DE4244048A1 - Thermisch und ballistisch hochfeste Verbundsicherheitsscheibe - Google Patents

Thermisch und ballistisch hochfeste Verbundsicherheitsscheibe

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Description

Die Erfindung betrifft eine transparente Verbundsicherheits­ scheibe nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1, die bevorzugt in gepanzerten Fahrzeugen und industriellen Si­ cherheitsbereichen zum Einsatz kommt und dort auch extremen thermischen und ballistischen Angriffen widerstehen muß.
Zur Verbesserung der thermischen und ballistischen Wider­ standsfähigkeit von Verbundscheiben für Fahrzeuge und andere sicherheitsrelevante Einrichtungen ist es bekannt, z. B. Kunststoffscheiben aus Polycarbonat als Schutzelemente auf die innenliegende Verbundscheibe zu laminieren.
Bekannt ist auch die Festigkeitssteigerung der zu verbinden­ den Glasscheiben durch die chemische Härtung bzw. chemische Vorspannung, die durch einen Ionen-Austausch zwischen Natri­ um im Glas und Kalium in einem Salzbad veranlaßt wird. Die größeren Kalium-Ionen verursachen in der Glasoberfläche die erwünschte Druckspannung. Dieser "Druckspannungsberg" ist erst zu überwinden, bevor das Glas bei Einwirkung von Bela­ stungen durch Zugspannungen zerbricht.
Die Verwendung von Polycarbonatplatten als außenliegende Schutzscheiben bei Verbundsicherheitsgläsern kann problema­ tisch sein hinsichtlich der sehr unterschiedlichen Wärmeaus­ dehnungsindizes Glas/Kunststoff. Die chemische Vorspannung steigert die Temperaturfestigkeit, insbesondere die Tempera­ turwechselbeständigkeit (TWB) häufig nur unzureichend.
Bei den bekannten Verbundsicherheitsgläsern bzw. Glas-Kunst­ stoff-Produkten wird als Flachglas ein Kalknatronglas (wie normales Fensterglas) verwendet, dessen Zusammensetzung bei allen Herstellern nahezu gleich ist. Durchschnittliche Werte sind: 72% SiO2, 14% Na2O (+ K2O), 9% CaO, Rest MgO2 und A2O3.
Der Erfindung liege die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beseitigen und darüber hinaus Verbundsicher­ heitsscheiben mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen. Hierzu gehören Verbesserung der Temperaturfestigkeit, der Säuren-Laugen- und Wasserbeständigkeit, der Knoop-Härte, des Gewichtes, der Reflexion und des Lichttransmissionsgrades.
Die Erfindung, mit welcher die Aufgabe gelöst wird, besteht darin, daß statt des Kalknatronglases ein Borosilicatglas eingesetzt ist. Aufgrund des neu verwendeten Glasmaterials wird neben einem relativ geringen Flächengewicht eine hohe thermische und ballistische Festigkeit erreicht bei höchster chemischer Beständigkeit der Glasoberflächen. Es entsteht eine überraschend hochfeste Verbundscheibe. Kennzeichnend für Borosilicatgläser, deren Anwendungen hauptsächlich in Bereichen der Chemie, Labortechnik und der Pharmazie zu finden sind, ist der wesentliche Anteil von Borsäure (B2O3 < 8%) als Glasbildner (Bortrioxid B2O3, das Anhydrid der Borsäure H3BO3).
Neben der 12%igen Gewichtsverringerung der Borosilicatglas- Verbunde gegenüber üblichen Verbundscheiben gleicher Dicke, ist die sehr geringe Wärmeausdehnung von 3,3 · 10-6/K beson­ ders vorteilhaft und erschließt neue Einsatzgebiete. Der Borosilicatglas-Verbund nimmt mit dieser Eigenschaft eine Sonderstellung ein.
Die geringe spezifische Wärmespannung kennzeichnet seine be­ sondere Temperaturwechsel- und Temperaturunterschiedsfestig­ keit. Diese ermöglichen Verbunde, die, z. B. in gepanzerten Fahrzeugen eingebaut, größte schockartige Temperaturwechsel ohne Risse oder Bruch ertragen.
Durch Sonneneinstrahlung werden dickere Verbundsicherheits­ scheiben bis 80°C erhitzt. Wird eine solche Scheibe durch ein Gewässer (schwimmfähige gepanzerte Fahrzeuge) oder eine Waschanlage gefahren, so besteht das Risiko des Scheibenris­ ses.
Noch größer ist die Gefahr des Verbundscheibenbruchs bei Scheinwerferschutzscheiben, die direkt vor große Suchschein­ werfer montiert werden. Bei Erwärmung der Gläser bis 100°C ist bei einsetzendem Regen ein Temperaturwechsel von knapp 100°C möglich. Bei Borosilicatglasverbunden fällt keine Scheibe durch Bruch aus.
Beim letztgenannten Beispiel werden die Eigenschaften des Borosilicatglas-Verbundes auch hinsichtlich der Temperatur­ unterschiedsfestigkeit (TUF) genutzt. Sie charakterisiert das Verhalten der Scheibe, der Temperaturdifferenz zwischen heißer Scheibenmitte (Brennpunkt des Scheinwerfers) und kal­ tem Scheibenrand standzuhalten. Auch hier ist kein Sicher­ heitsrisiko bei einer TUF von ca. 100°C gegeben.
Eine ballistische Erprobung eines Borosilicatglas-Verbundes erfolgte beim Staatl. Beschußamt Mellrichstadt. Das Flächengewicht eines 22,3 mm dicken Probeaufbaus betrug nur 38 kg/m2, bedingt durch die Verwendung der leichteren Borosilicatglasscheiben und Polycarbonat, verbunden durch spezielle Gießharzzwischenschichten. Geprüft wurde mit dem Revolver 0,44 Magnum, Geschoßmasse 15,55 g, V(2,5) = 444 m/s. Beschußentfernung 5 m, Beschußwinkel 90° Das Trefferbild zeigte ein Dreieck mit einer Seitenlänge von 125 ± 20 mm. Ergebnis: Selbst nach dem 3. Schuß wurde noch keine Splitterbildung festgestellt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt schematisch dargestellt und nachstehend er­ läutert:
Der Verbund besteht aus vier Borosilicatscheiben mit einer jeweiligen Scheibendicke von 6,5 mm. Diese werden durch Gießharzzwischenschichten, Dicke ca. 1 mm, miteinander fest verbunden.

Claims (9)

1. Verbundsicherheitsscheibe, bestehend aus zwei oder mehre­ ren, durch transparente, hochschlagzähe, thermoplastische Folien oder duroplastische Gießharze verbundenen Glasschei­ ben, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasscheiben aus Boro­ silicatglas bestehen.
2. Verbundsicherheitsscheibe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich zwischen den Scheiben ein oder mehre­ re Polycarbonatplatten befinden.
3. Verbundsicherheitsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Aufbau des Gesamtverbundes mit ein oder mehreren Polycarbonatplatten abschließt.
4. Verbundsicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheiben ein oder mehrere Laserschutzfilter angeordnet sind.
5. Verbundsicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheiben wenig­ stens ein bleihaltiges Strahlenschutzglas verklebt ist.
6. Verbundsicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschirmung elektromagne­ tischer Strahlungen eine oder mehrere Scheiben mit dünnen, transparenten, metallischen Schichten belegt sind.
7. Verbundsicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbunde mittels Heiz­ drähten oder leitfähigen Beschichtungen elektrisch beheizbar sind.
8. Verbundsicherheitsscheibe bestehend aus zwei oder mehre­ ren, durch transparente, hochschlagzähe, thermoplastische Folien oder duroplastische Gießharze verbundenen Glasschei­ ben, dadurch gekennzeichnet, daß ihre beiden Oberflächen mit Borosilicatglasscheiben laminiert sind.
9. Verbundsicherheitsscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Bauteil aus Kunststoff mit Borosilicatglas als Außenscheibe verklebt ist.
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