Windschutzscheibe mit verbessertem Aufprallschutz
Die Erfindung betrifft eine Windschutzscheibe mit verbessertem Aufprallschutz, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
Verbundscheiben, welche mindestens zwei Scheiben und mindestens eine zwischen den Scheiben eingeklebte Polymerfolie umfassen, sind seit Jahrzehnten massenhaft in verschiedenen technischen Gebieten, insbesondere bei der Gebäudeverglasung und im Fahrzeugbau, im Einsatz. Die Auswahl der eingesetzten Materialien und die Dimensionierung der Komponenten erfolgt in Abhängigkeit von den Anforderungen des speziellen Einsatzzwecks, insbesondere hinsichtlich der gewünschten mechanischen Belastbarkeit der fertigen Verglasung, unter Beachtung der durch die Rahmung und etwaige Anbauteile gesetzten Randbedingungen.
In der US 3,437552 A sind Verbundscheiben umfassend zwei Glasscheiben und eine dazwischenliegende Polyvinylbutyral (PVB)-Schicht offenbart.
Die US 6,708,595 B1 offenbart eine Panzerverbundglasscheibe für Kraftfahrzeuge, welche eine Stapelfolge aus mehreren Scheiben und mehreren dazwischenliegenden klebefähigen Zwischenschichten umfasst.
Speziell in der Automobilindustrie gibt es im Zuge der Bemühungen um eine Gewichtsreduzierung und damit erzielbare Kraftstoff- bzw. Stromeinsparung einen Trend zur Verwendung dünnerer und damit leichterer Gläser in Verbundglasscheiben. Gleichwohl müssen diese Verglasungen definierten mechanischen Anforderungen genügen, die in einschlägigen Industrienormen fixiert sind. Dabei steigen nicht nur die Sicherheitsanforderungen im Hinblick auf Fahrzeuginsassen, sondern auch gegenüber anderen Verkehrsteilnehmern wie Fußgängern. Im Falle eines Frontalzusammenstoßes zwischen einem Fußgänger und einem Auto prallt der Fußgänger mit hoher Wahrscheinlichkeit auf der Motorhaube des Autos auf, wobei sein Kopf auf der Windschutzscheibe des Autos aufschlägt. Dabei kann es zu einer schweren bis hin zu tödlichen Verletzung des Fußgängers kommen, insbesondere, wenn dessen Kopf die Windschutzscheibe durchschlägt und auf weitere Gegenstände wie das Armaturenbrett auftrifft.
JP 2008 133141 A offenbart eine Verbundscheibe umfassend eine Zwischenschicht, die einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei im ersten Bereich der Zwischenschicht eine höhere Zugsteifigkeit vorliegt als im zweiten Bereich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Windschutzscheibe bereitzustellen, die einerseits eine höhere Unfallsicherheit für Passanten bietet und andererseits die einschlägigen Normen für die mechanische Belastbarkeit von Windschutzscheiben gewährleistet.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Windschutzscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Windschutzscheibe umfasst zumindest eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe, die mittels einer thermoplastischen Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die umlaufende Kante der Windschutzscheibe weist vier Abschnitte auf, die in Bezug auf die Einbausituation der Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug als Motorkante, Dachkante und Seitenkanten bezeichnet werden, wobei zwei einander gegenüberliegende Seitenkanten die Motorkante und die Dachkante miteinander verbinden. Die erste Scheibe weist eine außenseitige Oberfläche I und eine innenraumseitige Oberfläche II auf. Die zweite Scheibe weist eine außenseitigen Oberfläche III und eine innenraumseitige Oberfläche IV auf. Die außenseitigen Oberflächen der Scheiben sind im Einbauzustand der Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug der Fahrzeugumgebung zugewandt, während die innenraumseitigen Oberflächen jeweils die dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberflächen der Scheiben bezeichnen. Die innenraumseitige Oberfläche II der ersten Scheibe ist mit der außenseitigen Oberfläche III der zweiten Scheibe über die thermoplastische Zwischenschicht verbunden. Die erste thermoplastische Zwischenschicht weist zumindest einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich auf, wobei die Zwischenschicht im ersten Teilbereich eine erste Polymerfolie mit einer ersten Steifigkeit und im zweiten Teilbereich eine zweite Polymerfolie mit einer zweiten Steifigkeit umfasst. Der zweite Teilbereich befindet sich angrenzend zur Motorkante der Windschutzscheibe, wobei die zweite Polymerfolie die Zwischenschicht entlang der Motorkante ausbildet und sich von dort in Richtung der Dachkante der Windschutzscheibe erstreckt. Die zweite Steifigkeit der zweiten Polymerfolie ist dabei höher als die erste Steifigkeit der ersten Polymerfolie, so dass die thermoplastische Zwischenschicht in Nachbarschaft zur Motorkante eine verbesserte Steifigkeit besitzt. Als Maß für die Steifigkeit der Folien kann das Elastizitätsmodul der ersten und der zweiten Polymerfolie betrachtet werden. Der Wert des Elastizitätsmoduls steigt mit dem Widerstand, den ein Material seiner elastischen Verformung entgegensetzt. Somit ist ein Material mit einem höheren Elastizitätsmodul steifer als ein Material mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul. Die erste Polymerfolie weist dabei ein Elastizitätsmodul von kleiner als 20 MPa und die zweite
Polymerfolie ein Elastizitätsmodul von größer als 100 MPa auf, jeweils gemessen nach Norm ASTM D882. Die Dicke der ersten Polymerfolie weicht um weniger als 10 % von der Dicke der zweiten Polymerfolie ab.
Versuche der Erfinder haben gezeigt, dass die Windschutzscheibe im Bereich der zweiten Polymerfolie benachbart zur Motorkante eine verbesserte mechanische Stabilität beim Aufschlag eines Gegenstands auf der Windschutzscheibe besitzt. Dabei verringert oder verhindert die steifere Polymerfolie das Eindringen des Kopfes in die Windschutzscheibe, wenn das Glas bereits zerbrochen ist. Eine solche Windschutzscheibe bietet auch im Falle eines Verkehrsunfalls unter Beteiligung eines Passanten eine höhere Sicherheit für diesen, da bei einem Frontalzusammenstoß die Verformung der Windschutzscheibe durch den Aufprall des menschlichen Kopfes vermindert wird. Dadurch wird ein Aufprall des Kopfes auf hinter der Windschutzscheibe im Fahrzeuginnenraum befindliche Gegenstände vermieden oder vermindert. Die zweite Polymerfolie mit höherer Steifigkeit verfügt über eine geringere Dehnbarkeit, das heißt die maximale Dehnung vor dem Reißen der Folie ist reduziert im Vergleich zur ersten Polymerfolie. Insofern ist es vorteilhaft über den zweiten Teilbereich hinausgehend auch einen ersten Teilbereich mit erster Polymerfolie auszuführen. Die Foliendicken der ersten und der zweiten Polymerfolie sollten möglichst ähnlich gewählt werden um beim Laminieren der Verbundscheibe Spannungen in dem Bereich zu vermeiden, in dem die erste Polymerfolie und die zweite Polymerfolie aneinander grenzen.
Die Windschutzscheibe ist zur Abtrennung eines Fahrzeuginnenraums von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Die Windschutzscheibe ist also eine Fensterscheibe, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist. Die Windschutzscheibe ist zwischen der Motorhaube, dem Karosseriedach und den A-Holmen der Fahrzeugkarosserie in die dafür vorgesehene Öffnung der Karosserie eingelassen. Die im Einbauzustand dem Motorbereich des Fahrzeugs nächstliegende Kante der Windschutzscheibe wird als Motorkante bezeichnet, während die der Motorkante gegenüberliegende Kante Dachkante genannt wird und benachbart des Fahrzeugdachs orientiert ist. Die beiden Kanten der Windschutzscheibe, die benachbart der A-Holme, auch als A-Säulen, verlaufen, werden als Seitenkanten der Windschutzscheibe bezeichnet und verbinden die Motorkante und die Dachkante miteinander. Die erste Scheibe stellt die Außenscheibe der Windschutzscheibe dar, die der äußeren Fahrzeugumgebung zugewandt ist, während die zweite Scheibe der Windschutzscheibe die Innenscheibe bildet, die zum Fahrzeuginnenraum orientiert ist. Es versteht sich, dass die erste Scheibe, die zweite Scheibe und die thermoplastische Zwischenschicht im Wesentlichen die gleichen äußeren Abmessungen haben. Diejenige Oberfläche der jeweiligen Scheibe, welche in Einbaulage der
äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt ist, wird als außenseitige Oberfläche bezeichnet. Diejenige Oberfläche der jeweiligen Scheibe, welche in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt ist, wird als innenraumseitige Oberfläche bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe ist über die thermoplastische Zwischenschicht mit der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe verbunden. Üblicherweise wird die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe als „Seite I“ bezeichnet, die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe als „Seite II“, die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe als „Seite III“ und die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe als „Seite IV“.
Die erfindungsgemäße Windschutzscheibe weist einen ersten Flächenbereich, als erster Teilbereich bezeichnet, auf und einen zweiten Flächenbereich, auch zweiter Teilbereich genannt, auf. Es können auch mehrere erste Teilbereiche und/oder zweite Teilbereiche vorhanden sein, wobei die Steifigkeit der zweiten Polymerfolien in den zweiten Teilbereichen in jedem Fall höher ist als die Steifigkeit der ersten Polymerfolien in den ersten Teilbereichen. Die erste Polymerfolie oder ersten Polymerfolien und die zweite Polymerfolie oder zweiten Polymerfolien ergeben gemeinsam die thermoplastische Zwischenschicht, die die erste Scheibe und die zweite Scheibe vollflächig verbindet. Die thermoplastische Zwischenschicht umfasst erfindungsgemäß zumindest eine erste Polymerfolie mit einer ersten Steifigkeit und eine zweite Polymerfolie mit einer zweiten Steifigkeit. Die thermoplastische Zwischenschicht kann einen oder mehrere weitere Folien umfassen. Dies können zum Beispiel Folien sein, die elektrisch schaltbare Funktionen haben oder gefärbte Bereiche. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Windschutzscheibe nur einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich auf, die zusammen die Gesamtfläche der Windschutzscheibe bedecken.
Die erste Polymerfolie und die zweite Polymerfolie können jeweils einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut sein. In einer möglichen Ausführungsform ist die erste Polymerfolie als Folien-Laminat ausgeführt und/oder die zweite Polymerfolie als Folien-Laminat ausgeführt, beispielsweise als Folien-Laminat mit drei Schichten. Bevorzugt sind die erste Polymerfolie und die zweite Polymerfolie als einschichtige Folien ausgeführt.
Bevorzugt nimmt der zweite Teilbereich weniger als 60 %, bevorzugt weniger als 50%, besonders bevorzugt 10 % bis 40 %, insbesondere 20 % bis 40 % der Gesamtfläche der Windschutzscheibe ein. Je höher die Steifigkeit einer Polymerfolie, desto unflexibler ist die Folie, womit eine verringerte Reißfestigkeit und verminderte Fließfähigkeit bei Lamination einhergehen. Die zweite Polymerfolie mit erhöhter Steifigkeit weist somit diese Nachteile auf, während die erste Polymerfolie eine gute Reißfestigkeit und Fließfähigkeit im erwärmten
Zustand zeigt. Bei einem vollflächigen Einbringen der zweiten Polymerfolie in der Verbundscheibe ist eine verschlechterte Verbundqualität der Windschutzscheibe zu erwarten. Wird jedoch die erste Polymerfolie vollflächig verwendet, so kann nicht die gewünschte verminderte Verformung der Windschutzscheibe erzielt werden. Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass die genannten bevorzugten Flächenanteile des zweiten Teilbereichs ausreichen um bei Verkehrsunfällen mit Fußgängern die Eindringtiefe des Kopfes in die Windschutzscheibe zu vermindern. Der verbleibende erste Teilbereich ist dabei ausreichend groß um eine gute Anbindung der Scheiben der Windschutzscheibe zu gewährleisten. Somit kann eine verbesserte Verkehrssicherheit bei gleichbleibender mechanischer Stabilität der Windschutzscheibe erreicht werden.
Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Teilbereich zumindest abschnittsweise ausgehend von der Motorkante der Windschutzscheibe um einen Betrag in Richtung der Dachkante der Windschutzscheibe, der 10 % bis 60 %, bevorzugt 15 % bis 50 %, besonders bevorzugt 20 % bis 30 % der Höhe der Windschutzscheibe entspricht. Die Höhe der Windschutzscheibe wird dabei bestimmt, indem an der betreffenden Position der Motorkante der dort vorliegende kürzeste Abstand zur Dachkante gemessen wird. Anschließend wird der Betrag, um den sich der zweite Teilbereich in Richtung der Dachkante erstreckt, an derselben Position der Motorkante als kürzester Abstand zwischen Motorkante und in Richtung der Dachkante versetzter Kante der zweiten Polymerfolie bestimmt, wodurch sich die Höhe der zweiten Polymerfolie an dieser Position entlang der Motorkante ergibt. Diese Höhe der zweiten Polymerfolie wird ins Verhältnis zur Höhe der Windschutzscheibe gesetzt, jeweils gemessen an der gleichen Position entlang der Windschutzscheibe, wodurch der relative Betrag erhalten wird um den der zweite Teilbereich sich von der Motorkante in Richtung der Dachkante erstreckt. Die Höhe bis zu der sich die zweite Polymerfolie erstreckt wird in Abhängigkeit der Fahrzeuggeometrie festgelegt, wobei vorzugsweise der Bereich, in dem der Kopf eines Fußgängers bei einem Unfall mit hoher Wahrscheinlichkeit auftreffen würde, mit der zweiten Polymerfolie versehen ist. Die zweite Polymerfolie ist in Nachbarschaft zur Motorkante angebracht und erstreckt sich von dort aus zumindest abschnittsweise bis zu der genannten Höhe der Windschutzscheibe. Abschnittsweise bedeutet dabei, dass die zweite Polymerfolie in zumindest einem Abschnitt entlang der Motorkante der Windschutzscheibe bis zu der genannten Höhe in Richtung der Flächenmitte in die Windschutzscheibe hineinragt, in anderen Abschnitten aber auch eine geringere Höhe aufweisen kann. Die Oberkante der zweiten Polymerfolie, also die Kante der zweiten Polymerfolie, die den größten Abstand zur Motorkante der Windschutzscheibe aufweist, verläuft dabei vorzugsweise geradlinig oder gebogen zwischen den Seitenkanten der Windschutzscheibe.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Größe des zweiten Teilbereiches so gewählt ist, dass im Einbauzustand der Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug die Größe des zweiten Teilbereichs mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90% der Fläche der Projektion des Armaturenbretts des Kraftfahrzeugs auf die Windschutzscheibe entspricht. Besonders bevorzugt entspricht die Größe des zweiten Teilbereichs mindestens der Fläche der Projektion des Armaturenbrettes auf die Windschutzscheibe. Ein häufiges Unfallszenario bei Beteiligung von Fußgängern besteht darin, dass der Kopf des Fußgängers im Bereich des Armaturenbretts auf der Windschutzscheibe aufkommt. Wird in diesem Bereich die Windschutzscheibe durchbrochen, so trifft der Kopf des Fußgängers unmittelbar auf das dahinterliegende Armaturenbrett, wobei die Wahrscheinlichkeit schwerer Verletzungen steigt. Insofern ist es vorteilhaft den Bereich der Windschutzscheibe, der im Einbauzustand von einer Projektion des Armaturenbrettes auf die Scheibe bedeckt wird, als zweiten Teilbereich mit zweiter Polymerfolie auszuführen, wodurch nach dem Bruch der Scheibe die Eindringtiefe des Kopfes in die Windschutzscheibe verringert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn sich hinter der Windschutzscheibe andere Elemente befinden, wie das Armaturenbrett oder ein HUD-Projektor. Durch die geringere Eindringtiefe des Kopfes wird das Risiko eines zweiten Aufpralls auf ein hinter der Windschutzscheibe liegendes Element erheblich verringert. Das hinter der Windschutzscheibe liegende Element, beispielsweise das Armaturenbrett, ist im Vergleich zum zerbrochenen Glas wesentlich steifer. Dadurch führt ein solcher zweite Aufprall zu einer starken Abbremsung des Kopfes des Fußgängers, was oft schwere Verletzungen hervorruft. Daher ist es wünschenswert, den zweiten Aufprall zu vermeiden oder die kinetische Energie des Kopfes vor dem zweiten Aufprall ausreichend zu reduzieren. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Windschutzscheibe möglich.
Die Dicke der ersten Polymerfolie weicht bevorzugt um weniger als 5 %, von der Dicke der zweiten Polymerfolie abweicht. Die Dicken des ersten Typs Polymerfolie und des zweiten Typs Polymerfolie sind im Wesentlichen gleich. Dies verhindert Spannungen in der Verbundglasscheibe aufgrund von Dickenvariationen am Übergang zwischen erstem und zweiten Teilbereich.
Die erste Polymerfolie und die zweite Polymerfolie umfassen jeweils eine oder mehrere Einzelschichten. Die Dicke der ersten Polymerfolie und der zweiten Polymerfolie beträgt bevorzugt jeweils zwischen 300 pm und 1000 pm, besonders bevorzugt zwischen 500 pm und 900 pm, insbesondere zwischen 650 pm und 850 pm. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Dicke der ersten und zweiten Polymerfolie gleich ist. Grundsätzlich können auch dickere oder dünnere Polymerfolien eingesetzt werden, und auch geringfügige Dickenunterschiede zwischen der Polymerfolie des ersten Typs und der Polymerfolie des
zweiten Typs sind gegebenenfalls hinnehmbar; der vorstehend genannte Dickenbereich und Dieken-Übereinstimmung zwischen beiden Folien sind jedoch technologisch vorteilhaft.
Die erste Polymerfolie und/oder die zweite Polymerfolie umfassen bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), lonomere und/oder Ethylenvinylacetat (EVA). Diese Materialien haben sich als besonders geeignet erwiesen hinsichtlich einer sicheren Anbindung der Scheiben zueinander.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Polymerfolie eine PVB-Folie mit einem Elastizitätsmodul von kleiner als 20 MPa, während die zweite Polymerfolie eine PVB-Folie mit einem Elastizitätsmodul von größer als 100 MPa ist, jeweils gemessen nach Norm ASTM D882.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der erste Typ Polymerfolie eine PVB-Folie mit einem Elastizitätsmodul von kleiner als 20 MPa und der zweite Typ Polymerfolie eine lonomer-Folie mit einem Elastizitätsmodul von größer als 300 MPa, jeweils gemessen nach Norm ASTM D882 ist.
Grundsätzlich können aber sowohl für den ersten Flächenbereich als auch für den zweiten Teilbereich Polymerfolien mit anderer chemischer Zusammensetzung verwendet werden, sofern diese den übrigen Anforderungen hinsichtlich Transparenz und Langlebigkeit entsprechen und die oben genannte Relation zwischen den Steifigkeiten bzw. Elastizitätsmodulen der ersten und zweiten Polymerfolie eingehalten wird.
Grundsätzlich ist es im Hinblick auf eine möglichst große Belastbarkeit der Windschutzscheibe erstrebenswert, größere Flächenanteile mit der zweiten Polymerfolie zu versehen, jedoch ist dies aufgrund der geringeren Reißfestigkeit der zweiten Polymerfolie und aus Kostengründen in der Regel nicht wünschenswert. Der zweite Teilbereich mit zweiter Polymerfolie weist bevorzugt einen Flächenanteil von weniger als 60%, besonders bevorzugt von weniger als 50 %, insbesondere von weniger als 40 % der Gesamtfläche der Windschutzscheibe hat. Dies ist ausreichend um den Scheibenbereich benachbart zur Motorkante abzudecken und darüber hinaus den Anteil des zweiten Teilbereichs möglichst gering zu halten, was vorteilhaft ist hinsichtlich der verbesserten Reißfestigkeit der ersten Polymerfolie.
Die erste Polymerfolie weist eine erste umlaufende Folienkante und die zweite Polymerfolie eine zweite umlaufende Folienkante auf. Die erste Polymerfolie und die zweite Polymerfolie
grenzen am Übergang zwischen erstem Teilbereich und zweitem Teilbereich aneinander. Dort besteht ein unmittelbarer Kontakt zwischen einem Abschnitt der der ersten umlaufenden Folienkante und einem Abschnitt der zweiten umlaufenden Folienkante, wobei die beiden in unmittelbarem Kontakt stehenden Folienkanten eine gemeinsame Kontaktkante ausbilden. Die Kontaktkante erstreckt sich bevorzugt zwischen den Seitenkanten der Windschutzscheibe, wobei die Kontaktlinie an den Seitenkanten der Windschutzscheibe enden kann, aber nicht muss. Das bedeutet, dass die Kontaktkante an einer oder beiden Seitenkanten der Windschutzscheibe auf die jeweilige Seitenkante treffen kann.
Der zweite Teilbereich, in dem die zweite Scheibe über die zweite Polymerfolie mit der dritten Scheibe verbunden ist, kann prinzipiell jede beliebige Form aufweisen und hat bevorzugt die Form eines Rechtecks oder eines abgerundeten Rechtecks oder eines Halbkreises oder einer Halbellipse, jeweils angrenzend an die Motorkante der Windschutzscheibe. Je nach Geometrie der Windschutzscheibe sind auch andere Formen möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Kontaktkante geradlinig zwischen den Seitenkanten und endet an den Seitenkanten der Windschutzscheibe. Für eine geradlinige Kontaktkante hat sich ein im Einbauzustand der Windschutzscheibe im Fahrzeug waagerechter Verlauf als vorteilhaft erwiesen um die mit der zweiten Polymerfolie einhergehenden verbesserten Sicherheitseigenschaften gleichmäßig in allen Bereichen entlang der Motorkante zu erzielen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktkante einen gebogenen Verlauf auf, wobei in den Bereichen der Windschutzscheibe, in denen mit dem Aufprall einer Person nicht zu rechnen ist, Material der zweiten Polymerfolie eingespart werden kann, während in Bereichen mit einer hohen Aufprallwahrscheinlichkeit die Höhe des zweiten Teilbereichs größer gewählt werden kann.
Die erste Scheibe und die zweite Scheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt, besonders bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Quarzglas, Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas, oder aus starren klaren Kunststoffen, beispielsweise Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat.
Die erste Scheibe und die zweite Scheibe und die dritte Scheibe können unabhängig voneinander aus nicht vorgespanntem, teilvorgespanntem oder vorgespanntem Glas
bestehen. Sollen die erste Scheibe und/oder die zweite Scheibe eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Die erste und die zweite Scheibe weisen bevorzugt eine Dicke von jeweils 0,8 mm bis 2,5 mm, besonders bevorzugt von 1 ,2 mm bis 2,2 mm, auf. Die Dicke der ersten Scheibe beträgt typischerweise von 1 ,0 mm bis 2,5 mm. Die Dicke der zweiten Scheibe beträgt bevorzugt zwischen 0,8 mm und 2,1 mm. Die Dicke der ersten Scheibe ist vorzugsweise größer als die Dicke der zweiten Scheibe. Beispielsweise kann die erste Scheibe 2,1 mm und die zweite Scheibe 1 ,1 mm dick sein oder die erste Scheibe 1 ,8 mm und die zweite Scheibe 1 ,4 mm dick sein oder die erste Scheibe 1 ,6 mm und die zweite Scheibe 1 ,1 mm dick sein oder die erste Scheibe 1 ,6 mm und die zweite Scheibe 0,7 mm dick sein oder die erste Scheibe 1 ,4 mm und die zweite Scheibe 1 ,1 mm dick sein.
Die erste Scheibe, die zweite Scheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Tönung der Außenscheibe, Innenscheibe und der thermoplastischen Zwischenschicht wird in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung der Verbundscheibe gewählt. Für Windschutzscheiben ist eine hohe Transmission im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums erwünscht und es wird auf dunkle Tönungen der Komponenten verzichtet. Die Gesamttransmission durch die Windschutzscheibe beträgt in einer Ausgestaltung als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs größer 70%, bezogen auf die Lichtart A. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben.
Die erfindungsgemäße Fahrzeug-Verbundscheibe ist bevorzugt in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen, wie es für Kraftfahrzeugscheiben üblich ist, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen. Das Verbundglas kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
Die erste Scheibe, die zweite Scheibe und/oder die thermoplastische Zwischenschicht können weitere geeignete, an sich bekannte Beschichtungen aufweisen, beispielsweise Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen oder Sonnenschutzbeschichtungen oder Low-E- Beschichtungen.
Automobilverglasungen, insbesondere Windschutzscheiben, Heckscheiben und Dachscheiben, weisen meist einen umlaufenden peripheren Abdeckdruck aus einer opaken Emaille auf, der insbesondere dazu dient, den zum Einbau der Scheibe verwendeten Kleber vor UV-Strahlung zu schützen und optisch zu verdecken. Bevorzugt weist zumindest die als Außenscheibe verwendete erste Scheibe einen solchen Abdeckdruck auf, besonders bevorzugt sind sowohl die erste Scheibe als auch die zweite Scheibe (Innenscheibe und Außenscheibe) bedruckt, so dass die Durchsicht von beiden Seiten gehindert wird. Der opake Abdeckdruck ist beispielsweise in Form eines Siebdrucks aufgebracht, so dass dieser Siebdruck das Sichtfeld der Scheibe umschreibt bzw. dessen äußeren Rand bildet. Eventuell im Randbereich der Scheibe angeordnete elektrische Leiter sowie bei beschichteten Scheiben ein gegebenenfalls vorgesehener beschichtungsfreier Randbereich sind bevorzugt von diesem Abdeckdruck verdeckt und werden so optisch kaschiert. Der opake Siebdruck kann in einer beliebigen Ebene der Verbundglasscheibe angebracht werden.
Die Erfindung umfasst weiter ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Windschutzscheibe, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Bereitstellen einer ersten Scheibe oder einer zweiten Scheibe, b) Auflegen einer thermoplastischen Zwischenschicht umfassend eine erste Polymerfolie und eine zweite Polymerfolie auf die erste Scheibe oder die zweite Scheibe, c) Abschließen des Schichtstapels mit der zweiten Scheibe oder ersten Scheibe, d) Laminieren des Schichtstapels aus zumindest erster Scheibe, thermoplastischer Zwischenschicht und zweiter Scheibe zur Windschutzscheibe.
Die thermoplastische Zwischenschicht kann in Schritt b) aufgelegt werden, indem die erste Polymerfolie und die zweite Polymerfolie gleichzeitig oder nacheinander aufgelegt werden. Der Zuschnitt der ersten Polymerfolie und der zweiten Polymerfolie erfolgt vor oder nach Auflegen der ersten Polymerfolie und der zweiten Polymerfolie in Schritt b), jedoch in jedem Fall vor Schritt c). Die erste Polymerfolie und/oder die zweite Polymerfolie kann auch in Form mehrerer Folien, beispielsweise zweier oder mehrerer thermoplastischen Folien ausgeführt werden.
Sollen auf den zur thermoplastischen Zwischenschicht weisenden Oberflächen der ersten
Scheibe und der zweiten Scheibe Beschichtungen, wie beispielsweise
Sonnenschutzbeschichtungen oder heizbare Beschichtungen aufgebracht werden, so erfolgt das Verbinden der Scheiben zum Verbundglas bevorzugt nachdem die Beschichtung aufgebracht worden ist. Umfasst die Windschutzscheibe Beschichtungen, die elektrisch kontaktiert werden sollen, so findet die elektrische Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schichten über Sammelleiter oder andere geeignete elektrische Leiter vor dem Laminieren der Verbundscheibe statt.
Eventuell vorhandene Drucke, beispielsweise opake Abdeckdrucke, werden bevorzugt im Siebdruckverfahren aufgebracht.
Das Verbinden der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe über die thermoplastische Zwischenschicht zur Windschutzscheibe erfolgt bevorzugt durch Laminieren unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck. Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe verwendet werden. Beim Laminieren fließt das erhitzte, fließfähige thermoplastische Material, so dass ein stabiler Verbund hergestellt wird.
Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 80°C bis 110 °C. Die erste Scheibe, die thermoplastische Zwischenschicht und die zweite Scheibe können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer Scheibe verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Scheiben bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 °C bis 150 °C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt. Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen die Scheiben innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen Windschutzscheibe in Kraftfahrzeugen, besonders bevorzugt in einem Personenkraftwagen. Die Erfindung kann auch bei zusammenhängenden Panorama-Verglasungen eingesetzt werden, in denen die Windschutzscheibe einen Teilbereich des Dachs mit umfasst.
Alle genannten Normen beziehen sich auf deren zum Anmeldetag gültige Fassung.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sei denn Ausführungsbeispiele und/oder ihre Merkmale sind explizit nur als Alternativen genannt oder schließen sich aus.
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Die Zeichnungen sind vereinfachte, schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnungen schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windschutzscheibe,
Fig. 2 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windschutzscheibe, und
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Windschutzscheibe,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Windschutzscheibe,
Fig. 5 ein Diagramm mit Verformungskurven einer Probe P1 laminiert mit einer zweiten Polymerfolie 3.2 im Vergleich zu einer Verformungskurve einer Vergleichsprobe VP laminiert mit einer ersten Polymerfolie 3.1 im Head Penetration Test.
In Figur 1 ist die Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windschutzscheibe 10 gezeigt, während Figur 2 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die in der Figur 1 gezeigte Ausführungsform entlang der Schnittlinie X‘-X gemäß Figur 1 gezeigt.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Windschutzscheibe 10 umfasst eine erste Scheibe 1 und eine zweite Scheibe 2, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander
verbunden sind. Die erste Scheibe 1 weist eine außenseitige Oberfläche I und eine innenraumseitige Oberfläche II auf. Die zweite Scheibe weist eine außenseitige Oberfläche III und eine innenraumseitige Oberfläche IV auf. Die außenseitigen Oberflächen I, III weisen im Einbauzustand der Windschutzscheibe in Richtung der Umgebung, während die innenraumseitigen Oberflächen II, IV im Einbauzustand in Richtung des Fahrzeuginnenraums orientiert sind. Die innenraumseitige Oberfläche II der ersten Scheibe 1 ist über die thermoplastische Zwischenschicht 3 mit der außenseitigen Oberfläche III der zweiten Scheibe 2 verbunden. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 umfasst eine erste Polymerfolie 3.1 , und eine zweite Polymerfolie 3.2. Die Windschutzscheibe 10 weist eine Dachkante D, eine der Dachkante gegenüberliegende Motorkante M und zwei einander gegenüberliegende Seitenkanten S auf, die die Motorkante M und die Dachkante D miteinander verbinden.
Wie aus den Figuren 1 2 ersichtlich ist, ist die zweite Polymerfolie 3.2 nur in einem zweiten Teilbereich B der Windschutzscheibe 10 angeordnet, der in Nachbarschaft zur Motorkante M liegt. Der restliche Flächenbereich der Windschutzscheibe 10 wird als erster Teilbereich A bezeichnet. Im ersten Teilbereich A der Windschutzscheibe 10 ist die thermoplastische Zwischenschicht 3 von der ersten Polymerfolie 3.1 gebildet.
Die erste Scheibe 1 ist beispielsweise eine aus Kalk-Natron-Glas gefertigte Glasscheibe mit einer Dicke von 2,1 mm. Die zweite Scheibe 3 besteht beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 1 ,6 mm auf. Die erste Polymerfolie 3.1 besteht beispielsweise aus einem standardmäßig für derartige Zwecke eingesetzten PVB und ist 0,76 mm dick. Bei der zweiten Polymerfolie 3.2 handelt es sich beispielsweise um eine 0,76 mm dicke lonomer-Folie mit höherer Steifigkeit, wie sie etwa unter dem Handelsnamen SentryGlas® marktgängig ist. Die erste Polymerfolie 3.1 ist dabei eine PVB-Folie mit einem Elastizitätsmodul von kleiner als 20 MPa und die zweite Polymerfolie 3.2 ist eine lonomer-Folie mit einem Elastizitätsmodul von größer als 300 MPa, jeweils gemessen nach Norm ASTM D882. Es kann als zweite Polymerfolie aber beispielsweise auch eine steifere PVB-Folie eingesetzt werden, die unter dem Namen Saflex®, DG41 kommerziell erhältlich ist. Die erste Polymerfolie 3.1 ist dabei eine PVB-Folie mit einem Elastizitätsmodul von kleiner als 20 MPa, während die zweite Polymerfolie 3.2 eine PVB-Folie mit einem Elastizitätsmodul von größer als 100 MPa ist, jeweils gemessen nach Norm ASTM D882. Ebenso können unter den Handelsnamen trosifol® oder unter dem Handelsnamen Evalam® marktgängige Polymerfolien als zweite Polymerfolie eingesetzt werden. Die erste Polymerfolie 3.1 und die zweite Polymerfolie 3.2 weisen bevorzugt die gleiche Dicke auf. Die erste Polymerfolie 3.1 weist eine erste umlaufende Folienkante 4.1 auf, während die zweite Polymerfolie 3.2 eine zweite umlaufende Folienkante 4.2 aufweist. Die erste umlaufende Folienkante 4.1 und die zweite umlaufende Folienkante 4.2
stehen in einem Abschnitt in unmittelbarem Kontakt zueinander, wobei dieser Abschnitt als Kontaktkante 5 bezeichnet wird. Die Kontaktkante 5 der beiden Polymerfolien 3.1 , 3.2 verläuft geradlinig zwischen den Seitenkanten K.
In den Figuren 3 und 4 sind weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Windschutzscheibe 10 gezeigt. Die Ausführungsformen der Figuren 3 und 4 entsprechen im Wesentlichen der Ausführungsform der Figur 1 , wobei die Ausführungsformen sich in ihrem Verlauf der Kontaktkante 5 unterscheiden. In den Figuren 3 und 4 ist die Kontaktkante 5 jeweils als gebogene Kante ausgeführt. Dabei kann Material der zweiten Polymerfolie 3.2 eingespart werden. In der Ausführungsform der Figur 3 verläuft die Kontaktkante 5 gebogen in Richtung der Seitenkanten 5 und endet an diesen. Gemäß der Ausführungsform der Figur 4 erstreckt sich die Kontaktkante 5 in Richtung der Seitenkanten K und verläuft näherungsweise parallel zur Motorkante M.
Der Effekt der Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit gegen Verformung im Bereich einer zweiten Polymerfolie 3.2 konnte von den Erfindern auch experimentell bestätigt werden. Die Erfinder haben hierzu Versuche durchgeführt mit Proben, die mit einer zweiten Polymerfolie 3.2 zwischen einer ersten Scheibe 1 aus Glas und einer zweiten Scheibe 2 aus Glas laminiert wurden. Die zweite Polymerfolie 3.2 war dabei eine PVB-Folie mit einer Dicke von 0,76 mm und einem Elastizitätsmodul von größer als 100 MPa, gemessen nach Norm ASTM D882. Eine Vergleichsprobe wurde mit gleichen Scheiben 1 , 2 angefertigt, aber über eine erste Polymerfolie 3.1 mit einer Dicke von 0,76 mm und einem Elastizitätsmodul von kleiner als 20 MPa, gemessen nach Norm ASTM D882, laminiert. Beide Proben wiesen eine Größe von 1100 mm x 500 mm auf, wobei die eine erste Scheibe 1 jeweils eine Dicke von 2,1 mm und eine zweite Scheibe 2 jeweils eine Dicke von 1 ,6 mm aufwies. Anhand beider Proben wurde ein Head Penetration Test gemäß der Norm ECE-R127 durchgeführt, wobei ein Messkopf von 4,5 kg mit einer Geschwindigkeit von 35 km/h auf die Probe mit zweiter Polymerfolie 3.2 und auf die Vergleichsprobe mit erster Polymerfolie 3.1 fallengelassen wird. Danach wird die durch das Auftreffen des Messkopfes hervorgerufene maximale Verformung der Probe bestimmt. Figur 5 zeigt die Verformungskurven der Probe P1 mit zweiter Polymerfolie 3.2 und der Vergleichsprobe VP mit erster Polymerfolie 3.1 im Vergleich. Die Verformung d in mm wird dabei in Abhängigkeit der Zeit t in ms nach Aufschlag zum Zeitpunkt t=0 gemessen Die Vergleichsprobe VP wies dabei eine maximale Verformung von 101 mm auf, während die Probe P1 mit zweiter Polymerfolie 3.2 eine maximale Verformung von 69 mm erzielte. Somit kann mittels der zweiten Polymerfolie 3.2 die maximale Verformung bei Aufprall im Head Penetration Test um ungefähr 32 % vermindert werden. Eine derartige Verbesserung ist auch
beim Aufprall eines Fußgängers im zweiten Teilbereich B mit zweiter Polymerfolie 3.2 zu erwarten.
Bezugszeichenliste
10 Windschutzscheibe
1 erste Scheibe
2 zweite Scheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
3.1 erste Polymerfolie
3.2 zweite Polymerfolie
4.1 erste umlaufende Kante
4.2 zweite umlaufende Kante
5 Kontaktkante
A erster Teilbereich
B zweiter Teilbereich
D Dachkante
M Motorkante
S Seitenkanten
I außenseitige Oberfläche der ersten Scheibe 1
11 innenraumseitige Oberfläche der ersten Scheibe 1
III außenseitige Oberfläche der zweiten Scheibe 2
IV innenraumseitige Oberfläche der zweiten Scheibe 2