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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl einer polymeren Zwischenlage,
die aufgrund ihrer mechanischen Widerstandseigenschaften ausgewählt werden
soll und beispielsweise vorgesehen ist, in einer Verbundglasscheibe
verwendet zu werden und vorzugsweise dieser Schalldämmeigenschaften verleiht.
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Dabei
ist unter einer polymeren Zwischenlage eine einschichtige oder eine
Verbundzwischenlage, die durch Verbinden von mehreren polymeren Elementen
in Form von Schichten, Harzen oder Filmen gebildet ist, zu verstehen.
Vorzugsweise umfasst mindestens einer der Bestandteile Polyvinylbutyral
(PVB).
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Verbundglasscheiben
sind im Allgemeinen dafür
vorgesehen, dass mit ihnen Fahrzeuge oder Gebäude ausgestattet werden. Sie
besitzen hinsichtlich ihrer mechanischen Widerstandsfähigkeit
große Vorteile.
Dabei erlaubt es bei einem Schlag, bevor das Glas bricht, die Zwischenschicht
vorteilhafterweise, einen Teil der Energie durch viskose Dissipation aufzunehmen.
Die Rolle der Zwischenlage ist auch insoweit wesentlich, da sie
einen großen
Teil des Zusammenhalts der Struktur sicherstellt, wenn das Glas vollständig gerissen
ist, was es aufgrund des Anhaftens der Glaskrümel auf der Lage erlaubt, das
Herumfliegen von Glassplittern und demzufolge die Verletzung von
Personen zu verhindern.
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Weiterhin
wird immer mehr für
einen besseren Komfort gewünscht,
dass es die Zwischenlage der Verbundglasscheibe erlaubt, auch Kriterien
der Schalldämmung
zu erfüllen,
um die Wahrnehmung von Luft- und/oder Körperschall, der über die
Verglasung in den Fahrzeuginnenraum gelangt, abzuschwächen.
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Polyvinylbutyral
(PVB) wird aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften häufig verwendet.
Es kann auch der Verbundglasscheibe Schalldämmeigenschaften verleihen,
wenn seine Zusammensetzung, insbesondere sein Weichmacheranteil,
richtig eingestellt ist.
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Die
Auswahl der Zwischenlage, um Schalldämmeigenschaften sicherzustellen,
erfolgt anhand eines Verfahrens zu der Bestimmung der kritischen Frequenz
der Verbundglasscheibe und dem Vergleich mit der kritischen Frequenz
eines Glasstabes. Ein solches Verfahren ist in dem Patent EP-B-0
100 701 beschrieben, wobei eine Zwischenlage als geeignet angesehen
wird, wenn ein Stab mit einer Länge
von 9 cm und einer Breite von 3 cm, der aus einem Verbundglas besteht,
das zwei 4 mm dicke Glasscheiben umfasst, die über die 2 mm dicke Zwischenlage
miteinander verbunden sind, eine kritische Frequenz hat, die sich
höchstens
um 35 % von derjenigen eines Glasstabes mit derselben Länge, derselben
Breite und einer Dicke von 4 mm unterscheidet.
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Dieses
Auswahlverfahren, das für
jeden Typ einer Zwischenlage gültig
ist, die für
den Einbau in eine Verbundglasscheibe vorgesehen ist, ist nicht
nur auf PVB, sondern auch auf andere Polymerfolien anwendbar.
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Unabhängig davon,
ob PVB oder andere Polymerfolien, gegebenenfalls kombiniert, in
Verbundglasscheiben verwendet werden, um "schalldämmende" Verglasungen zu erhalten, ist es vorrangig, dass
die Zwischenlage mechanischen Widerstandskriterien entspricht.
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Für Gebäude- oder
Kraftfahrzeugverglasungen wird gefordert, dass sie über ein
ausgezeichnetes Reaktionsvermögen
verfügen,
was den Schutz vor Stößen wie
zufälligen
Schlägen,
Darauffallen von Objekten und Personen, Vandalismus und Einbruch durch
den Wurf von Gegenständen
betrifft. Die große Mehrheit
der Verglasungen muss bei ihrer Verwendung wenigstens die Kriterien
der Europäischen Norm
EN 356 bis zur Klasse P2A erfüllen.
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Aus
der europäischen
Patentanmeldung
EP 1 151 855 ist
ein Verfahren zur Bewertung der Reißfestigkeit einer Zwischenlage
bekannt. Für
eine gegebene Dicke der Zwischenlage wird der Wert der kritischen
Energie J
c der Zwischenlage berechnet, der
für die
Energie repräsentativ
ist, die für
die Fortpflanzung eines in der Zwi schenlage ausgelösten Risses
erforderlich ist, wobei, wenn dieser Wert größer als ein Referenzwert ist,
die Zwischenlage das Reißfestigkeitskriterium
erfüllt.
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Von
den Erfindern ist jedoch gezeigt worden, dass bestimmte Zwischenlagen,
obwohl sie das Reißfestigkeitskriterium
erfüllen,
hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit jedoch nicht völlig zufriedenstellend
sind.
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Deshalb
liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswahl
der Qualität
der mechanischen Widerstandsfähigkeit
einer Zwischenlage, gegebenenfalls auch der Schalldämmeigenschaften,
bereitzustellen, durch welches dasjenige ergänzt wird, das bereits vorhanden
und in der Patentanmeldung
EP
1 151 855 beschrieben ist, um die Wirksamkeit einer Zwischenlage,
die für
den Schutz vor Stößen verwendet
wird, vollständig
zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß ist das
Verfahren, das darin besteht, die Reißfestigkeit der Zwischenlage
zu bewerten, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin darin besteht,
die Haftung dieser Zwischenlage an mindestens einem Glassubstrat
zu bewerten, wobei die Haftung der Zwischenlage bewertet wird, indem
einem Probekörper,
der aus der Zwischenlage, die mit zwei Glassubstraten fest verbunden
ist, besteht, eine Torsion mitgeteilt, der Wert der Torsionskraft
oder des Drehmoments, bei welchem die Ablösung der Zwischenlage von mindestens
einem der Substrate beginnt, gemessen, aus diesem Wert die Scherspannung τ berechnet
und dieser Wert mit einem Grenzwert, der mit einer aus PVB gebildeten Referenzzwischenlage
aufgestellt worden ist, verglichen wird.
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Entsprechend
einem erfindungsgemäßen Merkmal
wird die Reißfestigkeit
bewertet, indem
- – der Wert der kritischen Energie
Jc der Zwischenlage, ein Wert, der für die Energie
repräsentativ ist,
die für
die Fortpflanzung eines in der Zwischenlage ausgelösten Risses
repräsentativ
ist, bestimmt wird,
- – der
kritische Energiewert J ~c berechnet wird,
der auf die Dicke bezogen und durch die Relation J ~c = Jc·e1, wobei e1 die Dicke
der Zwischenlage ist, definiert ist, und
- – J ~c mit einem Referenzwert J ~ref verglichen
wird, der für
eine Referenzzwischenlage repräsentativ ist,
die von einer PVB-Folie mit einer Dicke von 0,38 mm gebildet wird,
und welcher 13,3 J/m beträgt,
wobei die Zwischenlage dem Reißfestigkeitskriterium
genügt,
wenn J ~c > J ~ref ist.
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Entsprechend
einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal
stellt sich die auf die Dicke bezogene mechanische Widerstandsfähigkeit
der Referenzzwischenlage mathematisch in Form einer im Wesentlichen
parabolischen Funktion dar, die durch die kritische Energie Jc in Abhängigkeit
von der Adhäsionsspannung τ definiert
ist. Die Zwischenlage, deren mechanische Widerstandsfähigkeit
bewertet werden soll, genügt
dem Reißfestigkeits-
und dem Adhäsionskriterium,
wenn nach Bewertung des kritischen Energie- und des Adhäsionspannungswertes
diese Werte sich innerhalb der Parabolkurve befinden, die ein Minimum
besitzt, das einem kritischen Energiewert Jc von
17500 N/m2 entspricht.
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Die
Zwischenlage wird ausgewählt,
wenn bei einer Temperatur von 20 °C
ihr kritischer Energiewert mehr als 17500 J/m2 und
ihre Scherspannung τ 3,8 bis
6,9 MPa beträgt.
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Insbesondere
wird die Zwischenlage ausgewählt,
wenn bei einer Temperatur von 20 °C
ihr kritischer Energiewert mehr als 22500 J/m2 und
ihre Scherspannung τ 4,8
bis 6,1 MPa beträgt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
besteht auch darin, die Zwischenlage aufgrund der Schalldämmeigenschaften
auszuwählen,
die sie der Verbundglasscheibe verleiht, wobei die Zwischenlage, die
der Auswahl der Schalldämmeigenschaften
entspricht, insbesondere ausgewählt
wird, wenn ein Stab mit einer Länge
von 9 cm und einer Breite von 3 cm, der aus einem Verbundglas besteht,
das zwei Glasscheiben mit einer Dicke von 4 mm, die durch die Zwischenlage
mit einer Dicke von 2 mm verbunden sind, umfasst, eine kritische
Frequenz hat, die sich höchstens
um 35 % von der eines Glasstabes unterscheidet, der dieselbe Länge und
dieselbe Breite und eine Dicke von 4 mm hat.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung, mit welcher die Scherspannung einer Zwischenlage
bewertet wird, erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass sie zwei Spannbackensysteme, die vorgesehen sind,
einen Probekörper
aus einer Verbundglasscheibe, die aus zwei Glassubstraten und der
Zwischenlage besteht, sandwichartig aufzunehmen, wobei eines der
Systeme feststehend ist, während
das andere bewegt und in Umdrehung versetzt werden kann, eine Welle
für die
Umdrehung des Systems mit beweglichen Spannbacken, einen Motor für die Umdrehung der
Welle, ein Gerät
zum Messen des Drehmoments, das zwischen dem Motor und dem System
mit beweglichen Spannbacken angeordnet ist, und ein Gehäuse für die Aufnahme
der Rechenelemente, das einen Anzeigeteil enthält, von welchem die Spannungswerte
abgelesen werden können,
umfasst.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine polymere Zwischenlage, die vorgesehen
ist, in eine Verbundglasscheibe eingebaut zu werden, dadurch gekennzeichnet,
dass sie bei einer Temperatur von 20 °C einen kritischen Energiewert
von mehr als 17500 J/m2 und vorzugsweise
mehr als 22500 J/m2 und eine Scherspannung τ von 3,8
bis 6,9 MPa und vorzugsweise zwischen 4,8 und 6,1 MPa besitzt.
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Entsprechend
einem erfindungsgemäßen Merkmal
weist die Zwischenlage eine Dicke von mindestens 0,76 mm auf.
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Entsprechend
einem anderen erfindungsgemäßen Merkmal
besitzt die Zwischenlage eine Dicke e von mindestens
- – Jc den kritischen Energiewert, der dem Material der
Zwischenlage eigen ist und welcher für die Energie repräsentativ
ist, die für
die Fortpflanzung eines in der Zwischenlage ausgelösten Risses
erforderlich ist,
- – Jref einen kritischen Referenzenergiewert,
der dem kritischen Energiewert einer Folie aus Polyvinylbutyral
(PVB) entspricht und 35100 J/m2 bei einer
Temperatur von 20 °C
und einer Geschwindigkeit der Dehnung der PVB-Folie mit 100 mm/min beträgt, und
- – eref eine Referenzdicke, die derjenigen der PVB-Folie
entspricht und 0,38 mm beträgt,
bedeutet.
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Vorteilhafterweise
verleiht die Zwischenlage der Verbundglasscheibe, für welche
sie vorgesehen ist, Schalldämmeigenschaften.
Insbesondere ist sie derart, dass ein Stab mit einer Länge von
9 cm und einer Breite von 3 cm, der aus einem Verbundglas besteht,
das zwei Glasscheiben mit einer Dicke von 4 mm, die durch diese
Zwischenlage mit einer Dicke von 2 mm verbunden sind, umfasst, eine
kritische Frequenz hat, die sich höchstens um 35 % von derjenigen
eines Glasstabes mit derselben Länge
und derselben Breite und einer Dicke von 4 mm unterscheidet.
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Die
Zwischenlage umfasst ein oder mehrere polymere Elemente und vorzugsweise
mindestens eine PVB-Folie.
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Schließlich ist
die Erfindung auf eine Verbundglasscheibe gerichtet, die mindestens
zwei Glasscheiben und mindestens eine polymere Zwischenlage, insbesondere
auf der Basis von PVB, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zwischenlage bei einer Temperatur von 20 °C einen kritischen Energiewert
von über
17500 J/m2 und vorzugsweise über 22500
J/m2 und eine Scherspannung τ von 3,8 bis
6,9 MPa und vorzugsweise zwischen 4,8 und 6,1 MPa besitzt.
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Vorteilhafterweise
ist diese Verbundglasscheibe eine solche für Fahrzeuge, welche zwei Glasscheiben
mit einer Dicke von jeweils 1,2 bis 2,5 mm und eine mit den zwei
Glasscheiben verbundene Zwischenlage, die eine Dicke von mindestens
0,76 mm besitzt, umfasst.
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Vorzugsweise
verleiht die Zwischenlage dieser Verbundglasscheibe Schalldämmeigenschaften, das
heißt,
dass insbesondere die Zwischenlage derart ist, dass ein Stab mit
einer Länge
von 9 cm und einer Breite von 3 cm, der aus einem Verbundglas besteht,
das zwei Glasscheiben mit einer Dicke von 4 mm, die durch diese
Zwischenlage mit einer Dicke von 2 mm miteinander verbunden sind,
umfasst, eine kritische Frequenz hat, die sich höchstens um 35 % von derjenigen
eines Glasstabes mit derselben Länge
und derselben Breite und einer Dicke von 4 mm unterscheidet.
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Weitere
erfindungsgemäße Merkmale
und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
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1 einen
Schnitt durch eine einfache Verbundglasscheibe, die eine einzige
Zwischenlage aufweist,
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2 schematisch
eine Versuchsvorrichtung zur Bewertung der Reißfestigkeit der Zwischenlage,
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3 die
Veränderung
der Energie in der Spitze eines Risses, der in der Zwischenlage
ausgelöst
worden ist,
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4 die
Zugkraft, die auf die Zwischenlage in Abhängigkeit vom Weg der Dehnung
dieser Zwischenlage ausgeübt
wird,
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5 die
potentielle Energie der Zwischenlage in Abhängigkeit vom Weg der Dehnung
dieser Zwischenlage,
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6 eine
schematische Vorderansicht einer Versuchsvorrichtung zur Bewertung
der Haftung der Zwischenlage an dem Substrat, mit welchem diese
verbunden ist,
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7 eine
Seitenansicht der Vorrichtung von 6 mit Teilschnitt,
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8 die
Kurve der kritischen Energie in Abhängigkeit von der Scherspannung
für ein
0,76 mm dickes PVB und
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9 eine
perspektivische Ansicht einer Abwandlung der Vorrichtung, mit welcher
die Haftung der Zwischenlage an dem Substrat, mit welchem diese
verbunden ist, bewertet wird,
zeigt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist vorgesehen, eine Zwischenlage aufgrund ihrer mechanischen Widerstandsfähigkeit
auszuwählen.
Die Zwischenlage ist dazu bestimmt, in eine einfache oder mehrfache
Verbundglasscheibe eingebaut zu werden, die harten Stößen (Norm
EN 356 bis zur Klasse P2A) oder weichen Stößen (Norm EN 12600) widerstehen
können
muss. Das Verfahren hat zur Aufgabe auszuwählen, ohne die mechanische
Widerstandsfähigkeit
durch einen zerstörenden
Stoß bewerten
zu müssen.
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Zum
Beispiel ist es anschließend
erwünscht zu
wissen, ob sich eine Zwischenlage für den Einbau in eine Verbundglasscheibe
wie eine solche für
Gebäude
oder Kraftfahrzeuge eignet.
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Die
einfache Verbundglasscheibe von 1 umfasst
zwei Glassubstrate 10 und 11, zwischen welchen
eine Zwischenlage 12 mit ihnen fest verbunden angeordnet
ist.
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Für die Auswahl
der Zwischenlage ist es daher erforderlich, ihre mechanische Widerstandsfähigkeit
zu bewerten. Von den Erfindern ist nachgewiesen worden, dass es
günstig
ist, zwei Parameter zu bewerten, welche die Reißfestigkeit der Zwischenlage
und ihre Haftung an dem Substrat, mit welchem sie verbunden ist,
sind.
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Die
Reißfestigkeit
wird auf der Grundlage des Prüf-
und Rechenverfahrens bewertet, das in der Patentanmeldung
EP 1 151 855 erläutert ist,
auf welche wir uns anschließend
beziehen.
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Die
Reißfestigkeit
der Zwischenlage ist von dem Typ des Materials, aus welchem sie
gebildet ist, und ihrer Dicke abhängig. Sie ist charakterisiert
durch einen Energiewert, der für
die Energie repräsentativ ist,
die für
die Fortpflanzung eines in dem Material ausgelösten Risses erforderlich ist.
Diese Energie, die kritische Energie Jc genannt
wird, ist für
jeden Materialtyp anders, ist unabhängig von der Dicke der Folie
und wird in J/m2 angegeben.
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Die
Reißfestigkeit
bzw. kritische Energie J
c ist auf bekannte
Weise durch eine energetische Methode gegeben, die auf dem Rice-Integral
J beruht, das die Energie definiert, die in der Spitze eines Risses
in einer Folie lokalisiert ist, die an der Stelle einer Rissbildung
sehr starken Spannungen ausgesetzt ist. Sie schreibt sich in vereinfachter
mathematischer Form (1):
für eine gegebene Dehnung δ des geprüften Probekörpers, die
im Folgenden als Weg δ bezeichnet
wird, wobei
- – e1 die
Dicke des Probekörpers,
- – a
die Rissgröße und
- – U
die potentielle Energie des Probekörpers
bedeutet.
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Die
weiter unten mitgeteilte Methode zum Berechnen der Energie J in
der Rissspitze ist die von Tielking entwickelte.
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Die
in 2 gezeigte Versuchsvorrichtung ist Folgende:
Es
wurden Zugversuche mittels einer Zugdruckmaschine 2 mit
mehreren Probekörpern,
beispielsweise vier Ex1 bis Ex4,
aus ein und demselben Material und mit derselben Fläche von
100 mm2 (50 mm Länge mal 20 mm Breite) durchgeführt. Jeder
Probekörper wurde
gemäß Bezugszahl 20 auf
seinen Seiten und quer zur Zugkraft mit einer Risslänge a, die
für die Probekörper Ex1 bis Ex4 jeweils
eine andere war und 5, 8, 12 bzw. 15 mm entsprach, eingekerbt.
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Jeder
Probekörper
Ex wurde senkrecht zu dem Riss 20 mit einer Dehnungsgeschwindigkeit
von 100 mm/min über
eine(n) gegebene(n) Dehnungslänge
oder Weg δ in
einer Umgebung mit einer Temperatur von 20 °C gezogen.
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Dieses
Verfahren erlaubt es, eine Kurve C (3) der Veränderung
der Energie J in der Rissspitze in Abhängigkeit von der Dehnung δ, der der Probekörper ausgesetzt
war, aufzustellen und anhand dieser Kurve die kritische Energie
Jc der Auslösung des Reißens des
Probekörpers
zu bestimmen.
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Somit
reißt
bei diesem kritischen Wert Jc das Material
ein und verschlechtert sich demzufolge mechanisch hinsichtlich der
geforderten mechanischen Funktion.
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Die
Kurve C wird nach Stufen erhalten, die anschließend erläutert werden. Die Probekörper sind hier
Polyvinylbutyralfolien mit einer Dicke von 0,38 mm.
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Zunächst wird
für die
Probekörper
Ex1 bis Ex4 die
Kurve C1 (4), die für die Zugkraft repräsentativ
ist, die auf den Probekörper
in Abhängigkeit von
der Dehnung δ ausgeübt wird,
die der Probekörper
erfährt
und welche 0 bis 40 mm beträgt,
gezeichnet.
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Aus
den Kurven C1 der Probekörper
wird anschließend
die potentielle Energie U abgeleitet, die einem gegebenen Weg δ in Abhängigkeit
von der Größe a der
Veränderung
des Risses in Bezug auf seine Anfangsgröße entspricht. Der Messwert
der potentiellen Energie U wird erhalten, indem die Fläche A, die
gleich der schraffierten Fläche
in 4 unter Kurve C1 ist, von 0 mm bis zu dem gegebenen Weg δ, hier 22
mm, für
die schraffierte Fläche,
die dem Probekörper
Ex4 entspricht, berechnet wird.
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Es
wurden acht Wege δ von
3 bis 22 mm betrachtet. Es kann dann für jeden der acht Wege eine in 5 gezeigte
Kurve C2 gezeichnet werden, welche die potentielle Energie U in
Abhängigkeit
von der Größe a, bis
zu welcher sich der Riss verändert
hat, repräsentiert.
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Die
Kurve C2, die die potentielle Energie U darstellt, ist eine Gerade;
weshalb die in Gleichung (1) für
die Energie J formulierte erste Ableitung
die Neigung der Geraden C2
und somit eine Konstante ist. Indem diese Konstante durch die Dicke
e
1 des Probekörpers dividiert wird, wird
der Wert für
J berechnet.
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Nach
Berechnung der Neigungen, die den acht Wegen entsprechen, wird die
Kurve C (3) aufgestellt, die für die Energie
J in Abhängigkeit
vom Weg δ repräsentativ
ist.
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Mittels
einer Videokamera, welche die Fortpflanzung des Risses 20 sichtbar
macht, wird detektiert, bei welchem Weg δc die
Fortpflanzung des Risses im Probekörper beginnt. Mithilfe der
Kurve C wird aus diesem Weg δc der der kritischen Energie Jc entsprechende
Wert abgeleitet.
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Dieser
kritische Wert Jc von 35100 J/m2 für PVB bildet
den Referenzwert Jref für die Energie, oberhalb von
welchem jeder Energiewert, der für
ein anderes Material und entsprechend dem zuvor erläuterten
Verfahren berechnet wird, derart als korrekt angesehen wird, dass
sich dieses Material eignet, um die mechanischen Widerstandskriterien
zu erfüllen.
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Nachdem
der richtige kritische Energiewert Jc berechnet
ist, wird er, wie weiter oben erläutert, auf seine Dicke J ~c (Jc·e1) bezogen, um mit dem Referenzwert für PVB, der
gleich 13,3 J/m ist, verglichen zu werden, und daraus die adäquate Dicke
e abzuleiten, wenn die Dicke et nicht ausreicht.
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Was
die Haftung der Zwischenlage an dem Substrat betrifft, mit welchem
sie verbunden ist, so wird sie auf folgende Weise bewertet.
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Die
Haftungsprüfung
besteht darin, eine Torsionskraft auf einen Probekörper aus
der Verbundglasscheibe auszuüben,
bis die Ablösung
der Zwischenlage von mindestens einem Substrat beginnt.
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Die
Prüfung
wird mit einem runden Probekörper 30 mit
einem Radius r von 10 mm mittels einer Torsionsvorrichtung 3 eines
bekannten Typs, die in 6 veranschaulicht ist, durchgeführt.
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Die
Vorrichtung umfasst drei Spannbacken 31, 32, 33 und
eine Antriebsscheibe 34 mit einem Radius R von 100 mm,
die mit einer Kraftübertragungskette 35 mit
vertikaler Achse verbunden ist. Die Spannbacken haben jeweils derart
die Gestalt eines Kreisbogens mit 120°, dass der gesamte Probekörper festgespannt
wird. Die Oberflächenbeschichtung der
Spannbacken besteht aus einem Material, das sich mechanisch mit
dem Glas verträgt,
beispielsweise Aluminium, Teflon® oder
Polyethylen.
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Eine
Spannbacke wird an einer Grundplatte 36 (7)
befestigt gehalten, während
eine andere Klemmbacke an der Antriebsscheibe 34 befestigt
ist, die vorgesehen ist, sich zu drehen, um auf den Probekörper eine
Torsionskraft auszuüben.
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Die
Umdrehung der Antriebsscheibe wird von der Bewegung der mit ihr
verbundenen Kraftübertragungskette 35 verursacht.
Diese wird mit einer konstanten Geschwindigkeit von mindestens 35
bis 50 mm/min angetrieben.
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Mittels
eines Kraftsensors wird die Kraft F gemessen, die für das Auftreten
des Beginns des Ablösens
der Zwischenlage während
der Torsion des Probekörpers
erforderlich ist.
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Daraus
kann durch Berechnung die Scherspannung mit der bekannten Formel:
wobei F die Kraft, die zum
Auftreten des Beginns der Ablösung
der Zwischenlage erforderlich ist, R den Radius der Antriebsscheibe
und r den Radius des Probekörpers
bedeutet, abgeleitet werden.
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Diese
Vorrichtung ist jedoch voluminös,
weshalb die Prüfungen
zwangsläufig
in einem Labor durchgeführt
werden müssen.
Sie ist somit nicht für Messungen
vom Typ "Verfahrensindikatoren" in einer Produktionslinie
für Verbundglasscheiben
geeignet.
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Jedoch
kann bei der Herstellung von Verbundglasscheiben, obwohl die Zusammensetzung der
polymeren Zwischenlage eingestellt worden ist, damit sie den er findungsgemäß festgelegten
Spannungswerten entspricht, aufgrund von Parametern, die mit dem
Verfahren zur Herstellung der Verbundglasscheibe verbunden sind,
dennoch eine schlechte Haftung der Zwischenlage im Endprodukt auftreten. Dabei
kann es sich beispielsweise um die Lagerbedingungen der Zwischenlage
handeln, wenn der Luftfeuchtigkeitsgehalt nicht entsprechend ist,
und können
die Hydroxylbindungen für
das PVB durch Wasser verändert
werden, was die Klebverbindung der Zwischenlage mit dem Glas beeinträchtigt.
Eine schlechte Haftung kann auch auf eine schlechte Reinigung des
Glases zurückzuführen sein,
wobei die Abscheidung von Ionen zu einem Hydroxylverbrauch führen kann.
Die Kalandrierstufe beim Assemblieren von Glas und Zwischenlage
beeinflusst ebenfalls die Qualität
der Klebverbindung, weshalb Temperatur und Druckkräfte sorgfältig kontrolliert
werden müssen.
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Von
den Erfindern ist auch eine andere Messvorrichtung als die weiter
oben beschriebene entwickelt worden, eine, die vorteilhafterweise
einen geringen Platzbedarf hat und leicht transportierbar ist, um
Messungen während
des Herstellungsvorgangs in der Nähe der Produktionslinie derart
durchführen
zu können,
dass es möglich
wird, als Reaktion auf gemessene schlechte Spannungswerte schnell
in das Verfahren einzugreifen. Diese Vorrichtung bildet somit ein
Hilfsmittel für
die Kontrolle der Herstellungsqualität der Verbundglasscheiben.
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Auf
etwa 60 cm mal 20 cm miniaturisiert, umfasst die Vorrichtung 4 von 9 zwei
Systeme 40 und 41 mit drei Spannbacken, eine rotierende
Welle 42, einen Motor 43 für den Antrieb der Welle, ein
Gerät 44 zur
Messung des Drehmomentes und ein Gehäuse 45, welches die
Rechenelemente aufnimmt.
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Der
runde Probekörper
aus der Verbundglasscheibe ist vorgesehen, sandwichartig zwischen den
zwei Spannbackensystemen 40 und 41 aufgenommen
zu werden, wobei eines 40 der Systeme feststehend ist,
während
das andere in der Lage ist, durch seine Verbindung mit der Welle 42 in
Umdrehung versetzt zu werden. Die Vorrichtung zur Messung des Drehmomentes
wird zwischen dem Motor und dem beweglichen Spannbackensystem 41 angeordnet.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Wel le ist von der Dicke der Folie
abhängig.
Beispielhaft beträgt
bei einer Folie mit einer Dicke von 0,76 mm die Umdrehungsgeschwindigkeit
etwa 0,08 U/min.
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Das
System 41 dreht sich, und wenn sich das gemessene Drehmoment
umkehrt, hat der Beginn der Ablösung
der Zwischenlage stattgefunden. Die Messvorrichtung ist mit den
Rechenelementen im Gehäuse 45 verbunden,
das einen Anzeigeteil enthält,
von welchem der Wert der Spannung τ direkt ablesbar ist. Die Haftung
ist geeignet, wenn sich dieser Wert in dem weiter unten erläuterten
erfindungsgemäß definierten
Bereich befindet.
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Um
die Schwankungen des Wertes der Spannung τ genau zu erfassen, ist es bevorzugt,
die Prüfung
mit mehreren Probekörpern,
beispielsweise mindestens fünf,
zu wiederholen und einen Spannungsmittelwert zusammen mit seiner
Standardabweichung zu berechnen.
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Schließlich wird
der Spannungswert mit einem Grenzwertebereich verglichen, innerhalb
von welchem jeder Wert geeignet ist, um das Adhäsionskriterium zu erfüllen. Der
Eignungsbereich für
die Adhäsionsspannung τ geht von
3,8 bis 6,9 MPa. Dieser Eignungsbereich wurde aufgestellt ausgehend
von einer PVB-Folie, die gegenwärtig
hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit als die leistungsfähigste angesehen
wird, um die Norm EN 356, insbesondere die Klasse (P2A), die eine
PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm charakterisiert, zu erfüllen.
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Zur
Erleichterung der Analyse einer beliebigen Zwischenlage mit der
Referenzzwischenlage, die aus PVB besteht, ist von den Erfindern
nachgewiesen worden, dass die mechanische Widerstandsfähigkeit
durch eine Referenzkurve, die für
die kritische Energie Jc in Abhängigkeit
von der Adhäsionsspannung
repräsentativ
ist, eine Kurve mit im Wesentlichen parabolischer Gestalt, definiert
werden kann.
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Beispielhaft
ist in 7 diese Kurve für eine 0,76 mm dicke PVB-Zwischenlage
gezeigt. Die kritische Energie schwankt in Abhängigkeit von der Dicke, und
bei einer Dicke von 0,76 mm beträgt
der Referenzwert für
die Energie 17500 J/m2. Wie in diesem Diagramm
ist die Energie nicht auf die Dicke bezogen, sodass es für einen
Vergleich mit dieser Kurve günstig
ist, eine Zwischenlage mit derselben Dicke zu prüfen.
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Demzufolge
entspricht der Mindestwert, welchem die kritische Energie genügen muss,
dem Kurvenminimum, nämlich
17500 J/m2, und die Adhäsionsspannung muss sich innerhalb
eines Bereiches befinden, dessen Mitte bei 5,5 MPa liegt und welcher sich
mit der Zunahme des kritischen Energiewertes vergrößert. So
bedeuten die Werte für
die kritische Energie und die Adhäsionsspannung, die für eine zu prüfende Zwischenlage
bewertet worden sind, wenn sie sich innerhalb dieser Parabolkurve
befinden, dass die geprüfte
Zwischenlage hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit
als zufriedenstellend betrachtet wird.
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Um
die zwei Kriterien Reißfestigkeit
und Haftung mit einer akzeptablen Reproduzierbarkeit zu erfüllen, muss
die Zwischenlage eine kritische Energie Jc von über 17500
J/m2 und eine Adhäsionsspannung von 3,8 bis 6,9
MPa besitzen. Unterhalb von 3,8 und oberhalb von 6,9 MPa für die Adhäsionsspannung weist
die Assemblierung des Verbundglases die hohe Wahrscheinlichkeit
eines schlechten mechanischen Verhaltens auf. Zwischen 3,8 und 4,8
und zwischen 6,7 und 6,9 MPa kann angenommen werden, dass die Zwischenlage
der erwarteten mechanischen Widerstandsfähigkeit genügt, wobei diese jedoch nicht
optimal ist.
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Für eine optimale
Zwischenlage ist es bevorzugt, einen Bereich zu betrachten, der
notwendigerweise in der Parabolkurve eingeschlossen ist, hier den
Bereich B. Auch wird eine Zwischenlage, die eine Mindestdicke von
0,76 mm aufweist und den Anforderungen der Klasse P2A entspricht,
ausgewählt, wenn
vorzugsweise die kritische Energie Jc mehr
als 22500 J/m2 und die Adhäsionsspannung τ 4,8 bis
6,1 MPa beträgt.
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Weitere
Bereiche der Adhäsionsspannung τ können für jeden
Typ eines Stoßes
gefunden werden, insbesondere mit relativ geringer Auftreffenergie
und einer großen
Kontaktfläche
(weiche Stöße).
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Wenn
es gewünscht
wird, eine Zwischenlage für
eine Verbundglasscheibe auszuwählen,
die gleichzeitig Schalldämm-
und mechanische Widerstandseigenschaften besitzt, so wird die Zwischenlage
zunächst
aufgrund ihrer Schalldämmeigenschaften
ausgewählt.
Um das zu erreichen, kann man sich auf das Patent EP-B-0 100 701
oder auch auf die Patentanmeldung
EP
0 844 075 beziehen, in welchen zwei Abwandlungen des Auswahlverfahrens
beschrieben sind, die außerdem
in der weiter oben genannten Patentanmeldung
EP 1 151 855 zusammengefasst sind.
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Insbesondere
weist eine Zwischenlage Schalldämmeigenschaften
auf, wenn ein Stab mit einer Länge
von 9 cm und einer Breite von 3 cm, der aus einem Verbundglas besteht,
das zwei Glasscheiben mit einer Dicke von 4 mm, die durch die Zwischenlage
mit einer Dicke von 2 mm miteinander verbunden sind, umfasst, eine
kritische Frequenz besitzt, die sich um höchstens 35 % von derjenigen
eines 4 mm dicken Glasstabes mit derselben Länge und derselben Breite unterscheidet.
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Nach
Auswahl des Materials wird seine Haftung bewertet, indem seine Scherspannung
berechnet wird, die, wenn sie sich in dem gewünschten Bereich befindet, beispielsweise
4,8 bis 6,1 MPa, um die Norm EN 356 in der Klasse P2A zu erfüllen, dann dem
Adhäsionskriterium
entspricht. Schließlich
wird seine Dicke bestimmt, um das mechanische Widerstandskriterium
zu erfüllen.
Die Dicke e der Zwischenlage muss wenigstens gleich sein
- – Jc den kritischen Energiewert, der dem Material der
Zwischenlage eigen ist und welcher für die Energie repräsentativ
ist, die für
die Fortpflanzung eines in der Zwischenlage ausgelösten Risses
erforderlich ist,
- – Jref einen kritischen Referenzenergiewert,
der dem kritischen Energiewert einer Folie aus Polyvinylbutyral
(PVB) entspricht und gleich 35100 J/m2 bei
einer Temperatur von 20 °C
und einer Geschwindigkeit der Dehnung der PVB-Folie mit 100 mm/min
ist, und
- – eref eine Referenzdicke, die derjenigen der PVB-Folie
entspricht und 0,38 mm beträgt,
bedeutet.
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Die
Reißfestigkeit
des Materials, dessen kritische Energie Jc somit
direkt gefunden worden ist, wird erst nach Bewertung der Schalldämmeigenschaften
des Materials und dessen Haftung beurteilt. Um eine Zwischenlage
für eine
schalldämmende Verbundglasscheibe
zu verwenden, welche die Normen für den Schutz vor Stößen erfüllen soll,
wird erfindungsgemäß an erster
Stelle das Material ausgewählt,
das adäquat
ist, um den Schalldämmeigenschaften
zu entsprechen, und werden anschließend die Hafteigenschaften
dieses Materials geprüft,
um daraus die Dicke e abzuleiten, die erforderlich ist, um die Reißfestigkeitskriterien
zu erfüllen.
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Es
ist festzustellen, dass die Verbundglasscheibe, die hinsichtlich
der mechanischen Widerstandsfähigkeit
zufriedenstellend ist, eine einschichtige Zwischenlage mit der Dicke
e oder eine Vielzahl von Zwischenlagen, die durch verschiedene Substrate
voneinander getrennt sind, umfassen kann, wobei die Summe der Dicken
der Zwischenschichten der berechneten Dicke e entspricht.