt es darauf an, daß insbesondere
zum Hauptsichtfeld der Übergang kontinuierlich verlaufend, also als stetige Funktion
ausgebildet wird. Das menschliche Auge darf diesen Übergang nicht als diskontinuierlich,
also als horizontal orientierte Kontur empfinden. Es ist bekannt, daß bei horizontal
verlaufenden Konturierungen auf transparenten Scheiben, durch die eine Orientierung
erfolgt, Sichtirritierungen auftreten, und zwar in der Weise, daß solche Konturen
reflektorisch vom Auge fixiert werden und vom Blick durch die Scheibe auf in der
Ferne liegende Gegenstände ablenken. Zudem ist in der physiologischen Optik bekannt,
daß auch beim beidäugigen Sehen die Entfernung von horizontal verlaufenden Konturen
oder Linien im Unterschied zu vertikal verlaufenden Konturen vom Auge nicht sicher
geschätzt oder wahrgenommen
werden kann. Horizontal verlaufende
Konturen auf solchen Sichtscheiben werden dann insbesondere beim Nachtsehen, wenn
im Nahbereich Bezugspunkte fehlen, auf in der Ferne liegende Gegenstände projiziert
bzw. solchen mit größerer Aufmerksamkeit betrachteten Gegenständen zugeordnet.
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Die Höhe dieses Bandfilters richtet sich nach dem Augenpunkt des Fahrzeuges,
und zwar sollte dieses Band vorzugsweise eine graduell verlaufende relativ hohe
Dichte, entsprechend einer Lichttransmission zwischen 30 bis 50 % bei senkrechtem
Lichteinfall, aufweisen bis zu einer Höhe, die.vom Sehstrahl, der die obere Kante
der Motorhaube tangiert, begrenzt wird. Dieser Sichtbereich der Windschutzscheibe
ist für den Fahrer im Hinblick auf seine Verkehrsorientierung bedeutungslos. Ein
weiterer Bereich sollte mit abnehmender Dichte graduell ausgebildet werden bis zu
einer Höhe, die durch den Sehstrahl begrenzt wird, der in einer Entfernung von 10
bis 20 m vor dem Fahrzeug auf die Fahrbahn trifft. In diesem Bereich könnte bedenkenlos
eine graduell verlaufende Dichte von nur 50 bis 70 % der Lichttransmission realisiert
werden, bedenkenlos insofern, als der Wahrnehmungspunkt des Fahrers stets oberhalb
dieses Bereiches von 10 bis 20 m auf der Fahrbahn liegt.
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Bei Nachtfahrten wird durch das Abblend- und Fernlicht diese Distanz
von 10 bis 20 m so intensiv beleuchtet, daß vom Beleuchtungsniveau her, auch bei
Vorsatz der genannten Filtergrößen, die Voraussetzung für einen guten photometrischen
Kontrast gegeben ist.
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Durch die Anbringung des Filters im unteren Bereich werden auf diese
Weise insbesondere die empfindlichen Netzhautpartien
des unteren
Bereiches geschutzt.
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Eine partiell im unteren Bereich mit höherer optischer Dichte ausgestattete
Windschutzscheibe hat daruberhinaus noch weitere Vorteile. Zunachst ist darauf hinzuweisen,
daß dadurch eine höhere durchschnittliche Dichte der gesamten Fläche der Windschutzscheibe
erreicht wird, und insgesamt durch die dadurch gegebene höhere durchschnittliche
Dichte über der gesamten Windschutzscheibe dem Ausbleichen des Sehpurpurs bei hellem
Sonnenlicht entgegengesteuert wird. Durch ein übermäßiges Ausbleichen des Sehpurpurs
durch zu hohe Leuchtdichten kann das nächtliche Sehen empfindlich gestört werden.
In Ländern mit einem sonnigen und trockenen Klima und rascher Folge von Tageslicht
und Dunkelheit, ohne eine langanhaltende Dämmerungsphase, kann dieser Umstand infolge
zu kurzer RegenerationszPiten zu erheblichen Sichtbehinderungen für Rraftfahrer
in den ersten Stunden der Dunkelheit führen.
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Neben der vorteilhaften Wirkung der Erfindung in Bezug auf die indirekte
Blendung wird selbstverständlich auch die direkte Blendung weiter vermindert. Optimale
Sehleistungen sind nur in einem relativ engen Leuchtdichtebereich von ca 200 bis
10.000 asb möglich, da praktisch nur in diesem Bereich das Weber-Fechnersche-Gesetz
seine Gültigkeit hat. Nach Messungen von Lichttechnikern können an Sommertagen bei
Betrachtung stark reflektierender Straßen und Metallflächen Gesichtsfeldleuchtdichten
zwischen 50.000 und 100.000 asb auftreten. Direkt- oder Absolutblendung führt nicht
nur zu einer Herabsetzung von Sehleistung überhaupt, sondern auch zu schmerzhaften
Blendempfindungen
und weiterhin zu funktionellen Beeinträchtigungen des Augenapparates durch eine
stete reflektorische Kompensation.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann die erfindungsgemäße
Lichtabsorption mit Mitteln durchgeführt werden, die gleichzeitig Wärmestrahlen
absorbieren oder reflektieren. Auf diese Weise erreicht man zusätzlich für eine
solche Windschutzscheibe durchaus ins Gewicht fallende Wärmedämmwerte. Ein auch
für die Wärmestrahlung wirksames Filterband im unteren Bereich kann ebenfalls die
für den Fahrer unangenehme partielle Erwärmung des Armaturenbrettes und der vorderen
Bedienungseinrichtungen mindern.
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Die erfindungsgemäße Minderung der Lichttransmission kann man u.a.
auch durch Oberflächenbeschichtungen erreicht, die als solche elektrisch leirfähig
sind. Solche Schichten sind in vielen Varianten bekannt. In diesem Fall ist es möglich,
die Schichten als Heizwiderstände zu benutzen, die an das Bordnetz angeschlossen
werden und die eine ausreichende Heizleistung erzielen können, um auch im Hauptsichtfeld
ein Beschlagen zu verhindern. Das bedeutet ebenfalls eine zusätzliche Verbesserung
in Bezug auf die optische Gebrauchsgüte der Windschutzscheibe, denn auch ein kaum
merklicher Feuchtigkeitsfilm auf der Innenseite der Windschutzscheibe erzeugt bereits
erhebliche Streulichterscheinungen. Die Beseitigung des Feuchtigkeitsfilmes über
das Warmluftgeblase dagegen führt zudem in der
Regel zu einer Verstaubung
oder Verschmutzung der Scheibenoberfläche, also gleichfalls zu Bildung von Schleierleuchtdichten
im Hauptsichtfeld des Fahrers.
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Bei Windschutzscheiben aus Verbundglas, wie sie heute überwiegend
eingesetzt werden, läßt sich der erfindungsgemäße untere Bereich mit erhöhter Lichtstrahlenabsorption
vorzugsweise über eine graduelle Einfärbung der thermoplastischen Zwischenfolie
aus Polyvinylbutyral erreichen.
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Es bieten sich aber auch Verfahren an, die Filterwirkung durch aufgedruckte
oder aufgedampfte Schichten zu realisieren. Solche Schichten könnten unmittelbar
auf die Scheibenoberfläche oder aber auf eine spezifische Kunststoffolie, die zwischen
zwei PVB-Folien eingebracht wird, aufgetragen werden. Auch die Rombination beider
Prinzipien ist, je nach Nutzung der Lichtfilterkonzeption mit der Konzeption der
zusätzlichen Wärmedämmung und Beheizung, möglich.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben:
Beispiel 1 Eine Windschutzscheibe wird in vertikaler Richtung in drei sich in horizontaler
Richtung erstreckende Bereiche mit unterschiedlichem Transmissionsgrad aufgeteilt,
nämlich einen oberen Bandfilterbereich, ein mittleres Hauptsichtfeld und einen unteren
Bandfilterbereich. Die vertikale
Ausdehnung des oberen Bandfilterbereiches
beträgt 25 % der Scheibenhöhe, der Lichttransmissionsgrad in diesem Bereich im Mittel
10 %. Dabei kann die Transmission in diesem Bereich von oben nach unten verlaufend
zunehmen. Die vertikale Ausdehnung des Hauptsichtfeldes beträgt 35 % der Scheibenhöhe,
der Lichttransmissionsgrad in diesem Feld homogen 85 %. Die vertikale Ausdehnung
des unteren Bandfilterbereiches entspricht 40 % der Scheibenhöhe, die Lichttransmission
in diesem Bereich im Mittel 40 %, wobei auch dieser Bandfilterbereich eine verlaufende
Transmission mit in Richtung auf das Hauptsichtfeld höher werdenderTransmission
aufweist. über die gesamte Scheibe betrachtet beträgt die Lichttransmission im Mittel
etwa 48 %.
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Beispiel 2 Es wird eine Windschutzscheibe hergestellt, die vier sich
in horizontaler Richtung erstreckende bandförmige Bereiche mit jeweils unterschiedlichem
Transmisionsgrad aufweist, wobei die Dichte der Bandfelder sich verlaufend ändert
und ineinander übergeht.
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Das unterste Band bedeckt den Blick der Motorhaube bzw.
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die vordersten Karosserieteile. Dieser Bereich erstreckt sich bis
zu einer Höhe, die bei in die Karosserie eingebauterScheibe durch den Sehstrahl
begrenzt wird, der die obere Kante der Motorhaube tangiert. In diesem Bereich weist
die Scheibe eine Transmission von im Mittel 40 % auf, wobei die Transmission von
unten nach oben fortlaufend zunimmt.
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An das unterste Band schließt sich Ein Bandbereich an, der den Nahraum
des Fahrzeuges bedeckt. Dieser Nahraum ist einerseits als Orientierungs- bzw. Operationsraum
für den Fahrer unbedeutend, andererseits hält er durch das Licht der eigenen Scheinwerfer
ein Beleuchtungsniveau ein, das deutlich über dem photometrischen Kontrast liegt.
Dieser Bandbereich erstreckt sich nach oben bis zu einer Höhe, die bei in die Karosserie
eingebauter Scheibe durch den Sehstrahl begrenzt wird, der in einer Entfernung von
etwa 20 m vor dem Fahrzeug auf die Fahrbahn trifft.
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In diesem Bandbereich weist die Scheibe eine mittlere Transmission
von 60 % auf, wobei die Transmission wiederum nach oben fortlaufend zunimmt.
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An diesen zweiten Bandbereich schließt sich das Hauptsichtfeld an,
in den die Transmission einen hohen Wert von etwa 85 % aufweist. Die obere Grenze
dieses Hauptsichtfeldes liegt soweit oberhalb der Augenlinie des Fahrers, daß dieser
in einer Entfernung von 10 m noch durch das filterfreie Hauptsichtfeld die Signallichter
der Verkehrsampeln sehen kann.
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An dieses Hauptsichtfeld schließlich schließt sich nach oben der obere
Bandfilterbereich an mit einem mittleren Transmissionsgrad von etwa 10 %.