DE4401675C2 - Isolierglasscheibe mit hoher Reflexionsdämpfung für Radarstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optisch transparente Isolierglasscheibe mit hoher Reflexionsdämpfung für Radarstrahlung.

Aus der DE 41 01 074 A1 ist eine aus zwei oder aus drei Glasscheiben bestehende Isolierglasscheibe mit hoher Reflexionsdämpfung für Radarstrahlung bekannt, bei der die Glasscheiben durch Gaszwischenräume voneinander getrennt und die Glasscheiben im Randbereich gasdicht miteinander verbunden sind, und bei der die in Einfallsrichtung der Radarstrahlung gesehen zweite Glasscheibe auf ihrer der ersten Glasscheibe zugewandten Oberfläche eine lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Schicht mit einem Flächenwiderstand zwischen 1200 Ohm/cm²/d(mm) und 3500 Ohm/cm²/d(mm) aufweist, wobei d die Dicke der ersten Glasscheibe bedeutet. Wenn diese bekannte Isolierglasscheibe drei Glasscheiben umfaßt, ist zusätzlich auch die dritte Glasscheibe mit einer derartigen schwach leitfähigen Schicht versehen.

Auch aus der DE 41 03 458 A1 ist ein Verglasungselement mit hoher Reflexionsdämpfung für Radarstrahlung bekannt, die aus zwei oder aus drei Glasscheiben besteht, die durch einen bzw. durch zwei Gaszwischenräume voneinander getrennt sind, und die eine elektrisch leitfähige Oberflächenschicht mit hohem Flächenwiderstand aufweist. Bei diesem bekannten Verglasungselement ist die elektrisch leitfähige Oberflächenschicht auf der der Radar-Strahlungsquelle zugewandten Glasscheibe des Isolierglases angeordnet. Zusätzlich zu dieser elektrisch leitfähigen Schicht mit hohem Flächenwiderstand ist auf der der Radar- Strahlungsquelle abgewandten Glasscheibe des Isolierglases, das heißt auf der dem Raum zugewandten Glasscheibe, eine ebenfalls lichtdurchlässige elektrisch leitfähige Schicht angeordnet, die jedoch eine verhältnismäßig hohe elektrische Leitfähigkeit, nämlich einen Flächenwiderstand von höchstens 50 Ohm, aufweist. Diese elektrisch hoch-leitfähige Schicht dient zur Erhöhung des IR-Reflexionsgrades auf der dem Raum zugewandten Seite und damit zur Verbesserung der thermischen Isolation. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Glasscheiben sind mit Luft gefüllt.

Die hohe Reflexionsdämpfung für Radarstrahlung beruht bei Verglasungselementen dieser Art darauf, daß durch geeignete Wahl der Dicken der Glasscheiben und der Gaszwischenräume die an den einzelnen Grenzflächen auftretenden Radarreflexionen so aufeinander abgestimmt werden, daß sie sich teils durch destruktive Interferenz innerhalb des Verglasungselements auslöschen, und die Radarstrahlung teils in der elektrisch leitenden Schicht mit hohem Flächenwiderstand absorbiert wird. Dieses Prinzip der Reflexionsdämpfung elektromagnetischer Strahlung ist aus der DD-PS 1 46 224 bekannt. Es besteht grundsätzlich darin, interferenzfähige Einzelschichten mit abwechselnd niedrigbrechender und hochbrechender Brechungszahl in Richtung der einfallenden Strahlung hinter einer extrem dünnen absorbierenden Schicht anzuordnen. Beim Auftreffen auf diese absorbierende Schicht mit hohem elektrischen Widerstand wird ein Teil der Radarstrahlung in dieser Schicht absorbiert. Der diese Schicht durchdringende Anteil der Radarstrahlung wird durch Vielfachinterferenzen an den nachfolgenden Schichtgrenzen, insbesondere auch an der hochleitfähigen Schicht auf der der Strahlungsquelle abgewandten Seite, in der Intensität geschwächt, und ein weiterer Anteil wird nach Reflexion beim Wiedereintritt in die extrem dünne Schicht mit hohem Flächenwiderstand absorbiert. Dieses Prinzip setzt voraus, daß die extrem dünne absorbierende Schicht mit hohem Flächenwiderstand auf der der Strahlungsquelle zugewandten Seite der Isolierglasscheibe angeordnet wird.

Aus der DE 40 08 660 C2 ist ferner eine radardämpfende zweischalige Isolierglasscheibe bekannt, bei der ebenfalls die dem Radarsender zugewandte Glasscheibe mit einer schwach leitfähigen radarabsorbierenden Schicht, und die andere Glasscheibe mit einer radarreflektierenden Schicht versehen ist. In diesem Fall ist die radarreflektierende Schicht gerastert. Auch bei dieser bekannten Verglasung wird die Radarenergie nach dem Interferenzabsorberprinzip unterdrückt. Das Raster auf der Innenscheibe der Verglasung soll für eine ausreichende optische Transparenz sorgen, wobei die Maschenweiten der Rasterung entsprechend dem abzudeckenden Frequenzbereich ausgelegt sind.

Zum Stand der Technik gehört es ferner, normale für die Anwendung im Hochbau bestimmte Isolierglasscheiben mit einem anderen Gas als Luft, beispielsweise mit Argon oder mit einem anderen schweren Gas wie Schwefelhexafluorid zu füllen (DE 41 00 697 A1). Die Füllung mit einem schweren Gas dient zur Erhöhung der Schalldämmwirkung des Isolierglases und auch zur Verbesserung der thermischen Isolation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hohe Reflexionsdämpfung für Radarstrahlung von mehr als 10 dB, und vorzugsweise von mehr als 20 dB, bei senkrechter Einstrahlung und gleichzeitig eine hohe Wärmedämmung zu erreichen, und zwar unter Beibehaltung einer hohen Transparenz im sichtbaren Spektralbereich.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Isolierglasscheibe mit dem im Patentanspruch genannten Aufbau gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäß aufgebaute Isolierglasscheiben eine höhere Reflexionsdämpfung aufweisen können als die bekannten Isolierglasscheiben. Das läßt sich möglicherweise dadurch erklären, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung zusätzlich zu der Interferenzauslöschung im Innern der Isolierglasscheibe nunmehr eine höhere Interferenzauslöschung auf der Einstrahlungsseite vor der Isolierglasscheibe erfolgt, weil in diesem Fall der im Innern der Isolierglasscheibe auf die vordere Glasscheibe reflektierte Strahlungsanteil diese Glasscheibe ungeschwächt durchdringen kann, und damit ein größerer Anteil der Strahlung für die Interferenzauslöschung vor der vorderen Glasscheibe zur Verfügung steht.

Zwar ist bei der erfindungsgemäßen Isolierglasscheibe infolge des Wegfalls einer IR-reflektierenden Schicht auf der der Radar-Strahlungsquelle abgewandten Seite die IR- Reflexion geringer und damit die Emissivität größer als bei den bekannten Isolierglasscheiben, so daß der auf diesem Effekt beruhende Anteil der Wärmedämmung weniger ausgeprägt ist. Dieser hinsichtlich der Wärmedämmung nachteilige Effekt wird jedoch erfindungsgemäß dadurch kompensiert, daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen Glasscheiben mit einem hochwärmedämmenden Gas, insbesondere mit einem schweren Edelgas oder mit einer Edelgas-Mischung, gefüllt werden. Als Edelgas für die Füllung der Zwischenräume hat sich insbesondere Krypton bewährt. Im übrigen hat der Wegfall der die Radarstrahlung stark reflektierenden elektrisch hochleitenden Schicht auf der dem Raum zugewandten Seite den nicht unerwünschten Nebeneffekt, daß ein Teil der Radarstrahlung auf dieser Seite austritt und in den Raum eindringt und damit im Sinn des angestrebten Zieles ebenfalls zur Dämpfung der Reflexion beiträgt.

Von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung ist auch der elektrische Flächenwiderstand der absorbierenden Oberflächenschicht für Hochfrequenzstrahlung, der als Hohlraumwellenwiderstand bestimmt wird. Dieser elektrische Widerstand bei beispielsweise 1 GHz kann völlig verschieden sein von dem elektrischen Widerstand für Gleichstrom, wie er bei Oberflächenschichten üblicherweise angegeben wird. Er steht auch nicht in einer bestimmten Relation zu diesem Flächenwiderstand bei Gleichstrom, vielmehr ist diese Relation von dem Material und dem Aufbau der Schicht abhängig.

Für die hochohmige elektrisch leitende Schicht können die üblichen teilreflektierenden Mehrfachschichten mit einer Funktionsschicht aus Silber nicht verwendet werden, da sich die gewünschten hohen Widerstandswerte damit nicht realisieren lassen. Vorzugsweise werden deshalb für diesen Zweck Glasscheiben mit pyrolytisch erzeugten extrem dünnen fluordotierten Zinnoxidschichten verwendet, die nach einem Verfahren hergestellt werden, wie es in der DE 30 10 077 C2 beschrieben ist. Mit diesem bekannten pyrolytischen Beschichtungsverfahren lassen sich problemlos Schichten erzeugen, deren Hohlraumwellenwiderstand in der für den erfindungsgemäßen Zweck notwendigen Höhe liegt.

Durch Veränderung der Dicke der verwendeten Glasscheiben und der Abstände der Glasscheiben voneinander läßt sich die Wirkung der Isolierglasscheibe entsprechend den jeweiligen Anforderungen optimieren.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Isolierglasscheibe mit hoher Dämpfung für Radarstrahlung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Isolierglasscheibe mit hoher Dämpfung für Radarstrahlung;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Isolierglasscheibe mit hoher Dämpfung für Radarstrahlung, und

Fig. 4 ein Diagramm, das die Reflexionsdämpfung der drei Ausführungsformen in Abhängigkeit vom Einstrahlungswinkel der Radarstrahlung darstellt.

Die in Fig. 1 ausschnittsweise im Schnitt dargestellte insgesamt 40 mm dicke Isolierglasscheibe besteht, in Einfallsrichtung der Radarstrahlung gesehen, aus einer der Radar-Strahlungsquelle zugewandten Floatglasscheibe 1 von 6 mm Dicke, einer mittleren Glasscheibe 3 von 16 mm Dicke und einer dem Raum zugewandten Floatglasscheibe 5 von 6 mm Dicke. Die Abstände zwischen den drei Glasscheiben 1, 3 und 5 betragen jeweils 6 mm, und die so gebildeten Zwischenräume 2 und 4, die am Rand in der bei Isolierglasscheiben bekannten Art über abstandhaltende Rahmen und Dichtkleber abgedichtet sind, sind mit Krypton als wärmedämmendem Gas gefüllt. Bei der mittleren Glasscheibe 3 kann es sich um eine monolithische Glasscheibe oder um eine Verbundglasscheibe handeln, falls derart dicke monolithische Glasscheiben nicht zur Verfügung stehen.

Die dem Raum zugewandte Glasscheibe 5 ist auf der an den mit Krypton gefüllten Zwischenraum 4 angrenzenden Seite mit einer hochohmigen elektrisch leitfähigen Schicht 6 mit einem Hohlraumwellenwiderstand von 60 Ohm bei einer Frequenz von 1 GHz versehen. Diese Schicht 6 besteht aus einer pyrolytisch aufgebrachten Schicht aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid.

Diese Isolierglasscheibe weist bei senkrechtem Einfall der Radarstrahlung eine Reflexionsdämpfung R von 20 dB auf. In Abhängigkeit vom Einstrahlungswinkel der Radarstrahlung ändert sich das Ausmaß der Reflexionsdämpfung entsprechend der Kurve A in Fig. 4, aus der hervorgeht, daß die Reflexionsdämpfung bis zu einem Einstrahlungswinkel von etwa 45 Grad zur Normalen mehr als 20 dB beträgt. Mit zunehmendem Einstrahlungswinkel zur Normalen nimmt die Reflexionsdämpfung dann etwa linear bis auf Null dB ab. Diese Isolierglasscheibe weist im übrigen einen gesamten Sonnenenergiedurchlaßwert der Sonnenstrahlung (g-Wert nach DIN 67 507) von 55% auf. Der Wärmedurchgangskoeffizient (k-Wert nach DIN 52 611 Teil 1) dieser Ausführungsform beträgt 1,6 W/m²K.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Isolierglasscheibe mit hoher Reflexionsdämpfung für Radarstrahlen dargestellt. Die hier dargestellte Isolierglasscheibe hat eine Gesamtdicke von 56 mm und setzt sich wieder aus drei Einzelglasscheiben zusammen, nämlich einer der Radar-Strahlungsquelle zugewandten Floatglasscheibe 11 von 12 mm Dicke, einer mittleren Floatglasscheibe 13 von 10 mm Dicke und einer dem Innenraum zugewandten Floatglasscheibe 15 von 6 mm Dicke. Zwischen der äußeren Glasscheibe 11 und der mittleren Glasscheibe 13 ist ein mit Krypton gefüllter 18 mm dicker Zwischenraum 12, und zwischen der mittleren Glasscheibe 13 und der dem Raum zugewandten Glasscheibe 15 ein ebenfalls mit Krypton gefüllter 10 mm dicker Zwischenraum 14 vorgesehen. Die einzelnen Glasscheiben sind wiederum über Abstandsrahmen und geeignete Dichtklebeschichten am Rand gasdicht miteinander verbunden.

Die hochohmige Absorptionsschicht 16 ist in diesem Fall auf der Rückseite der mittleren Glasscheibe 13, das heißt auf der an den mit Krypton gefüllten Zwischenraum 14 angrenzenden Oberfläche angeordnet. Sie besteht aus einer nach dem Verfahren der magnetfeldunterstützten reaktiven Kathodenzerstäubung aufgebrachten Mehrfachschicht aus beispielsweise zwei Schichten aus Zinnoxid und einer zwischen diesen Zinnoxidschichten angeordneten dünnen Zinnschicht. Die Dicke der einzelnen Schichten, insbesondere der Zinnschicht, ist so zu wählen, daß der Hohlraumwellenwiderstand bei einer Frequenz von 1 GHz etwa 100 Ohm beträgt.

Bei den genannten Werten ergibt sich für diese Ausführungsform bei senkrechtem Einfall der Radarstrahlung eine Reflexionsdämpfung der Radarstrahlung von R = 23 dB. Mit zunehmender Erhöhung des Einstrahlungswinkels zur Normalen ergibt sich ein der Kurve B in Fig. 4 entsprechender Verlauf für die Reflexionsdämpfung, die bei einem Einstrahlungswinkel von 45 Grad noch etwa 18 dB beträgt und dann etwa linear auf Null dB bei einem Einstrahlungswinkel von 90 Grad abfällt. Der g-Wert dieser Isolierglasscheibe beträgt wiederum 55%, und der k-Wert 1,6 W/m²K.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit einem verglichen mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen geringeren Glasanteil. Die Gesamtdicke der Isolierglasscheibe beträgt 44 mm. Die auf der Einstrahlungsseite angeordnete Glasscheibe 21 ist eine 10 mm dicke Floatglasscheibe, die mittlere Glasscheibe 23 eine 4 mm dicke Floatglasscheibe, und die auf der dem Raum zugewandten Seite angeordnete Glasscheibe 25 eine 6 mm dicke Floatglasscheibe. Die Dicke des mit Krypton gefüllten Zwischenraums 22 zwischen den Glasscheiben 21 und 23 beträgt 12 mm, und die Dicke des ebenfalls mit Krypton gefüllten Zwischenraums 24 zwischen der mittleren Glasscheibe 23 und der dem Raum zugewandten Glasscheibe 25 ebenfalls 12 mm. Die hochohmige Schicht 26 ist auf der dem mit Krypton gefüllten Zwischenraum 24 zugewandten Seite der hinteren Glasscheibe 25 angeordnet. Sie hat den gleichen Aufbau wie die Schicht 16 in dem voraufgehend beschriebenen Beispiel und weist ebenfalls einen Hohlraumwellenwiderstand von 100 Ohm bei einer Frequenz von 1 GHz auf.

Auch diese Ausführungsform weist eine Reflexionsdämpfung von mehr als 20 dB bei senkrechter Einstrahlung bis zu einem Einstrahlungswinkel von etwa 45 Grad zur Normalen auf, wie Kurve C in Fig. 4 zeigt. Mit zunehmendem Einfallswinkel fällt die Reflexionsdämpfung bis auf Null dB bei einem Einstrahlungswinkel von 90 Grad ab. Der g-Wert dieser Isolierglasscheibe beträgt 60% und der k-Wert wiederum 1,6 W/m²K.

Claims (1)

1. Optisch transparente Isolierglasscheibe mit hoher Reflexionsdämpfung für Radarstrahlung mit folgenden Merkmalen:

   • - die Isolierglasscheibe besteht aus drei Glasscheiben (1, 3, 5; 11, 13, 15; 21, 23, 25), die durch zwei Gaszwischenräume (2, 4; 12, 14; 22, 24) voneinander getrennt sind,
   • - die drei Glasscheiben (1, 3, 5; 11, 13, 15; 21, 23, 25) sind im Randbereich gasdicht miteinander verbunden,
   • - die in Richtung der einfallenden Radarstrahlung gesehen zweite Glasscheibe (3; 13; 23) oder die dritte Glasscheibe (5; 15; 25) ist auf der dem Gaszwischenraum (4; 14; 24) zwischen diesen beiden Glasscheiben zugewandten Seite mit einer elektrisch schwach leitfähigen Oberflächenschicht (6; 16; 26) mit einem Flächenwiderstand (Hohlraumwellenwiderstand) zwischen 50 und 400 Ohm für Hochfrequenzstrahlung von 1 GHz versehen,
   • - die übrigen Oberflächen der Glasscheiben (1, 3, 5; 11, 13, 15; 21, 23, 25) weisen keine Oberflächenbeschichtung auf,
   • - die Gaszwischenräume (2, 4; 12, 14; 22, 24) sind mit einem von Luft verschiedenen Gas mit geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt.