DE2924833B2

DE2924833B2 - Wärmereflexionsscheibe mit farbneutraler Außenansicht und deren Verwendung als Außenscheibe einer Mehrscheibenanordnung

Info

Publication number: DE2924833B2
Application number: DE2924833A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr.phil. Rolf 4630 Bochum-Wattenscheid Groth
Original assignee: Bfg Glassgroup, Paris
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1981-08-06
Also published as: AT377826B; DE2924833A1; FR2459208A1; ATA160280A; JPS5642644A; GB2052787A; SE8003192L; BE883728A; CH644572A5; DE2924833C3; US4327967A; GB2052787B; IT1131621B; FR2459208B1; JPS6337698B2; IT8022904A0; SE445450B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wärmereflexionsscheibe min farbneutraler Außenansicht nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und deren Verwendung als v, Außenscheibe einer Mehrscheibenanordnung.

Insbesondere bei der Verglasung von Gebäuden werden in zunehmendem Maße Fensterglasscheiben mit guten sonnenschutztechnischen Eigenschaften, d.h. möglichst niedriger Transmission für die Gesamtstrahlung der Sonne bei möglichst hoher Transmission für sichtbares Licht, benötigt, welche in der Außenansicht farbneutral sind und dasselbe visuelle Reflexionsvermögen wie aus Klarglas bestehende Fensterglasscheiben aufweisen. So gibt es Fälle, in denen nur ein Teil der Räume eines Gebäudes mit wärmereflektierenden Scheiben ausgerüstet werden soll (z. B. klimatisierte Räume für Computeranlagen), während alle anderen

Transmission für Sonnenstrahlung	= 55%
Reflexion für Sonnenstrahlung
(gemessen von der Glasseite)	= 13%
Lichtdurchlässigkeit (bezogen auf
die Hellempfindlichkeit des
menschlichen Auges)	= 66,3%
visuelle Reflexion
(gemessen von der Glasseite)	= 8,2%

Der letztgenannte Wert entspricht vollkommen dem visuellen Reflexionsgrad einer Klarglas-Einfachscheibe von 8%.

Für viele Anwendungszwecke ist es nun aber erforderlich, die Transmissionswerte für Sonnenstrahlung derartiger Wärmereflexionsscheiben weiter herabzusetzen. In den meisten Fällen werden für einen wirksamen Sonnenschutz Transmissionswerte von weniger als 50% verlangt. Wird hierzu die Dicke der Goldschicht bei der gattungsgemäßen Wärmereflexionsscheibe weiter erhöht, so ist es nicht mehr möglich, eine farbneutrale Außenansicht zu erhalten. Dies gelingt auch nicht durch eine zusätzliche Veränderung in der

Dicke der Interferenzschicht. In dem interessierenden Schichtdickenbereich der Interferenzschicht ändert sich nämlich mit zunehmender Dicke der Interferenzschicht der Farbeindruck von rötlich-violett zu blaßgrün, ohne daß im Obergangsbereich zwischen diesen Farbtönen noch ein farbneutraler Bereich aufträte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wärmereflexionsscheibe der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß sich unter Vergrößerung der Dicke der Goldschicht eine Transmission für Sonnenstrahlung im Bereich unterhalb etwa 50% unter Beibehaltung einer farbneutralen Außenansicht ergibt

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Wärmereflexionsscheibe der gattungsgemäßen Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in der Verwendung der beanspruchten Wärmereflexionsscheibe aus Außenscheibe einer Mehrscheibenanordnung.

Weiterhin sieht eine besonders vorteilhefte Ausführungsform der Erfindung vor, daß die Neutralisationsschicht aus einer Chrom-Nickel-Legierung mit einer Zusammensetzung von 20 Gew.-% Chrom und 80 Gew.-% Nickel besteht Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei es sich insbesondere bewährt hat, mindestens die Neutralisationsschicht, vorzugsweise aber sämtliche auf dem transparenten Schichtträger angeordneten Schichten durch Vakuumbedampfung herzustellen. Auch ist es von Vorteil, zwischen dem transparenten Schichtträger und der in diesem Fall aus Zinksulfid bestehenden Interferenzschicht eine dielektrische, für sichtbares Licht im wesentlichen absorptionsfreie, als Haftschicht wirkende Zwischenschicht aus einem Material anzuordnen, dessen Brechungsindex im wesentlichen demjenigen des transparenten Schichtträgers entspricht, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 22 03 943 bekannt ist

Bei der erfindungsgemäßen Wärmereflexionsscheibe ist also auf der der Interferenzschicht abgewandten Seite der Goldschicht eine Neutralisationsschicht angebracht, die vorzugsweise aus den Metallen Nickel, Chrom, Eisen oder Titan besteht, wobei sich auch Legierungen dieser Metalle sowie Legierungen aus Chrom, Eisen und Aluminium als geeignet erwiesen haben. Besonders vorteilhaft sind jedoch Legierungen aus Chrom und Nickel, wie sie beispielsweise in der DE-PS 20 29 181 als Material für die dort beschriebene Absorptionsschicht genannt sind.

Bei der Schichtanordnung nach der DE-PS 20 29 181 ist die Absorptionsschicht zwischen dem transparenten Schichtträger und einer wärmereflektierenden Goldschicht angeordnet wobei auf der Außenseite der wärmereflektierenden Goldschicht dann noch eine Schicht aus hochbrechendem, dielektrischem Material vorgesehen ist Mit einer derartigen Schichtfolge läßt sich der erfindungsgemäß erzielte technische Effekt jedoch nicht erzielen.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Neutralisationsschicht gelingt es, in dem Schichtsyste.n hochbrechende Interferenzschicht-Goldschicht für Goldschichtdicken von mehr als 7 nm bei Betrachtung von der Glasseite her eine vollkommen farbneutrale visuelle Reflexion zu erreichen (die Wärmereflexionsscheibe wird natürlich bei Verwendung als Fensterscheibe so eingebaut, daß der transparente Schichtträger an der Gebäudeaußenseite angeordnet ist, das Beschichtungssvstem also zum Innenraum hin weistl wobei auch die Höhe der Reflexion wieder recht gut dem einer Klarglas-Einfachscheibe entspricht Der Bereich der Goldschichtdicken, in dem dieser »Farbneutralitätseffekt« auftritt, ist allerdings auf Goldschichtdicken bis etwa 10,5 nm begrenzt Bei größeren Goldschichtdicken gelingt es nicht mehr, durch die zusätzliche Neutralisationsschicht — auch nicht bei geänderter Anpassung der Interferenzschichtdicke — Farbneutralität zu erreichen. Von besonderem Vorteil ist es, daß die Farbneutralitat bei der erfindungsgemäßen Wärmereflexionsscheibe unter gleichzeitiger Vergrößerung der Goldschichtdikke erreicht wird. Eine derartige Erhöhung der Goldschichtdicke ist aus zwei Gründen vorteilhaft: Einmal ergibt sich wegen der selektiven Filtereigenschäften der Goldschiebt (hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich gegenüber niedriger Transmission und hoher Reflexion im nahen Infraroten) ein günstigeres Verhältnis Lichtdurchlässigkeit/transmission für die Gesamtstrahlung der Sonne. Hinzu kommt daß auch der von der Scheibe absorbierte Anteil und die damit verbundene Erwärmung der Scheibe in Grenzen gehalten werden gegenüber einer Lösung, bei der z. B. ausschließlich durch Verwendung von absorbierendem Glas oder Absorptionsschichten allein die Transmission für Sonnenstrahlung erniedrigt wird. Außerdem erhöht sich im Bereich der Temperaturstrahlung, d.h. für Wellenlängen >4um, durch die Erhöhung der Goldschichtdicke das Infrarotreflexionsvermögen auf der Seite des Beschichtungssystems. Hierdurch wird der Strahlungsaustausch der Scheibe mit dem Innenraum bzw. einer zweiten, auf der dem Innenraum zugewandten Seite der erfindungsgemäßen Wärmereflexionsscheibe angeordneten Klarglasscheibe (Ausbildung zur Isolierglasscheibe) weiter erniedrigt, woraus eine Verbesserung des Wärmedämmwertes (Jt-Wert) resultiert

Daß es im Bereich von Goldschichtdicken von 7 nm bis 10,5 nm gelingt, durch die erfindungsgemäß vorgesehene Neutralisationsschicht wieder Farbneutralität zu erreichen, ist ein überraschendes Ergebnis, da dia als Neutralisationsschicht vorgesehenen Metall- bzw. Metallegierungsschichten im sichtbaren Spektralbereich eine praktisch wellenlängenunabhängige Absorption aufweisen, d. h. also, die hindurchgehende Strahlung

.·■> gleichmäßig schwächen. Überraschend ist ferner, daß für den »Farbneutralitätseffekt« bereits sehr kleine Schichtdicken im Bereich von 1 nm ausreichen. Bei diesen Schichtdicken liegen die Absorptionswerte dieser Schichten noch im Bereich von etwa 10%, so daß durch sie die Transmission des Gesamtschichtsystems und damit dessen Lichtdurchlässigkeit nicht in unerwünschter Weise erniedrigt werden.

Der synergistische Effekt der erfindungsgemäß durch die Kombination der in der beanspruchten Art aufgebauten Neutralisationsschicht mit der in ihrer Dicke vergrößerten Goldschicht erreicht wird, ließ sich für den Fachmann nicht voraussehen. So ist aus der DE-PS 20 29 181 zwar die Verwendung einer zwischen der Glasscheibe und beispielsweise einer wärmereflektierenden Goldschicht angeordneten Absorptionsschicht aus einem Material bekannt welches demjenigen der erfindungsgemäß vorgesehenen Neutralisationsschicht entspricht, jedoch enthält diese Druckschrift keinen Hinweis auf die Wirkungsweise der

b) erfindungsgemäßen Neutralisationsschicht in Kombination mit einer auf der gegenüberliegenden Seite der wärmereflektierenden Goldschicht angeordneten Interferenzschicht, insbesondere Zinksulfidschicht. Die

US-PS 34 76 594 beschreibt ein Schichtsystem, bei welchem auf einem transparenten Schichtträger, nämlich einer Glasscheibe, aufeinanderfolgend eine Nickelschicht und eine Goldschicht angeordnet sind, jedoch entspricht dieser Schichtaufbau gerade nicht dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen, bei dem an der der Glasscheibe abgewandten Außenseite eines aus einer Interferenzschicht und einer Goldschicht bestehenden Zweischichtsystems eine Neutralisationsschicht aus beispielsweise einer Chrom-Nickel-Legierung angeordnet ist. Bei der DE-AS 19 ti 036 handelt es sich um die Verwendung von Metall-, Halbmetall- oder Metallegierungsschichten in Verbindung mit einem Interferenzsystem, bei dem beispielsweise eine Goldschicht beidseitig in Interferenzschichten eingebettet ist, wodurch von der erfindungsgemäßen Wärmerefiexionsscheibe voiikommen abweichende Verhältnisse vorliegen. Die ZA-PS 76 03-269 schließlich betrifft die Einstellung eines Rosatones bei Verwendung von Kupfer als wärmereflektierende Metallschicht durch Beschichtung derselben mit einer zusätzlichen Metall- oder Metallegierungsschicht aus einem Material, wie es der erfindungsgemäßen Neutralisationsschicht entspricht Ein Hinweis darauf, daß es gelingen würde, durch Verwendung einer beim erfindungsgemäßen System angeordneten Neutralisationsschicht in Kombination mit einer Goldschicht einen synergistischen Effekt in der beschriebenen Weise zu erzielen, ließ sich dieser Druckschrift nicht entnehmen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert

Die aus einer einzigen Figur bestehende schematische Zeichnung zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmereflexionsscheibe im Schnitt.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist auf einem transparenten Schichtträger 10 nämlich einer Klarglasscheibe, eine Interferenzschicht 12, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Zinksulfid besteht, angeordnet Hieran schließen eine wärmerefiektierende Goldschicht 14 sowie schließlich eine Neutralisationsschicht 16 aus einer Chrom-Nickel-Legierung mit einer Zusammensetzung von 80% Nickel und 20% Chrom an.

Die Herstellung der in der Zeichnung wiedergegebenen Scheibe erfolgte in der Weise, daß auf eine Klarglasscheibe von 4 mm Dicke in einer Hochvakuum-Bedampfungsanlage bei einem Druck von 5 χ 10-^s Torr zunächst die Zinksulfid-Interferenzschicht 12 aufgedampft wurde. Anschließend wurden nacheinander die Goldschicht 14 mit einer Dicke von 93 nm und die Neutralisationsschicht 16 mit einer Dicke von 13 nm aufgedampft Die so hergestellte wärmerefiektierende Scheibe hat folgende Eigenschaften:

Transmission für Sonnenstrahlung =44% ss Reflexion für Sonnenstrahlung

(gemessen von derGlasseite) = 18%

Lichtdurchlässigkeit (bezogen

auf die Hellempfindlichkeit des

menschlichen Auges) =57%

visuelle Reflexion (gemessen von
der Glasseite)

= 8,7%

Bei Betrachtung von der Glasseite ist die Scheibe farbneutral und entspricht in ihrer optischen Wirkung praktisch vollkommen einer unbeschichteten Klarglas-Einfachscheibe 10.

Ein Vergleich der technischen Werte der vorstehend beschriebenen Wärmereflexionsscheibe mit denen einer entsprechenden farbneutralen Scheibe mit Interferenzschicht und einer 7 nm dicken Goldschicht zeigt, daß durch die Verwendung der dickeren Goldschicht bei der erfindungsgemäßen Scheibe die Selektivität d. h. das Verhältnis Lichtdurchlässigkeit/Transmission für Sonnenstrahlung, beträchtlich verbessert wird. Hier ergibt sich eine Verbesserung von

= 1,21 auf -¥- = 1,30.

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Hinzu kommt, daß auch die Reflexion für Sonnenstrahlung von 13% auf 18% ansteigt Dies bedeutet gegenüber anderen Lösungen, bei denen die Reduzierung der Transmission für Sonnenstrahlung auf Werte <50% ausschließlich durch Absorption erreicht wird, daß sich auf eine solche Scheibe der erfindungsgemäßen Art bei Sonnenstrahlung weniger stark erwärmt. Das Bruchrisiko durch Hitzesprünge ist dementsprechend geringer. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der dickeren Goldschicht besteht darin, daß wegen der höheren Reflexion der dickeren Goldschicht im Bereich der Temperaturstrahlung (Wellenlängengebiet >4μπι auch der Strahlungsaustausch der beschichteten Seite zum Innenraum bzw. zu einer weiteren innen angeordneten zweiten Glasscheibe erheblich reduziert und damit der Wärmedämmwert für-Wert) erheblich verbessert wird. So erniedrigt sich das effektive Emissionsvermögen senkrecht zur Oberfläche von 0,18 bei 7 nm Goidschichidicke auf etwa 0,11 bei dem oben beschriebenen Schichtbeispiel.

Zwischen dem transparenten Schichtträger 10, also bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Klarglasscheibe, und der Interferenzschicht 12 kann erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise auch eine Haftschicht aus einem Metalloxid oder einem Metallmischoxid angeordnet sein, beispielsweise aus Siliziumoxid oder aus Glas, die aus dielektrischem für sichtbares licht im wesentlichen absorptionsfreien Material besteht und deren Dicke wesentlich kleiner ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes, wobei es besonders vorteilhaft ist wenn der Brechungsindex dieser Haftschicht im wesentlichen demjenigen des transparenten Schichtträgers entspricht Die erfmdungsgemäBe Wärmerefiexionsscheibe läßt sich natürlich auch innerhalb einer Verbundglasscheibe mit mehreren, durch Verbundfolien miteinander verklebten Einzelscheiben verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmereflexionsscheibe, insbesondere wärmereflektierende Fensterscheibe, mit farbneutraler Außenansicht, mit einem transparenten Schichtträger, einer darauf aufgebrachten Interferenzschicht aus dielektrischem Material mit einem Brechungsindex >2 und einer an der dem transparenten Schichtträger abgewandten Seite der Interferenzschicht angeordneten wärmereflektierenden Goldschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Goldschicht (14) zwischen 7 und 10,5 nm beträgt; und daß auf der der Interferenzschicht (12) abgewandten Seite der Goldschicht (14) eine Neutralisationsschicht (16) aus Chrom, Eisen, Nickel, Titan, Legierungen dieser Metalle oder aus einer Legierung der Metalle Chrom, Aluminium und Eisen angeordnet ist

Z Wärmereflexionsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutralisationsschicht (16) aus einer Chrom-Nickel-Legierung mit einer Zusammensetzung von 20 Gew.-% Chrom und 80 Gew.-% Nickel besteht

3. Wärmereflexionsscheibe nach Anspruch 1 oder 2s 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Neutralisationsschicht (16) zwischen 03 und 6nm beträgt

4. Wärmereflexionsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Neutralisationsschicht(16) 1,3 nm beträgt

5. Wärmereflexionsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Goldschicht (12) 9_r3 nm beträgt

6. Wärmereflexionsscheibe nach einem der Anspräche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzschicht (12) aus Zinksulfid besteht

7. Wärmereflexionsscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem transparenten Schichtträger (10) und der Zinksulfid-Interferenzschicht (12) eine dielektrische, für sichtbares Licht im wesentlichen absorptionsfreie Haftschicht aus einem Metalloxid oder einem Metallmischoxid angeordnet ist, deren Dicke wesentlich kleiner ist, als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes. «

8. Verwendung der Wärmereflexionsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Außenscheibe einer Mehrscheibenanordnung.

Räume eine Verglasung aus normalem Fensterglas, also Klarglas, erhalten. In diesen Fällen ist es erwünscht, daß die Wärmereflexionsscheiben in der Außenansicht dieselbe visuelle Reflexion wie Klarglas aufweisen, damit in der Außenansicht eine harmonische Gesamtansicht des Gebäudes gewährleistet ist Das gleiche gilt häufig auch für Gebäude, die ganz mit solchen wärmereflektierenden Scheiben ausgerüstet werden, wenn diese sich nämlich harmonisch in ihre Umgebung (z. B. enge Bebauung in einer Altstadt) einfügen sollen.

Als Beschichtung für wärmereflektierende Scheiben haben sich insbesondere Goldschichten bewährt, weil sie chemisch sehr beständig sind und außerdem bei einer Lichtdurchlässigkeit im Bereich von unterhalb etwa 50% gute sonnenschutztechnische Eigenschaften aufweisen. Solche Goldschichten sind allerdings in der Außenansicht stark getönt und daher für die genannten Anwendungszwecke ungeeignet Durch eine Reduzierung der Dicke der Goldschicht gelingt es zwar, bei derartigen beschichteten Scheiben ebenfalls eine farbneutrale Außenansicht mit niedriger sichtbarer Reflexion zu erreichen, jedoch gehen bei den erforderlichen extrem dünnen Schichten die sonnenschutztechnischen Eigenschaften weitgehend verloren.

In dieser Hinsicht bringt die Verwendung einer Wärmereflexionsscheibe der gattungsgemäßen Art bei der zwischen dem transparenten Schichtträger, in der Regel also einer Silikatglasscheibe, und der Goldschicht eine Interferenzschicht aus einem dielektrischen Material mit einem Brechungsindex > 2 angeordnet ist, eine Verbesserung mit sich weil sich nämlich durch dieses Zweischichtsystem aus Interferenzschicht und Goldschicht der Bereich farbneutraler, niedriger visueller Reflexion geringfügig zu dickeren Goldschichten mit besserer Sonnenschutzwirkung ausdehnen läßt allerdings nicht in dem für die meisten Anwendungszwecke erforderlichen Maße. So erreicht man (bei Betrachtung der Scheibe von der Glasseite, beim Einbau der Fensterscheibe also der Außenansicht entsprechend) noch gerade eine farbneutrale visuelle Reflexion, wenn die Goldschicht eine Dicke von 7 nm aufweist

Für eine solche Wärmereflexionsscheibe aus Klarglas mit 7 nm dicker Goldschicht und zwischen Glasträger und Goldschicht angeordneter hochbrechender Interferenzschicht aus Zinksulfid ergeben sich folgende technische Daten: