Verglasung mit metallbasierter Beschichtung und Schutzschicht am Rand
Die Erfindung betrifft eine Verglasung, ein Verfahren zur Herstellung der Verglasung und deren Verwendung.
Verglasungen in Gebäuden und Fahrzeugen werden zunehmend mit großflächigen, elektrisch leitfähigen und für sichtbares Licht transparenten Schichten versehen, die bestimmte Funktionen zu erfüllen haben. Diese Schichten sind in aller Regel metallbasiert, d.h. weisen zumindest eine Schicht aus einem metallischen Material auf, und werden gemeinhin als Funktionsschichten bezeichnet.
Beispielsweise werden aus Gründen der Energieeinsparung und des Komforts an Verglasungen hohe Anforderungen bezüglich ihrer wärmeisolierenden Eigenschaften gestellt. So ist es wünschenswert, einen hohen Wärmeeintrag durch Sonneneinstrahlung zu vermeiden, was zu einem übermäßigen Aufheizen des Innenraums führt und wiederum hohe Energiekosten für die notwendige Klimatisierung zur Folge hat. Insbesondere im Zuge der zunehmenden Elektromobilität ist es von großer Bedeutung, Energie und Gewicht zu sparen, die für Heizung, Lüftung und Klimatechnik benötigt werden. Es ist bekannt, Fahrzeugscheiben mit transparenten elektrisch leitfähigen Beschichtungen zu versehen. Dies sind typischerweise elektrisch leitfähige Beschichtungen mit IR-reflektierenden Eigenschaften, welche den thermischen Komfort im Fahrzeug-Innenraum verbessern. Dabei ist insbesondere zu unterscheiden zwischen Sonnenschutzbeschichtungen und emissivitätsmindernden Beschichtungen (LowE-Beschichtungen). Sonnenschutzbeschichtungen reflektieren Anteile der Sonnenstrahlung im nahen Infrarotspektrum und verhindern, dass diese in den Fahrzeuginnenraum eindringen und diesen erwärmen. Sie weisen typischerweise eine oder mehrere Silberschichten auf, welche die IR-reflektierenden Eigenschaften bereitstellen, wie zum Beispiel bekannt aus WO2013/104439A1 sowie aus DE 19927683C1. Emissivitätsmindernde Beschichtungen (sogenannte LowE-Beschichtungen) reflektieren Strahlung in einem demgegenüber ferneren IR-Bereich, insbesondere die Wärmestrahlung, welche von einer erwärmten Glasscheibe ausgehen. Das Eindringen der Wärmestrahlung in den Fahrzeug-Innenraum wird reduziert, was ebenfalls eine geringere Aufheizung des Innenraums bewirkt. Im Winter wird bei niedrigen Außentemperaturen die Abstrahlung der Wärme des Innenraums an die äußere Umgebung verhindert. Transparente emissivitätsmindernde Beschichtungen können beispielsweise reflektierende Schichten auf
Basis von Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder anderen transparenten leitfähigen Oxiden (TCO) enthalten, wie zum Beispiel aus WO2013/131667A1 bekannt.
Eine andere Anwendung von Funktionsschichten zielt darauf ab, das Sichtfeld einer Fahrzeugscheibe frei von Eis und Beschlag zu halten. Bekannt sind elektrische Heizschichten, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine gezielte Erwärmung der Fahrzeugscheibe bewirken (siehe z.B. WO 2010/043598 A1). Die DE 10022409C1 zeigt eine metallische Funktionsschicht, welche in einem Randbereich vor Korrosion mittels einer Schutzschicht, bspw. einer opaken keramischen Einbrennfarbe, geschützt ist.
Bei Verbundscheiben, die aus zwei einzelnen Scheiben mit einer dazwischen angeordneten thermoplastischen Zwischenschicht zusammengesetzt sind, ist eine metallbasierte Funktionsschicht oft zwischen den beiden einzelnen Scheiben angeordnet. So ist die metallbasierte Funktionsschicht vor Witterung und mechanischer Beschädigung gut geschützt. Wenn die metallbasierte Funktionsschicht am Scheibenrand (Scheibenkante) allerdings freiliegt, tritt häufig eine starke Korrosion der metallbasierten Funktionsschicht auf. Um diese Korrosion zu verhindern, ist es üblich, den Randbereich einer Scheibe zu entschichten. Eine Entschichtung wird in der Regel in einem Bereich von etwa 8 mm bis 10 mm gemessen von der Scheibenkante durchgeführt. Dieser Abstand stellt sicher, dass es nicht zu einer Diffusion von Feuchtigkeit durch die thermoplastische Zwischenschicht bis zur metallbasierten Funktionsschicht kommt, was dort zu Korrosion führen würde. Die Entschichtungskante ist in der fertigen Verbundscheibe zu sehen, da der Übergang von entschichtetem Bereich zur metallbasierten Funktionsschicht sichtbar ist. Wenn dieser Randbereich der Scheibe im eingebauten Zustand im sichtbaren Bereich liegt, ist dies optisch sehr störend.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Verbundscheibe mit einer metallbasierten Funktionsschicht zur Verfügung zu stellen, mit der diese Nachteile vermieden werden können, wobei es in wesentlicher Weise darum geht, die metallbasierte Funktionsschicht vor Korrosion zu schützen und gleichzeitig die optischen Nachteile einer breiten Randentschichtung zu vermeiden. Die Durchsicht durch die Verglasung soll nicht mehr als notwendig eingeschränkt sein. Die Verglasung mit Scheibe und metallbasierter Funktionsschicht soll in der industriellen Serienfertigung einfach und kostengünstig herzustellen sein. Zudem soll das Verfahren zur Herstellung der Verglasung in gängigen Herstellungsverfahren von Scheiben einfach und kostengünstig einsetzbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verglasung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ein Herstellungsverfahren und die Verwendung der Verglasung gehen aus weiteren Ansprüchen hervor. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Verglasung umfasst eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die erste Scheibe hat eine zur äußeren Umgebung weisende äußere Oberfläche (I) und eine zur thermoplastischen Zwischenschicht weisende innenliegende Oberfläche (II) und eine umlaufende Seitenkante. Die zweite Scheibe hat ebenfalls eine zur thermoplastischen Zwischenschicht weisende innenliegende Oberfläche (III) und eine zur äußeren Umgebung weisende äußere Oberfläche (IV) sowie eine umlaufende Seitenkante. Die Begriffe innenliegend und außen beziehen sich demnach auf die Anordnung der jeweiligen Oberflächen in der zusammengesetzten Verglasung.
Zwischen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe ist eine metallbasierte Funktionsschicht angeordnet, sodass sie vor Witterung und mechanischer Beschädigung geschützt ist. Die metallbasierte Funktionsschicht ist auf der zur thermoplastischen Zwischenschicht weisenden innenliegenden Oberfläche der ersten Scheibe angeordnet. Auf der innenliegenden Oberfläche der ersten Scheibe befindet sich ein beschichtungsfreier Randbereich, der sich von der Seitenkante bis zu 5 mm auf der innenliegenden Oberfläche erstreckt. In diesem beschichtungsfreien Randbereich ist keine metallbasierte Funktionsschicht angeordnet. Direkt angrenzend an den beschichtungsfreien Randbereich beginnt die metallbasierte Funktionsschicht. Der Begriff Randbereich bezeichnet einen Flächenbereich auf der innenliegenden Oberfläche der ersten Scheibe, der am Rand der Scheibe angeordnet ist. Der Randbereich der Scheibe erstreckt sich bis zur Seitenkante der Scheibe.
Eine Schutzschicht zum Schutz der metallbasierten Funktionsschicht vor Korrosion ist in dem beschichtungsfreien Randbereich auf der innenliegenden Oberfläche der ersten Scheibe angeordnet. Die Schutzschicht ist zudem in einem Überlappungsbereich auf der metallbasierten Funktionsschicht angeordnet, bevorzugt unmittelbar angeordnet. Der Überlappungsbereich grenzt direkt an den beschichtungsfreien Randbereich an, sodass es keine Lücke zwischen der metallbasierten Funktionsschicht und der Schutzschicht gibt, was ansonsten die Korrosion der metallbasierten Funktionsschicht begünstigen würde. Wesentlich
ist, dass im Überlappungsbereich die Schutzschicht und die metallbasierte Funktionsschicht in Überdeckung angeordnet sind, das heißt in senkrechter Sicht durch die Scheibe Übereinanderliegen. So kann eine korrosionsbedingte Degradation der metallbasierten Funktionsschicht deutlich verringert werden. Die Schutzschicht ist bevorzugt nicht vollflächig auf der ersten Scheibe, sondern nur teilflächig auf der Scheibe aufgebracht.
Die Schutzschicht ist im beschichtungsfreien Randbereich auf der innenliegenden Oberfläche der ersten Scheibe aufgebracht. Die Schutzschicht kann dort direkt, d.h. unmittelbar, auf die erste Scheibe aufgebracht sein, wobei gleichermaßen möglich ist, dass mindestens eine weitere Schicht aus einem anderen Material als die Schutzschicht zwischen der Schutzschicht und der Scheibe angeordnet ist. Die Schutzschicht ist im Überlappungsbereich bevorzugt direkt, das heißt unmittelbar, auf der metallbasierten Funktionsschicht angeordnet. Es ist ebenso möglich, dass mindestens eine weitere Schicht aus einem anderen Material als die Schutzschicht zwischen der Schutzschicht und der metallbasierten Funktionsschicht angeordnet ist.
Die Schutzschicht und die metallbasierte Funktionsschicht können jeweils aus einer Einzel schicht bzw. Lage aus einem selben Material bestehen, wobei gleichermaßen möglich ist, dass sie jeweils aus mehreren Einzelschichten bzw. Lagen aus zumindest zwei verschiedenen Materialien bestehen. Die Schutzschicht und die metallbasierte Funktionsschicht können somit jeweils aus einer Einzelschicht bzw. Lage aus einem selben Material bestehen. Alternativ können die Schutzschicht und die metallbasierte Funktionsschicht jeweils aus mehreren Einzelschichten bzw. Lagen aus zumindest zwei verschiedenen Materialien bestehen. Es ist gängige Praxis eine metallbasierte Funktionsschicht in Form eines Schichtensystems aus voneinander verschiedenen Einzelschichten auszubilden.
Bevorzugt erstreckt sich die Schutzschicht von der Seitenkante der ersten Scheibe aus gemessen über 3 mm bis 15 mm auf der ersten Scheibe. So überlappt die Schutzschicht mit der metallbasierten Funktionsschicht in einem Überlappungsbereich von mindestens 2 mm Breite, was für den Schutz vor Korrosion sorgt, und die Schutzschicht fällt gleichzeitig im eingebauten Zustand nicht störend auf. Der Abstand zur Seitenkante bzw. die Breite eines Bereichs wird in der Ebene der Oberfläche der Scheibe gemessen. Der Abstand ist jeweils die kürzeste mögliche Verbindung zwischen der Seitenkante und dem entsprechenden Bereich. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Schutzschicht von der Seitenkante der ersten
Scheibe über 4 mm bis 12 mm, ganz besonders bevorzugt über 5 mm bis 10 mm der Oberfläche der ersten Scheibe. So vermeidet man, dass der Übergang von metallbasierter Funktionsschicht zur Schutzschicht sich störend auf den optischen Gesamteindruck der Scheibe auswirkt, da er sich am äußeren Rand der Verglasung befindet.
Bevorzugt erstreckt sich der beschichtungsfreie Randbereich auf der innenliegenden Oberfläche über 1 mm bis 4 mm, besonders bevorzugt über 2 mm bis 3 mm. Ein so schmaler Randbereich ist überraschend ausreichend, um in Kombination mit der darüber angeordneten Schutzschicht einen ausreichenden Korrosionsschutz für die metallbasierte Funktionsschicht zu erzielen.
Die erfindungsgemäße Verglasung umfasst eine umlaufende Scheibenkante. Die Scheibenkante setzt sich zusammen aus den beiden Seitenkanten der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe und einer dazwischen angeordneten thermoplastischen Zwischenschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der beschichtungsfreie Randbereich und die Schutzschicht bevorzugt abschnittsweise entlang der umlaufenden Scheibenkante angeordnet. Dabei sind besonders der Abschnitt oder die Abschnitte mit der erfindungsgemäßen Anordnung versehen, die im eingebauten Zustand den sichtbaren, freiliegenden Abschnitten entsprechen. Bei einer freistehenden Fahrzeugseitenscheibe sind dies beispielsweise der obere zum Dach des Fahrzeugs weisende Kantenabschnitt und die seitlichen Kantenabschnitte. Bei einer zu öffnenden Fahrzeugseitenscheibe ist dies der obere, zum Dach weisende Kantenabschnitt. Auch an den seitlichen Scheibenkanten, die in einer Führung angeordnet sind, ist die erfindungsgemäße Ausführung besonders vorteilhaft, da die Führung nur einen kleinen Bereich des Rands der Verglasung verdeckt, sodass hier eine möglichst dicht an der Seitenkante angeordneter beschichtungsfreier Randbereich optisch vorteilhaft ist. Entlang der übrigen Abschnitte, die im eingebauten Zustand durch Rahmen oder Maskierungsstreifen verdeckt sind, kann eine breitere Randentschichtung als Korrosionsschutz vorgenommen werden, da der Übergang von metallbasierter Funktionsschicht zum entschichteten Bereich dann im eingebauten Zustand nicht mehr sichtbar ist.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich der beschichtungsfreie Randbereich und die Schutzschicht umlaufend entlang der gesamten umlaufenden
Scheibenkante. Dies bietet einen guten Korrosionsschutz und ist optisch vorteilhaft, sowie je nach Entschichtungsart einfach herzustellen.
Die Schutzschicht ist bevorzugt streifenförmig aufgebracht und hat bevorzugt die Form eines Streifens mit konstanter Breite in einem Kantenabschnitt. Dies ist prozesstechnisch gut herstellbar und optisch vorteilhaft im Vergleich zu einem Streifen mit sich ändernder Breite. Das gleiche gilt für die Ausgestaltung des beschichtungsfreien Randbereichs.
Die Verglasung umfasst eine erste Scheibe, die auf einer innenliegenden Seite eine metallbasierte Funktionsschicht und eine Schutzschicht aufweist. Es kann auch die zweite Scheibe oder beide Scheiben auf der innenliegenden Seite mit einer metallbasierten Funktionsschicht und einer Schutzschicht versehen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzschicht eine Emaille. Die Emaille- Schutzschicht kann grundsätzlich mit einem beliebigen geeigneten Verfahren auf die Scheibe aufgebracht sein. Bevorzugt wird die Schutzschicht durch Streichen, Rollen, Sprühen oder im Druckverfahren, vorzugsweise mittels Siebdruck oder Digitaldruck, auf die Scheibe aufgebracht. Dies sind gängige Methoden in der industriellen Serienfertigung von Scheiben und ermöglichen, dass die Schutzschicht schnell und gleichmäßig auf die Scheibe aufgebracht werden kann. Bevorzugt ist die Emaille-Schutzschicht in einem Siebdruckverfahren oder in einem digitalen Druckverfahren aufgebracht. Diese Druckverfahren ermöglichen eine besonders präzise Auftragung der Schutzschicht. Die Emaille wird meist aus Silikaten und/oder Oxiden gebildet, die durch Schmelzen, Fritten oder Sintern in die Beschichtung überführt werden. Dabei wird in der Regel die Emaille-Mischung, gewöhnlich in Form eines Pulvers oder einer Paste, manchmal mit Zusätzen, auf das Substrat aufgebracht und aufgeschmolzen, gewöhnlich bei hohen Temperaturen und kurzer Brenndauer, was nach der Erstarrung die Emaille bildet. Solche Emaille-Beschichtungen sind auf dem Gebiet üblich und dem Fachmann bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzschicht eine opake Emaille oder eine transparente Emaille. Der Vorteil einer opaken Emaille ist, dass der Übergang zwischen metallbasierter Funktionsschicht zu beschichtungsfreiem Randbereich zumindest bei Blickrichtung auf die opake Emaille vollständig verdeckt wird. Dies kann je nach Einbaulage die Blickrichtung vom Innenraum oder von der Außenseite sein. Der Vorteil einer transparenten Emaille ist, dass diese entlang einer freiliegenden Scheibenkante weniger störend auffällt als eine opake Emaille und gleichzeitig den Übergang zwischen
metallbasierter Funktionsschicht zu beschichtungsfreiem Randbereich etwas weniger störend wirken lässt.
Im Sinne vorliegender Erfindung bedeutet "transparent", dass die Gesamttransmission der Scheibe und insbesondere der Verglasung den gesetzlichen Bestimmungen für Windschutzscheiben und vordere Seitenscheiben entspricht und für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 70% und insbesondere von mehr als 75% aufweist. Für hintere Seitenscheiben und Heckscheiben kann "transparent" auch 15% bis 70% Lichttransmission bedeuten. Entsprechend bedeutet "opak" eine Lichttransmission von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere 0%.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die transparente oder opake Emaille Glasfritten und / oder mineralische Fritten. Bevorzugt enthält die Emaille Glasfritten und / oder mineralische Fritten auf Basis von Oxiden ausgewählt aus Bor, Wismut, Zink, Silizium, Aluminium und Natrium, wodurch der technische Vorteil erreicht wird, dass eine Korrosion der metallbasierten Funktionsschicht besonders wirksam unterdrückt werden kann. Bevorzugt sind beispielsweise Fritten-Zusammensetzungen aus ZnO, B2O3 und S1O2 oder aus ZnO, B2O3, S1O2, AI2O3 und Na20, die zu langlebigen Aufdrucken führen. Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen aus ZnO, B2O3, S1O2, B12O3 und Na2Ü oder aus ZnO, B2O3, S1O2, B12O3, Na2Ü und AI2O3, die zu noch haltbareren Aufdrucken führen. Als besonders gut haben sich Zusammensetzungen aus Na2Ü, B12O3 und S1O2 erwiesen. Um eine aufdruckbare Paste zu erhalten, werden jeweils mindestens Lösungsmittel (zum Beispiel 15-25 Gew.-% bezogen auf die Druckpaste) und etwas (3-5 Gew.-% bezogen auf die Druckpaste) polymeres Harz zu den Glasfritten und mineralischen Fritten hinzugefügt.
Im Falle einer opaken Emaille enthält sie weiterhin mindestens ein Pigment. Die Emaille kann weitere chemische Verbindungen enthalten. Die Glasfritten und mineralischen Fritten können an- oder aufgeschmolzen und die Schutzschicht dadurch dauerhaft mit der Glasoberfläche verbunden (verschmolzen oder versintert) werden. Das optionale Pigment sorgt für die Opazität der Schutzschicht. Als Pigmente eignet sich typischerweise ein Schwarzpigment, beispielsweise Pigmentruß ( Carbon Black), Anilinschwarz, Beinschwarz, Eisenoxidschwarz, Spinellschwarz und/oder Graphit. Bevorzugt reagiert die Emaille nicht mit der darunterliegenden metallbasierten Funktionsschicht, das heißt der Emaille-Auftrag im beschichtungsfreien Bereich sieht optisch genauso aus wie im Überlappungsbereich. Dies ist optisch besonders vorteilhaft.
Bevorzugt weist die Emaille-Schutzschicht eine Dicke von 4 pm bis 40pm, bevorzugt von 5 pm bis 25 pm auf, wodurch ein wirksames Unterbinden der Korrosion erreicht werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzschicht eine transparente Oxid enthaltende Beschichtung, die als SolGel-Schicht, als PVD-Schicht (physikalische Gasphasenabscheidung) oder als CVD-Schicht (chemische Gasphasenabscheidung), bevorzugt als APD-Schicht (atmosphärische Plasmaabscheidung) aufgetragen ist. Die Oxid enthaltende transparente Beschichtung schützt effektiv die metallbasierte Funktionsschicht vor Korrosion und ist insbesondere auch nach einer Temperaturbehandlung der Scheibe stabil und führt nicht zu Wechselwirkungen mit der darunterliegenden metallbasierten Funktionsschicht. Durch die Verwendung einer transparenten Beschichtung bleibt die Durchsicht durch die Verglasung erhalten. Dies kann je nach Anwendungsfall für Die Scheibe ein großer Vorteil sein.
Die Oxid enthaltende Beschichtung kann ein Oxid von mindestens einem Eiementausgewählt aus Aluminium, Silizium, Titan, Zink, Zirkonium oder Zinn enthalten, wobei ein Oxid von Silizium oder Siliziumoxid bevorzugt ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Oxid-enthaltenden Beschichtung um eine sogenannte SiOxCyHz-Schicht (Oxide von Silicium mit einem variablen Kohlenwasserstoffanteil), die z.B. durch Plasmapolymerisation von HMDSO gebildet werden kann. Die stöchiometrische Zusammensetzung hängt z.B. von den Abscheidungsbedingungen ab. Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist die APD-Beschichtung vorzugsweise eine siliziumorganische Schicht (SiOxCyHz), die durch Einspritzen von Hexamethyldisiloxan (HMDSO) als flüssige Vorstufe in die Plasmadüse erhalten werden kann.
Die Oxid enthaltende Beschichtung kann z.B. mindestens 40 Gew.-%, mindestens 50 Gew.- % oder mindestens 60 Gew.-% oder mindestens 80 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-%
Oxid enthalten oder aus Oxid bestehen, wobei dies auch Schichten umfasst, die Verunreinigungen enthalten, ohne ihre Eigenschaften zu beeinflussen. Unter Oxid wird hierbei insbesondere S1O2 und auch SiOxCyHz (einschließlich des organischen Anteils) verstanden.
Die Oxid enthaltende Beschichtung weist bevorzugt eine Dicke von mindestens 20 nm, bevorzugter mindestens 30 nm, besonders bevorzugt mindestens 40 nm auf, z.B. im Bereich von 20 nm bis 2 pm, bevorzugt 30 nm bis 1 pm, bevorzugter 40 nm bis 500 nm und besonders bevorzugt 80 nm bis 300 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform steht die Schutzschicht (Emaille oder transparente Oxid-enthaltende Schutzschicht) in direktem Kontakt mit der thermoplastischen Zwischenschicht. Das heißt zwischen der thermoplastischen Zwischenschicht und der Schutzschicht ist keine weitere Materialschicht angeordnet. Dies verhindert Materialunverträglichkeiten, die zu optischen Nachteilen im Bereich der Scheibenkante führen könnten.
Die metallbasierte Funktionsschicht kann grundsätzlich in beliebiger Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich um eine elektrisch leitfähige und für sichtbares Licht transparente Beschichtung, die mindestens eine Schicht aus einem Metall umfasst.
Die metallbasierte Funktionsschicht wird vorzugsweise großflächig auf die Scheibe aufgebracht. Die metallbasierte Funktionsschicht ist mindestens auf der innenliegenden Oberfläche der ersten Scheibe angeordnet und bedeckt bzw. überdeckt die Oberfläche der ersten Scheibe vollständig oder teilweise, jedoch vorzugsweise großflächig. Der Ausdruck "großflächig" bedeutet, dass mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 75% oder bevorzugt mindestens 90% der Oberfläche der Scheibe von der Funktionsschicht bedeckt sind. Die Funktionsschicht kann sich aber auch über kleinere Anteile der Oberfläche der Scheibe erstrecken.
Die metallbasierte Funktionsschicht ist eine Einzelschicht oder ein Schichtaufbau aus mehreren Einzelschichten mit einer Gesamtdicke von beispielsweise kleiner oder gleich 2 pm, bevorzugt kleiner oder gleich 1 pm. Vorteilhaft weist die metallbasierte Funktionsschicht eine Dicke von 80 nm bis 1000 nm, insbesondere von 80 nm bis 600 n, bevorzugt von 120 nm bis 400 nm, auf.
Bevorzugt ist die metallbasierte Funktionsschicht eine Sonnenschutzschicht mit reflektierenden Eigenschaften im Infrarot-Bereich und damit im Bereich der
Sonneneinstrahlung, wodurch ein Aufheizen des Innenraums eines Gebäudes oder Kraftfahrzeugs infolge von Sonnenstrahlung vorteilhaft vermindert wird. Funktionsschichten
mit Sonnenschutzwirkung sind dem Fachmann wohlbekannt und enthalten typischerweise zumindest ein Metall, insbesondere Silber oder eine silberhaltige Legierung. Die Schicht mit Sonnenschutzwirkung kann eine Abfolge mehrerer Einzelschichten umfassen, insbesondere zumindest eine metallische Schicht und dielektrische Schichten, die beispielsweise zumindest ein Metalloxid enthalten. Die metallbasierte Funktionsschicht wird durch die erfindungsgemäße Randentschichtung in Kombination mit der Schutzschicht besonders gut vor Korrosion geschützt.
Bevorzugt enthält die metallbasierte Funktionsschicht mindestens eine Metallschicht, beispielsweise aus Silber, Nickel, Chrom, Niob, Zinn, Titan, Kupfer, Palladium, Zink, Gold, Cadmium, Aluminium, Silizium, Wolfram oder Legierungen davon. Die metallbasierte Funktionsschicht umfasst bevorzugt eine Metallschicht wie eine Silberschicht oder eine Schicht aus einer silberhaltigen Metalllegierung. Typische Silberschichten weisen bevorzugt Dicken von 5 nm bis 18 nm auf, besonders bevorzugt von 8 nm bis 15 nm. Die Metallschicht kann zwischen mindestens zwei Schichten aus dielektrischem Material vom Typ Metalloxid eingebettet sein. Das Metalloxid enthält bevorzugt Zinkoxid, Zinnoxid, Indiumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen sowie Kombinationen von einem oder mehreren daraus. Das dielektrische Material enthält bevorzugt Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid sowie Kombinationen von einem oder mehreren davon enthalten. Solche metallbasierten Funktionsschichten mit Sonnenschutzwirkung sind beispielsweise bekannt aus WO 2007/101964 A1, DE 19927683 C1 (beides, Low-e und Sonnenschutz), EP 1917222 B1 und DE69731268T2 bekannt.
Die metallbasierte Funktionsschicht hat beispielsweise einen Flächenwiderstand von 0,1 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat, besonders bevorzugt von 1 Ohm/Quadrat bis 50 Ohm/Quadrat und ganz besonders bevorzugt von 1 Ohm/Quadrat bis 10 Ohm/Quadrat.
Die Dicke einer metallbasierten Funktionsschicht mit Sonnenschutzwirkung kann breit variieren und den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden, wobei eine Schichtdicke von 10 nm bis 5 pm und insbesondere von 30 nm bis 1 pm bevorzugt ist.
Die metallbasierte Funktionsschicht kann beispielsweise auch eine elektrisch beheizbare Schicht sein, durch welche die Scheibe mit einer Heizfunktion versehen wird. Solche beheizbaren Schichten sind dem Fachmann an sich bekannt. Sie enthalten typischerweise eine oder mehrere, beispielsweise zwei, drei oder vier elektrisch leitfähige Schichten. Diese
Schichten enthalten oder bestehen bevorzugt aus zumindest einem Metall, beispielsweise Silber, Gold, Kupfer, Nickel und/oder Chrom, oder einer Metalllegierung und enthalten bevorzugt mindestens 90 Gew. % des Metalls, insbesondere mindestens 99,9 Gew. % des Metalls. Solche Schichten weisen eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger hoher Transmission im sichtbaren Spektralbereich auf. Die Dicke einer Einzelschicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 25 nm. Bei einer solchen Dicke wird eine vorteilhaft hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit erreicht. Diese metallbasierten Funktionsschichten werden durch die erfindungsgemäße Anordnung besonders gut vor Korrosion geschützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verglasung umfasst die Verglasung neben der metallbasierten Funktionsschicht eine emissivitätsmindernde Beschichtung Die emissivitätsmindernde Beschichtung ist eine elektrisch leitfähige transparente Beschichtung. Die emissivitätsmindernde Beschichtung kann auch als Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung, Beschichtung niedriger Emissivität oder LowE- Beschichtung (low emissivity) bezeichnet werden. Solche Beschichtungen sind beispielsweise aus der WO2013/131667A1 bekannt. Mit Emissivität wird das Maß bezeichnet, welches angibt, wie viel Wärmestrahlung die Scheibe in Einbaulage im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler (einem schwarzen Körper) in einen Innenraum abgibt. Die emissivitätsmindernde Beschichtung hat die Funktion, die Einstrahlung von Wärme in den Innenraum zu vermeiden (IR-Anteile der Sonnenstrahlung und insbesondere die thermische Strahlung der Scheibe selbst) und ebenso die Abstrahlung von Wärme aus dem Innenraum heraus. Sie weist reflektierende Eigenschaften gegenüber infraroter Strahlung auf, insbesondere gegenüber Wärmestrahlung im Spektralbereich von 5 pm - 50 pm (vgl. auch Norm DIN EN 12898:2019-06). Dadurch wird der thermische Komfort im Innenraum wirkungsvoll verbessert. Die emissivitätsmindernde Beschichtung kann dabei bei hohen Außentemperaturen und Sonneneinstrahlung besonders effektiv die von der gesamten Scheibe in Richtung des Innenraums abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest teilweise reflektieren. Bei niedrigen Außentemperaturen kann die emissivitätsmindernde Beschichtung effektiv die aus dem Innenraum abgestrahlte Wärmestrahlung reflektieren und somit die Wirkung der kalten Scheibe als Wärmesenke verringern.
Die emissivitätsmindernde Beschichtung enthält bevorzugt zumindest eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids, welche reflektierende Eigenschaften gegenüber Wärmestrahlung bereitstellt. Die Schicht auf Basis des
transparenten leitfähigen Oxids wird im Folgenden auch als TCO-Schicht bezeichnet. TCO- Schichten sind korrosionsbeständig und können auf exponierten Oberflächen eingesetzt werden. Die TCO-Schicht ist bevorzugt auf Basis von Indium-Zinnoxid (ITO, indium tin oxide) ausgebildet, kann aber beispielsweise alternativ auf Basis von Indium-Zink-Mischoxid (IZO), Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO), Gallium-dotiertes Zinkoxid (GZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO, SnC>2:F) oder Antimon-dotiertes Zinnoxid (ATO, SnC>2:Sb) ausgebildet sein. Die emissivitätsmindernde Beschichtung enthält bevorzugt keine metallische Schicht auf Basis eines Metalls. Daher ist die emissivitäsmindernde Beschichtung nicht korrosionsanfällig.
Bevorzugt enthält die erste Scheibe und / oder die zweite Scheibe eine emissivitätsmindernde Beschichtung auf einer äußeren Oberfläche. Bevorzugt ist die emissivitätsmindernde Beschichtung vollflächig auf der gesamten äußeren Oberfläche angeordnet. Besonders bevorzugt ist die emissivitätsmindernde Beschichtung auf der äußeren Oberfläche der zweiten Scheibe angeordnet.
Die metallbasierte Funktionsschicht und die emissivitätsmindernde Beschichtung werden durch an sich bekannte Verfahren abgeschieden, beispielsweise durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung, was besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache, schnelle, kostengünstige und gleichmäßige Beschichtung der Scheibe ist. Die Kathodenzerstäubung erfolgt in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon, beziehungsweise in einer Reaktivgasatmosphäre, beispielsweise durch Zugabe von Sauerstoff, einem Kohlenwasserstoff (beispielsweise Methan) oder Stickstoff. Die Funktionsschicht kann aber auch durch andere, dem Fachmann bekannte Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (Chemical vapor deposition, CVD), durch Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD), durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD) oder durch nasschemische Verfahren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält oder bestehen die erste und / oder zweite Scheibe aus nichtvorgespanntem, teilvorgespanntem oder vorgespanntem Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas. Alternativ enthält oder bestehen die Scheiben aus klaren Kunststoffen, bevorzugt starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon. Geeignete Gläser sind beispielsweise aus EP 0847965 B1 bekannt.
Die Dicke der ersten und zweiten Scheiben können breit variieren und den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Beispielsweise werden Scheiben mit einer Standardstärke von 1 ,0 mm bis 25 mm verwendet. Beispielsweise beträgt die Dicke von 0,5 mm bis 15 mm, insbesondere von 1 mm bis 5 mm. Für Fahrzeugverglasungen werden beispielsweise Scheiben mit einer Dicke von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise mit den Standarddicken 1,6 mm oder 2,1 mm. Die Größe der Scheibe kann breit variieren und richtet sich nach der Verwendung.
Die Verglasung und damit die erste Scheibe und die zweite Scheibe können eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Bevorzugt sind die Scheiben planar oder leicht oder stark in eine Richtung oder in mehrere Richtungen des Raumes gebogen.
Die erste Scheibe, die zweite Scheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können unabhängig voneinander klar und farblos, getönt oder gefärbt sein.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm.
Die erfindungsgemäße Verglasung 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. Die Verglasung kann aber auch plan sein, beispielsweise wenn es als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verglasung eine Fahrzeugscheibe, bevorzugt eine Kraftfahrzeugscheibe. Die Fahrzeugscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Scheibe der Fahrzeugscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Bevorzugt ist die Verglasung eine
Seitenscheibe eines Kraftfahrzeugs, bevorzugt eine zu öffnende oder eine freistehende Seitenscheibe, da hier der optisch verbesserte Rand der Scheibe besonders vorteilhaft ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Kraftfahrzeugscheibe ist die erste Scheibe die Außenscheibe und die zweite Scheibe die Innenscheibe des Fahrzeugs. Bevorzugt ist die metallbasierte Funktionsschicht eine Sonnenschutzbeschichtung oder eine heizbare Beschichtung mit mindestens einer metallischen Schicht, bevorzugt einer Silberschicht. Durch die Anbringung auf der Außenscheibe können diese Beschichtungen effektiv wirken, da die Sonne direkt an der Außenscheibe reflektiert wird, bzw. die Außenscheibe beheizt und enteist werden kann. Alternativ bevorzugt ist die erste Scheibe die Innenscheibe und die zweite Scheibe die Außenscheibe des Fahrzeugs.
Besonders bevorzugt ist die erste Scheibe die Außenscheibe und die metallbasierte Funktionsschicht eine Sonnenschutzbeschichtung und zusätzlich ist auf der äußeren Oberfläche der Innenscheibe (zweite Scheibe) eine emissivitätsmindernde Beschichtung angeordnet. Die emissivitätsmindernde Beschichtung in Kombination mit der Sonnenschutzbeschichtung maximiert den Komfort für den Fahrzeuginsassen.
Ist eine erste Schicht oberhalb einer zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die erste Schicht weiter von dem Substrat, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, entfernt angeordnet ist als die zweite Schicht. Ist eine erste Schicht unterhalb einer zweiten Schicht angeordnet ist, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die zweite Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die erste Schicht.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Verglasung. Obige Ausführungen im Zusammenhang mit der Verglasung gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Scheibe, einer zweiten Scheibe und einer thermoplastischen Zwischenschicht.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Aufbringen einer metallbasierten Funktionsschicht auf die als innenliegende Oberfläche vorgesehene Oberfläche der ersten Scheibe. Das Aufbringen der metallbasierten Funktionsschicht erfolgt bevorzugt in einem vakuumbasierten Beschichtungsverfahren. Geeignete vakuumbasierte Beschichtungsverfahren sind zum
Beispiel CVD (Chemical vapour deposition) oder PVD (physical vapour deposition), bevorzugt Kathodenzerstäubung („Sputtern“), besonders bevorzugt durch magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung („Magnetronsputtern“) und dem Fachmann bekannt. Das Abscheiden der metallbasierten Funktionsbeschichtung erfolgt üblicherweise vollflächig auf der als innenliegende Oberfläche vorgesehenen Oberfläche der ersten Scheibe. Die erste Scheibe kann gegebenenfalls vor dem Auftrag der metallbasierten Funktionsschicht mit einer oder mehreren Vorbeschichtungen versehen werden. Es ist aber bevorzugt, dass die metallbasierte Funktionsschicht direkt auf die unbeschichtete Scheibe aufgetragen wird.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Entfernen der metallbasierten Funktionsschicht in einem Randbereich, der sich von einer Seitenkante der ersten Scheibe über mindestens 1 mm bis höchstens 5 mm erstreckt. Dieser Randbereich ist in der fertigen Verglasung als beschichtungsfreier Randbereich realisiert. Das Entfernen der Funktionsschicht kann auf verschiedene Arten erfolgen, bevorzugt mittels Laserbearbeitung, abrasiv durch mechanische Entschichtung (bevorzugt ein Schleifverfahren), durch Verwendung einer Maske während des Aufbringens der Funktionsschicht oder durch vorherige Auftragung einer Opferschicht, die in einem nachgelagerten Prozessschritt bei erhöhter Temperatur zersetzt wird und mitsamt der Funktionsschicht entfernt wird. Besonders bevorzugt wird die Funktionsschicht mittels Laserbearbeitung entfernt, da dies besonders gute Ergebnisse erzielt in dem erfindungsgemäßen schmalen Randbereich von höchstens 5 mm Breite.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Aufbringen einer Schutzschicht in einem an den beschichtungsfreien Randbereich direkt angrenzenden Überlappungsbereich auf der metallbasierten Funktionsschicht und in dem beschichtungsfreien Randbereich direkt auf der als innenliegende Oberfläche vorgesehenen Oberfläche der ersten Scheibe.
Das Verfahren umfasst weiterhin eine Temperaturbehandlung der ersten Scheibe bei Temperaturen von 400 °C bis 700 °C, bevorzugt von 550 °C bis 650 °C. Dabei wird die Schutzschicht eingebrannt und verbindet sich mit der ersten Scheibe. Diese Temperaturbehandlung wird bei gebogenen Verglasungen bevorzugt im Rahmen des Biegeschritts der Scheibe durchgeführt. Bevorzugt werden die erste und die zweite Scheibe gemeinsam gebogen (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst weiterhin das Verbinden der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe über die thermoplastische Zwischenschicht. Dabei werden die erste Scheibe und die zweite Scheibe so miteinander verbunden, dass die innenliegende Oberfläche der ersten Scheibe zur thermoplastischen Zwischenschicht weist.
Demnach dient das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Verglasung vorzugsweise der Herstellung einer Verbundscheibe. Für die Herstellung einer Verbundscheibe werden mindestens zwei Scheiben bevorzugt unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck durch mindestens eine thermoplastische Klebeschicht miteinander verbunden (laminiert). Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe verwendet werden. 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 130 °C bis 145 °C. Die beiden Scheiben und die thermoplastische Zwischenschicht können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer Verbundscheibe ver- presst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundscheiben 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 erste Scheibe und die zweite Scheibe 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 können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzschicht eine Emaille. Die Schutzschicht wird bevorzugt auf die Glasscheibe aufgedruckt, insbesondere im Siebdruckverfahren. Dabei wird die Druckfarbe durch ein feinmaschiges Gewebe hindurch auf die Glasscheibe gedruckt. Die Druckfarbe wird dabei beispielsweise mit einer Gummirakel durch das Gewebe hindurchgepresst. Das Gewebe weist Bereiche auf, welche für die Druckfarbe durchlässig sind, neben Bereichen, welche für die Druckfarbe undurchlässig sind, wodurch die geometrische Form des Drucks festgelegt wird. Das Gewebe fungiert somit als Schablone für den Druck. Alternativ bevorzugt wird die Druckfarbe in einem Digitaldruckverfahren aufgedruckt. Dabei wird die Druckfarbe direkt über Düsen auf das Substrat aufgebracht.
Die Druckfarbe enthält mindestens die Glasfritten und /oder mineralischen Fritten und im Falle einer opaken Emaille mindestens ein Pigment, suspendiert in einer flüssigen Phase (Lösungsmittel), beispielsweise Wasser oder organische Lösungsmittel wie Alkohole. Das Pigment ist typischerweise ein Schwarzpigment, beispielsweise Pigmentruß ( Carbon Black), Anilinschwarz, Beinschwarz, Eisenoxidschwarz, Spinellschwarz und/oder Graphit.
Nach dem Aufdrucken der Druckfarbe wird diese zumindest teilweise eingebrannt. Das zumindest teilweise Einbrennen erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 450°C bis 700°C, insbesondere von 550°C bis 650°C. Die Emaille-Schutzschicht kann vorgebrannt (teilweise eingebrannt) werden oder vollständig eingebrannt. Unter Vorbrennen wird eine Temperaturbehandlung verstanden, bei der die flüssige Phase durch Verdampfen ausgetrieben wird und die Fritten angeschmolzen werden und daraufhin eine gewisse Bindung untereinander und zur Oberfläche der Glasscheibe ausbilden. Enthält der Aufdruck weitere chemische Verbindungen, so gehen diese typischerweise bereits Reaktionen ein oder sonstige Umwandlungen, beispielsweise eine Kristallisierung. Bereits das Vorbrennen geht daher typischerweise mit einer Farbänderung des Aufdrucks einher, wobei die Farbe nach dem Vorbrennen bereits der Farbe der final eingebrannten Emaille entsprechen kann. Als Emaille verbleibt die durch die Fritten ausgebildete Glasmatrix bzw. keramische Matrix mit dem optional enthaltenen Pigment neben etwaigen weiteren Zusätzen, die typischerweise das Produkt chemischer Reaktionen während des Einbrennens sind. Das Fertigbrennen, bei dem die endgültige Struktur der Emaille und die endgültige Verbindung zur Scheibenoberfläche erzeugt wird, erfolgt bevorzugt während des Biegens der Glasscheibe. Dadurch kann ein Verfahrensschritt eingespart werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzschicht eine Oxid-enthaltende Beschichtung, die mittels SolGel-Beschichtung, PVD-Beschichtung, CVD-Beschichtung, plasmagestüzter PVD-Beschichtung oder plasmagestützter CVD-Beschichtung aufgebracht wird. Diese Verfahren können effizient in den industriellen Fertigungsprozess integriert werden.
Bevorzugt wird die Oxid-enthaltende Beschichtung durch atmosphärische Plasmaabscheidung (atmospheric plasma deposition, APD) aufgebracht. Der Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass es möglich ist, eine Schutzschicht kontrolliert genau an der Stelle abzuscheiden, an der der Schutz benötigt wird, insbesondere in dem relativ schmalen Bereich entlang der Kante der Verglasung. Ein weiterer Vorteil der APD ist, dass sie eine
schnelle Abscheidung der Schutzschicht bei hoher Geschwindigkeit (mehrere m/min) ermöglicht. Die genaue lokale Abscheidung der Schutzschicht ist dabei ohne Maskentechnik möglich.
Die atmosphärische Plasmaabscheidung ist ein bekanntes Verfahren. Dabei wird ein Plasma bei Atmosphärendruck bzw. Normaldruck eingesetzt. Vorzugsweise wird als atmosphärische Plasmaabscheidung eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) bei Atmosphärendruck verwendet. Um ein Gas in den Plasmazustand zu überführen, muss eine genügend große Zahl an freien Ladungsträgern erzeugt werden. Die dazu erforderliche sehr hohe Energie kann auf unterschiedliche Weise zur Verfügung gestellt werden.
Bei einem Lichtbogen-Plasma (Bogenentladung) wird diese z.B. durch das Anlegen einer hohen elektrischen Spannung zwischen zwei Elektroden induziert. Es gibt Atmosphärendruck-Plasmaquellen, bei denen ein Lichtbogen zur Aktivierung von Gasen genutzt wird. Der Lichtbogen kann z.B. über mehrere Zentimeter linear zwischen zwei Elektroden generiert und von Prozessgasen umströmt werden.
Eine bevorzugte Plasmaquelle sind Atmosphärendruck-Plasmajets. Bei diesen Vorrichtungen wird ein Plasma im Inneren der Vorrichtung erzeugt und durch eine Strömung aus dem Plasmajet heraus in die umgebende Atmosphäre transportiert.
Atmosphärendruck-Plasmajet-Systeme werden z.B. von der Firma Plasmatreat GmbH, Steinhagen, Deutschland, kommerziell vertrieben (z.B. FG5001 und FG5005).
Atmosphärendruck-Plasmajet-Systeme weisen in der Regel einen Generator, einen Transformator und eine Düse auf. Die Düse bildet den eigentlichen Plasmajet.
Bei der atmosphärischen Plasmaabscheidung, insbesondere PECVD bei Atmosphärendruck, werden chemische Verbindungen als Precursoren in das Plasma eingebracht. Precursoren sind Materialien, aus denen im Plasma über Elektronenstöße und chemische Reaktionen die gewünschten Beschichtungen gebildet werden.
Die Oxid enthaltende Schutzschicht kann ein Oxid von mindestens einem Element ausgewählt aus Aluminium, Silizium, Titan, Zink, Zirkonium oder Zinn enthalten, wobei ein Oxid von Silizium oder Siliziumoxid bevorzugt ist.
Bei der atmosphärischen Plasmaabscheidung werden als Precursoren entsprechende Verbindungen, insbesondere organische Verbindungen, von Aluminium, Silizium, Titan, Zink, Zirkonium oder Zinn verwendet, wobei ein organische Gruppen enthaltendes Silan oder ein organische Gruppen enthaltendes Siloxan bevorzugt sind.
Beispiele für bevorzugte Precursoren sind insbesondere Hexamethyldisiloxan (HMDSO), Tetramethylsilan (TMS) und Tetraethoxysilan (TEOS), wobei HMDSO bevorzugt ist. Damit können Oxide von Silicium mit einem variablen Kohlenwasserstoffanteil (Si02:CH) bzw. quarzähnliche Si02-Schichten als Oxid enthaltende Schutzschichten abgeschieden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Auftragsgeschwindigkeit der APD 10 bis 500 mm/s.
Die erfindungsgemäße Verglasung wird vorzugsweise in Gebäuden, insbesondere im Zugangs- oder Fensterbereich, als Einbauteil in Möbeln und Geräten, oder in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Zügen, Schiffen und Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Dachscheibe verwendet. Besonders bevorzugt wird die Verglasung in Kraftfahrzeugen verwendet, ganz besonders bevorzugt als Seitenscheibe.
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 vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch die Verglasung aus Figur 2a entlang der Linie A - A‘,
Fig. 2a, b je eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung,
Fig. 4 Querschnitte der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung 10 während verschiedener Phasen ihrer Herstellung.
In der Figur 2 ist eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung 10 gezeigt und in der Figur 1 ist ein Querschnitt der Figur 2a entlang der Schnittlinie A-A‘ gezeigt.
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Verglasung 10 in der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausgestaltung eine erste Scheibe 1 mit einer innenliegenden Oberfläche II und einer äußeren Oberfläche I und einer umlaufenden Seitenkantenfläche K auf. Die Verglasung 10 umfasst eine zweite Scheibe 2 mit einer innenliegenden Oberfläche III und einer äußeren Oberfläche IV und einer umlaufenden Seitenkante. Die erste Scheibe 1 ist mit der zweiten Scheibe 2 über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 verbunden. Die innenliegende Oberfläche II der ersten Scheibe 1 und die innenliegende Oberfläche III der zweiten Scheibe 2 weisen zur thermoplastischen Zwischenschicht 3.
Die erste Scheibe 1 besteht beispielsweise aus Kalk-Natron Glas und weist eine Dicke von 2,1 mm auf. Die zweite Scheibe 2 besteht beispielsweise aus Kalk-Natron Glas und weist eine Dicke von 1,6 mm auf. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 ist beispielsweise aus einer 0,76 mm dicken PVB-Folie gebildet.
Die erste Scheibe 1 stellt bevorzugt die Außenscheibe und die zweite Scheibe 2 die Innenscheibe der als Verbundscheibe ausgebildeten Verglasung dar. Diese Anordnung ist aufgrund der Position der metallbasierten Funktionsschicht 5 mit Sonnenschutzfunktion auf der ersten Scheibe 1 besonders vorteilhaft, da sich die Innenscheibe 2 weniger stark aufheizt, was zu einer weniger starken Aufheizung des Innenraums führt. Alternativ kann die erste Scheibe 1 auch die Innenscheibe und die zweite Scheibe 2 die Außenscheibe darstellen.
Auf der innenliegenden Oberfläche II der ersten Scheibe 1 ist eine metallbasierte Funktionsschicht 5 angeordnet. Die metallbasierte Funktionsschicht 5 ist beispielsweise eine IR-Strahlung reflektierende Beschichtung mit drei leitfähigen Silberschichten und dazwischen angeordneten dielektrischen Schichten und weist eine Gesamtdicke von etwa 280 nm auf. Die metallbasierte Funktionsschicht 5 ist auf der gesamten innenliegenden Oberfläche II der
ersten Scheibe 1 angeordnet mit Ausnahme eines beschichtungsfreien Randbereichs 4 der Breite e. In diesem beschichtungsfreien Randbereich 4 ist die metallbasierte Funktionsschicht 5 entfernt oder nicht aufgetragen worden. Dieser Randbereich 4 ohne Beschichtung stellt sicher, dass es nicht zur Korrosion der metallbasierten Funktionsschicht 5 kommt. Würde die metallbasierte Funktionsschicht 5 bis zur Seitenkante K reichen, so könnte Feuchtigkeit, die im Bereich der Scheibenkante 9 eindringen kann, zur Korrosion führen. Um dies zu vermeiden, ist der beschichtungsfreie Randbereich 4 erfindungsgemäß frei von Funktionsschicht 5. Die Breite des beschichtungsfreien Randbereichs 4 wird von der Seitenkante K der ersten Scheibe 1 gemessen und beträgt beispielsweise e= 2 mm.
Ein so schmaler beschichtungsfreier Randbereich allein kann nicht vor Korrosion im Bereich der Scheibenkante schützen, da die Feuchtigkeit über die thermoplastische Zwischenschicht 3 bis zur metallbasierten Funktionsschicht 5 diffundiert und dort zu Korrosion der metallbasierten Funktionsschicht 5 führt. Dies wurde im Laborversuch mithilfe von Salzwasser-Behandlung untersucht.
Erfindungsgemäß umfasst die Verglasung 10 eine Schutzschicht 6, die im gesamten beschichtungsfreien Randbereich 4 angeordnet ist. Die Schutzschicht 6 ist zudem im Überlappungsbereich 7 mit der Breite o von beispielsweise 3 mm auf der metallbasierten Funktionsschicht 5 angeordnet. Der Überlappungsbereich 7 ist direkt angrenzend an den beschichtungsfreien Randbereich 4 angeordnet, sodass die Schutzschicht den Übergang von beschichtungsfreiem Randbereich 4 zu metallbasierter Funktionsschicht 5 abdeckt. Die Schutzschicht 6 ist beispielsweise eine transparente Oxid-enthaltende Beschichtung, die aus einem Oxid von Silizium gebildet ist, beispielsweise eine 30 nm dicke SiOxCyHz-Schicht, die mittels APD aufgebracht wurde. Überraschend zeigte die Behandlung mit Salzwasser im Laborversuch, dass die Anbringung der Schutzschicht 6 eine Korrosion der metallbasierten Funktionsschicht effektiv verhindert, obwohl der beschichtungsfreie Randbereich 4 nur 2 mm breit war. Somit bietet die erfindungsgemäße Verglasung gegenüber herkömmlichen Verglasungen den Vorteil, dass eine Randentschichtung einer metallbasierten Funktionsschicht zwischen den Scheiben einer Verbundscheibe nur in geringer Breite vorgenommen werden muss. Dies ist besonders vorteilhaft bei Scheiben, deren Kantenbereich im Einbauzustand nicht durch breite Rahmen oder Abdeckdrucke verdeckt sind. Dank der transparenten Oxid-enthaltenden Beschichtung ist diese Lösung auch für freistehende Kanten sehr gut geeignet.
Figur 2a und Figur 2b zeigen zwei mögliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Verglasung in der Draufsicht.
In Figur 2a ist eine Scheibe mit einem beschichtungsfreien Randbereich 4 und einer Schutzschicht 6 der Breite b in Rahmenform gezeigt, die entlang der gesamten umlaufenden Scheibenkante 9 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind. Details zur Ausgestaltung des Randbereichs sind der Beschreibung zu Figur 1 zu entnehmen. Ein Vorteil dieser Gestaltung ist, dass die Scheibe umlaufend vor Korrosion geschützt ist und gleichzeitig nur einen schmalen Bereich entlang der Kante aufweist, an dem optisch der Übergang von metallbasierter Funktionsschicht zu beschichtungsfreiem Randbereich Sichtbar werden kann. In Figur 2b ist eine Scheibe mit einem beschichtungsfreien Randbereich 4 und einer Schutzschicht 6 der Breite b gezeigt, die in drei Kantenabschnitten, 9.1, 9.2 und 9.3 der umlaufenden Scheibenkante 9 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind. In Kantenabschnitt 9.4 ist keine Schutzschicht 6 gezeigt. Hier kann zum Beispiel eine Entschichtung nach dem Stand der Technik mit einer Breite von mindestens 10 mm vorgenommen sein, die von einem Abdeckdruck verdeckt wird oder die nach Einbau an den Bestimmungsplatz von Rahmenbauteilen verdeckt wird. Eine solche Ausgestaltung eignet sich zum Beispiel besonders für eine bewegliche oder eine freistehende Seitenscheibe eines Fahrzeugs, bei der die untere Kante in der Karosserie verschwindet und daher nicht optisch ansprechend gestaltet werden muss.
In der Figur 3 ist eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung 10 dargestellt. Die Verglasung ist im Wesentlichen die gleiche wie in Figur 1 dargestellt. Zusätzlich ist auf der äußeren Oberfläche IV der zweiten Scheibe 2 eine emissivitätsmindernde Beschichtung 8 angeordnet. Sie umfasst eine leitfähige ITO-Schicht nebst dielektrischen Schichten. Die emissivitätsmindernde Beschichtung 8 auf der zweiten Scheibe 2 reduziert den Eintrag von Wärmestrahlung in den Innenraum weiter. Somit wird der thermische Komfort in Kombination mit der Sonnenschutzsbeschichtung 5 auf der ersten Scheibe 1 weiter erhöht. Auf der zweiten Scheibe 2 ist kein beschichtungsfreier Randbereich notwendig, da die emissivitätsmindernde Beschichtung 8 nicht korrosionsempfindlich ist.
In der Figur 4 sind Querschnitte einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung 10 während verschiedener Phasen ihrer Herstellung gezeigt.
Zunächst wird eine erste Scheibe 1 bereitgestellt, welche eine als äußere Oberfläche vorgesehene Oberfläche I und eine als innenliegende Oberfläche vorgesehene Oberfläche II
und eine umlaufende Seitenkante K aufweist (Fig. 4 (a)). Dann wird auf der als innenliegende Oberfläche vorgesehenen Oberfläche II der ersten Scheibe 1 vollflächig mittels magnetfeldunterstützter Kathodenabscheidung eine metallbasierte Funktionsschicht 5 abgeschieden (Fig. 4 (b)). Die metallbasierte Funktionsschicht 5 ist beispielsweise eine Sonnenschutzbeschichtung, die IR-Strahlung reflektiert und die drei Silberschichten umfasst. Ein beschichtungsfreier Randbereich 4 wird entweder durch Maskieren während des Abscheidevorgangs erzeugt oder beispielsweise durch Laserentschichten nach dem Abscheidevorgang. Der beschichtungsfreie Randbereich 4 hat beispielsweise eine Breite e von 3 mm. Mittels Siebdruck wird eine opake Emaille als Schutzschicht 6 im beschichtungsfreien Randbereich 4 und darüber hinaus in einem 3 mm breiten Überlappungsbereich 7 auf der metallbasierten Funktionsschicht 5 aufgebracht (Fig. 4 (c)). Die Emaille wird anschließend während des Biegevorgangs der Scheibe bei Temperaturen von etwa 550°C bis 650°C eingebrannt wird. In einem letzten Schritt wird die beschichtete erste Scheibe 1 über eine thermoplastische Zwischenschicht 3, beispielsweise eine 0,76 mm dicke PVB-Schicht mit der zweiten Scheibe 2 verbunden und laminiert (Fig. 4 (d)).
Bezugszeichenliste:
10 Verglasung, Kraftfahrzeugscheibe 1 erste Scheibe, Außenscheibe
2 zweite Scheibe, Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
4 beschichtungsfreier Randbereich auf einer innenliegenden Oberfläche
5 metallbasierte Funktionsschicht 6 Schutzschicht
7 Überlappungsbereich
8 emissivitätsmindernde Beschichtung
9 umlaufende Scheibenkante
9.1, 9.2, 9.3, 9.4 Kantenabschnitte der Scheibe, K Seitenkante der ersten Scheibe
I äußere, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der ersten Scheibe 1
11 innenliegende, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der ersten Scheibe 1
III innenliegende, zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche der zweiten Scheibe 2 IV äußere, von der Zwischenschicht 3 abgewandte Oberfläche der zweiten Scheibe 2