WO2024002826A1 - Verfahren zur herstellung einer fahrzeugverbundscheibe mit verbessertem aufprallschutz - Google Patents

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WO2024002826A1
WO2024002826A1 PCT/EP2023/066824 EP2023066824W WO2024002826A1 WO 2024002826 A1 WO2024002826 A1 WO 2024002826A1 EP 2023066824 W EP2023066824 W EP 2023066824W WO 2024002826 A1 WO2024002826 A1 WO 2024002826A1
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WO
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pane
outer pane
inner pane
windshield
vehicle
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PCT/EP2023/066824
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Emmanuel WALCH
Alessandro Benedetto
René Gy
Bernard Nghiem
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Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a vehicle composite window with improved impact protection, such a vehicle composite window and its use.
  • Composite panes which comprise at least two panes and at least one polymer film glued between the panes, have been used extensively for decades in various technical areas, particularly in building glazing and vehicle construction.
  • the selection of the materials used and the dimensioning of the components depend on the requirements of the specific intended use, in particular with regard to the desired mechanical strength of the finished glazing, taking into account the boundary conditions set by the framing and any add-on parts.
  • the US 6,708,595 B1 discloses an armored laminated glass pane for motor vehicles, which comprises a stacking sequence of several panes and several adhesive intermediate layers in between.
  • JP 2008133141 A discloses a composite pane comprising an intermediate layer, wherein the intermediate layer has a first region and a second region and the tensile stiffness of the intermediate layer is higher in the first region than in the second region.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for producing a vehicle composite window with controllable fracture characteristics and associated improved impact protection as well as a composite window with these properties.
  • the composite pane when used as a windshield, should, on the one hand, offer greater accident safety for passers-by and, on the other hand, ensure compliance with the relevant standards for windshields with regard to stone chip resistance and transparency.
  • the method according to the invention for producing a windshield with improved impact protection comprises at least the steps a) providing an outer pane and an inner pane, b) introducing defect points in at least a first partial area of the outer pane and / or inner pane, c) bending the outer pane with defect points and / or Bending the inner pane with defects, d) placing a thermoplastic intermediate layer on the outer pane or the inner pane, e) closing the layer stack consisting of at least the outer pane and thermoplastic intermediate layer with the inner pane or
  • step b) Completing the layer stack of at least outer pane and thermoplastic intermediate layer with the outer pane and f) laminating the layer stack of at least outer pane, thermoplastic intermediate layer and inner pane to form a windshield, wherein the defect points in step b) are introduced into the outer pane and/or the inner pane by means of indentation and the inner pane and the outer pane are glass panes.
  • a vehicle composite window produced using the method according to the invention has improved fracture characteristics in the first part when an object hits the windshield.
  • the defect points introduced by means of indentation lead to a targeted weakening of the outer pane and/or inner pane, which significantly influences the fracture characteristics of the vehicle composite pane in the first partial area and an impacting body experiences a lower deceleration rate.
  • the defect areas are first introduced by means of indentation and the disks are then bent.
  • indentation of one or both panes of the vehicle composite pane before bending leads to a composite pane with the desired improved fracture characteristics and at the same time the stone chip resistance of the vehicle pane is maintained.
  • improved fracture characteristics mean that the pane breaks early in the first partial area or areas of the composite pane.
  • the location and size of the first subarea(s) can be freely selected depending on the application.
  • the improved fracture characteristics are advantageous in areas of the windshield in which the impact of the pedestrian's head is to be expected in accidents involving pedestrians.
  • Heating the indented disk or disks in the bending process causes the defect areas created by indentation to partially heal, which has an advantageous effect on the mechanical properties of the disk. Indentation of the non-curved planar disks is also much easier to handle in practice compared to machining the curved disks.
  • the defect locations are applied to the interior surface of the outer pane and/or on the interior surface of the inner pane. These pane surfaces are subject to the greatest deflection when an object hits the outside surface of the outer pane.
  • the defect areas introduced in the method according to the invention can be spherical, rectangular, rhombic, pyramid-shaped or conical.
  • the geometry of the defect location results from the image of the indenter tip used.
  • Microindentation or nanoindentation methods are generally known to those skilled in the art and are generally used to test the hardness of materials.
  • the indentation in the method according to the invention is preferably carried out as microindentation or nanoindentation, with the indenter tip having a spherical, rectangular, rhombic, pyramidal or conical geometry.
  • Corresponding indenter tips are commercially available and known to those skilled in the art. Over time, a wide variety of methods for testing the hardness of materials have been established, although these differ primarily in their area of application within different material groups and in the geometry of the indenter tip.
  • the defect areas are preferably indentated with an indenter tip for hardness testing according to Brinell (DIN EN ISO 6506-1 to EN ISO 6506-4), Vickers (DIN EN ISO 6507-1:2018 to -4:2018), Knoop (DIN EN ISO 4545-1 to -4), Rockwell (DIN EN ISO 6508-1) or with an indenter syringe with the basic shape of a triangular pyramid according to Berkovich.
  • the Brinell hardness test uses a hard metal ball as an indenter tip, whereby the balls used can have a diameter of 1 mm, 2.5 mm, 5 mm or 10 mm.
  • An indenter tip for hardness testing according to Vickers is designed as an equilateral diamond pyramid with an opening angle (measured between the side surfaces, not the edges of the pyramid) of 136°.
  • the Knoop hardness test is based on the Vickers hardness test, whereby, in contrast, a diamond tip with a rhombic shape with tip angles of 172.5° for the long side and 130° for the short side of the indenter tip is used.
  • different tip geometries of the indenter tip are used, for example steel balls or conical diamond tips are used as test specimens.
  • An indenter tip according to Berkovich has the basic shape of a triangular pyramid and is described in detail, for example, in the publication Determination of fracture toughness of brittle materials by indentation (Acta Mechanica Solida Sinica, Vol. 28, No. 3, June, 2015). All indenter tips mentioned are commercially available and are specified in more detail in the standards cited.
  • the defect points are preferably introduced by identification with an indenter tip for hardness testing according to Vickers or according to Berkovich with an indentation load of 50 g to 700 g, particularly preferably 100 g to 600 g, in particular 200 g to 550 g.
  • the indenter tip is first positioned above the surface that is to be indented. The indenter tip is held in the air by a force sensor and then lowered onto the glass surface. When the indenter tip is no longer supported by the sensor, it indents the glass with a load that corresponds to the mass of the components of the indenter tip plus an optionally applied additional load.
  • An indenter tip with a mass of 250 g is preferably used, which results in a corresponding indentation load, which can be further increased if necessary, for example to 500 g.
  • indentation with an indenter tip for hardness testing according to Vickers with an indentation load of 250 g or 500 g or a weight between 250 g and 500 g is particularly advantageous in order to achieve advantageous fracture behavior with good stone chip resistance of the composite pane.
  • the indentation load used can also change depending on the position of the defect on the disk surface. It is therefore possible to introduce larger defects into the glass surface in some places and smaller defects in other places.
  • the fracture behavior of the disc can be controlled in general and also specifically depending on the position of the defect point on the disc. Areas in which the disc should break earlier will be provided with larger defects that are created by means of a higher indentation load, while areas with smaller defects will break at a later point in time.
  • Composite panes for vehicle glazing are usually made by lamination of two curved flat glass panes.
  • the float process is the most common and economically advantageous process for producing flat glass, so panes for vehicle glazing are usually made using this manufacturing process.
  • indentation that occurs after the disks have been manufactured can be adjusted, with the surface compressive stress of the disks after indentation preferably being between 50 MPa and 100 MPa.
  • the indentation in step b) takes place by means of several indenter tips, which at least partially contact the surface to be indented at the same time. At least partially at the same time means that at least two indenter tips touch the surface to be indented in the same time window or in two partially overlapping time windows.
  • Several indenter tips are attached to a holder, for example a frame, and simultaneously lowered onto the surface to be indented. This results in easy handling and an efficient process time.
  • the number and position of the indenter tips attached to a common holder corresponds to the number and position of the defect points to be introduced into a glass surface.
  • the holder with indenter tips therefore only needs to be positioned once per workpiece, whereby all defect areas can be introduced at the same time.
  • the indentation load can be set differently for each indenter tip or the same for several or all indenter tips.
  • a different indentation load is advantageous in order to adapt the size of the defect areas depending on the position of the defect area on the disk. If defects of different sizes are desired within a workpiece, different indentation loads can be applied between the respective indenter tip and the holder that carries the indenter tips. If the same indentation load is desired for all indenter tips, one or more loads can also be placed on the holder itself.
  • step c) of the method according to the invention at least the disk or disks into which defects have been introduced are bent.
  • the outer pane and/or the inner pane are preferably bent at a temperature of 500 °C to 700 °C.
  • the outer pane and the inner pane can be bent individually.
  • the outer pane and the inner pane are preferably bent congruently together (i.e. at the same time and using the same tool), because this means that the shape of the panes is optimally coordinated with one another for the later lamination.
  • defect points are only introduced into the outer pane and the inner pane is not pre-bent.
  • a thin inner pane is used, which has a film-like flexibility and can therefore be adapted to the pre-bent outer pane without having to be pre-bent itself. This simplifies the production of the laminated glass.
  • the inner pane will also be subjected to a bending process. This is particularly advantageous for strong bends in several directions of space (so-called three-dimensional bends).
  • the panes are preferably connected to form the laminated glass after the coating has been applied. If the vehicle composite window comprises coatings that are to be electrically contacted, the electrically conductive layers are electrically contacted via bus conductors or other suitable electrical conductors before the composite window is laminated.
  • Any opaque cover prints that may be applied in the edge area of the composite pane are preferably applied using a screen printing process.
  • connection of the outer pane and the inner pane via the thermoplastic intermediate layer to form the vehicle composite pane is preferably carried out by lamination under the influence of heat, vacuum and/or pressure. Methods known per se can be used to produce a composite pane. During lamination, the heated, flowable thermoplastic material flows so that a stable composite is created.
  • so-called autoclave processes can be carried out at an increased pressure of about 10 bar to 15 bar and temperatures of 130 ° C to 145 ° C for about 2 hours.
  • Known vacuum bag or vacuum ring processes work, for example, at around 200 mbar and 80 ° C to 110 ° C.
  • the outer pane, the thermoplastic intermediate layer and the inner pane can also be pressed into a disk in a calender between at least one pair of rollers.
  • Systems of this type are known for producing disks and usually have at least one heating tunnel in front of a pressing plant. The temperature during the pressing process is, for example, from 40 °C to 150 °C.
  • Combinations of calender and autoclave processes have proven particularly useful in practice.
  • vacuum laminators can be used. These consist of one or more heatable and evacuable chambers in which the panes are laminated within, for example, about 60 minutes at reduced pressures of 0.01 mbar to 800 mbar and temperatures of 80 ° C to 170 ° C
  • the invention further relates to a vehicle composite window comprising at least an outer pane made of glass with an outside surface I and an interior-side surface II and an inner pane made of glass with an outside surface III and an interior-side surface IV, the interior-side surface II of the outer pane and the outside surface III the inner pane are connected to each other via a thermoplastic intermediate layer.
  • the vehicle composite window comprises, in at least a first partial area, defects that are introduced into the outer pane and/or inner pane, the defects being introduced by means of indentation.
  • the defects created by indentation reduce the strength of the glass.
  • the inventors have taken advantage of this, generally undesirable effect, to influence the fracture characteristics of the composite pane.
  • the vehicle composite window according to the invention is used, for example, to mitigate the impact of a human head on the windshield in accidents involving pedestrians. An abrupt slowing of the head, as occurs in the event of a late glass breakage, should be avoided.
  • a composite pane not according to the invention without defects shows late glass breakage in the event of a head impact, with a large part of the kinetic energy of the impact being dissipated by bending of the glass, which leads to a high deceleration rate of the head.
  • HIC Head Injury Criterion
  • High deceleration rates are usually associated with high HIC values, which are associated with serious injuries to the pedestrian's head.
  • a low HIC value means a low risk of serious head injuries.
  • the defect points introduced according to the invention in the first partial area of the composite pane can be specifically placed in the first partial area of the windshield as the area in which an early break should occur.
  • the composite pane according to the invention also offers, for example, in the case In the event of a traffic accident involving a passer-by, this ensures greater safety for the pedestrian, since in the event of a head-on collision, the severity of the impact on the human head is mitigated by the early breakage of the composite window.
  • the vehicle composite window according to the invention is preferably produced using the method according to the invention.
  • the vehicle composite window is intended to separate a vehicle interior from an external environment.
  • the vehicle composite window is therefore a window pane that is inserted into a window opening in the vehicle body or is intended for this purpose.
  • a first pane of the vehicle composite pane represents the outer pane of the vehicle composite pane, which faces the external vehicle environment, while the second pane of the vehicle composite pane forms the inner pane, which is oriented towards the vehicle interior. It is understood that the first disk, the second disk and the thermoplastic intermediate layer have substantially the same external dimensions.
  • the surface of the respective pane which faces the external environment of the vehicle in the installed position is referred to as the external surface.
  • the surface of the respective window which faces the interior of the vehicle in the installed position is referred to as the interior surface.
  • the interior surface of the outer pane is connected to the outside surface of the inner pane via the thermoplastic intermediate layer.
  • the outside surface of the outer pane is referred to as “Side I”, the inside surface of the outer pane as “Side II”, the outside surface of the inner pane as “Side III” and the inside surface of the inner pane as “Side IV”.
  • the vehicle composite window according to the invention has a first surface area, referred to as the first subarea.
  • This first subarea comprises at least a surface area of the vehicle composite window, but can also include the entire window surface of the vehicle composite window. If the first subarea covers less than the entire pane surface of the vehicle composite window, the surface area not covered by the first subarea is referred to as the second subarea of the vehicle composite pane.
  • the second subarea includes areas in which there are no defects created by indentation. There can also be several first sub-regions and/or second sub-regions, the first sub-regions comprising defects while the second sub-regions are free of defects are.
  • the vehicle composite window has only a first partial area and a second partial area, which together cover the entire area of the vehicle composite window.
  • the thermoplastic intermediate layer can comprise one or more further films. These can be, for example, films that have electrically switchable functions or colored areas.
  • the thermoplastic intermediate layer can be constructed in one or more layers. In a possible embodiment, the thermoplastic intermediate layer is designed as a film laminate, for example as a film laminate with three layers.
  • the defects created by indentation are applied to the outer pane and/or the inner pane.
  • one or both panes of the vehicle composite window are specifically weakened in order to cause an early break.
  • the severity of the impact is reduced by the early breaking of the vehicle composite window.
  • After the glass breaks a significant amount of energy is absorbed by the expansion of the thermoplastic interlayer and the partial delamination of the broken glass fragments.
  • Due to the stretching of the thermoplastic intermediate layer the human head is exposed to a rather lower deceleration rate. Very abrupt head delays, such as those that occur in the event of late glass breakage, are avoided.
  • the defect points are preferably attached to the interior-side surface of the outer pane and/or the interior-side surface of the inner pane.
  • a break in the composite pane does not occur directly due to the impact of an object on the outside of the composite pane, but rather due to the tensile stress that arises in the glass, especially on the interior surfaces of the outer pane and the inner pane. This is particularly the case with semi-hard objects, such as a human head.
  • the composite pane breaks first at the points where the tensile stress is greatest. If an impact occurs on the outside surface of the outer pane, the greatest tensile stresses arise on the interior surface of the outer pane and on the interior surface of the inner pane. If the defect points are attached to one of these surfaces, the desired early breakage occurs there. Defect points are particularly preferably located at least on the interior surface of the inner pane. The highest tensile stresses occur on this surface.
  • the diameter of the defect points is preferably 10 pm to 500 pm, particularly preferably 15 pm to 250 pm.
  • the diameter of a defect is determined as the maximum diameter of the defect, i.e. the maximum measurable extent of the defect. This made it possible to achieve reliable breakage of the disc, while at the same time keeping the indentation surface small in order to save costs and to avoid visual impairments.
  • the diameter of the defect sites is measured as the total diameter of the visible defect caused by indentation. This consists of the impression of the indenter tip visible in the glass surface and any other adjacent damage, such as cracks originating from the impression of the indenter tip.
  • the length of the diagonal of the tip impression is preferably between 10 pm and 500 pm. Tip impressions with a diameter of 15 pm to 250 pm, in particular 20 pm to 40 pm, have proven to be particularly preferred. Defect areas with tip marks of this size are visually very inconspicuous for the driver of the vehicle and, in the inventors' experiments, lead to the desired early breakage of the window while at the same time providing sufficient resistance to stone chips.
  • the defect points preferably form a regular or irregular pattern within the first partial region of the composite pane, with defect points adjacent to one another within a plane having an average distance of 1 cm to 50 cm, preferably from 2 cm to 30 cm, particularly preferably from 3 cm to 15 cm , for example from 5 cm to 10 cm, to each other. This has proven to be advantageous so that a head striking the composite pane always strikes in the vicinity of a defect point in the first partial area.
  • the first portion in which defects are introduced occupies between 10% and 100%, preferably 20% to 90%, particularly preferably 30% to 70% of the total area of the composite pane.
  • the above-mentioned preferred area proportions of the first subregion are sufficient to achieve good security.
  • the vehicle composite window according to the invention is a windshield.
  • the circumferential edge of the composite window has four sections, which are referred to as the engine edge, roof edge and side edges in relation to the installation situation of the windshield in a motor vehicle, two of which are one next to the other opposite side edges connect the engine edge and the roof edge together.
  • the windshield has at least a first portion that extends adjacent to the motor edge of the windshield in the direction of the roof edge.
  • the windshield has a transmission of at least 70% in the visible range of the light spectrum.
  • a transmission of at least 70% in the visible area is required in order to comply with the legal regulations for windshields (ECE-R 43, Appendix 3, ⁇ 9.1 Procedure for testing the light transmission of motor vehicle windows.) to fulfill. If the first part of the area projects into the main field of view of the windshield, there should be a transmission of 70%, in other areas a lower transmission is sufficient.
  • the first portion of the composite pane, in which the defect areas are arranged is an area adjacent to the engine edge, in which a pedestrian's head is more likely to land in the event of an accident.
  • the first subregion extends at least in sections starting from the motor edge of the windshield by an amount in the direction of the roof edge of the windshield that corresponds to 10% to 90%, preferably 20% to 70% of the height of the windshield.
  • the height of the windshield is determined by measuring the shortest distance to the edge of the roof at the relevant position of the engine edge. The amount by which the first partial area extends in the direction of the roof edge is then determined at the same position of the engine edge as the shortest distance between the engine edge and the upper edge of the first partial area offset in the direction of the roof edge, whereby the height of the first partial area extends along this position the engine edge results.
  • This height of the first sub-area is set in relation to the height of the windshield, each measured at the same position along the windshield, whereby the relative amount by which the first sub-area extends from the engine edge towards the roof edge is obtained.
  • the height up to which the first partial area extends is determined depending on the vehicle geometry, with the area in which a pedestrian's head would most likely hit in an accident preferably being in the first partial area.
  • the first partial area is attached in the vicinity of the engine edge and extends from there at least in sections up to the mentioned height of the windshield. In sections, this means that the first subregion protrudes into the windshield in at least one section along the engine edge of the windshield up to the specified height in the direction of the roof edge, but also at a lower height in other sections can have.
  • the upper edge of the first sub-area i.e. the edge section of the first sub-area that is the greatest distance from the motor edge of the windshield, preferably runs in a straight line or curved between the side edges of the windshield.
  • the density of the defect locations i.e. the number of defect locations per unit area, decreases within the first subregion from the engine edge towards the roof edge.
  • the density of the defect areas adjacent to the upper edge of the first subregion is therefore lower than the density of the defect areas adjacent to the engine edge. In this way, a gradual transition between the first subregion and a second subregion adjacent to it can be created without defects.
  • the size of the first partial area is selected such that when the windshield is installed in a motor vehicle, the size of the first partial area corresponds to at least 90% of the area of the projection of the dashboard of the motor vehicle onto the windshield.
  • the size of the first partial area corresponds to at least the area of the projection of the dashboard onto the windshield.
  • a common accident scenario involving pedestrians is where the pedestrian's head hits the windshield in the dashboard area. If the windshield is breached in this area, the pedestrian's head will hit the dashboard behind it, increasing the likelihood of serious injuries.
  • the edge section of the first partial area which has the greatest distance from the engine edge along the engine edge is referred to as the upper edge of the first partial area.
  • the edge of the first subregion is a line enclosing the first subregion with defects.
  • the upper edge of the first portion preferably extends between the side edges of the windshield, whereby the upper edge can, but does not have to, end at the side edges of the windshield. This means that the top edge of one or both side edges of the windshield can meet the respective side edge.
  • the first subregion can in principle have any shape and preferably has the shape of a rectangle or a rounded rectangle or a semicircle or a semiellipse, each adjacent to the motor edge of the windshield. Depending on the geometry of the windshield, other shapes are also useful.
  • the upper edge of the first portion runs in a straight line between the side edges and ends at the side edges of the windshield.
  • a horizontal course when the windshield is installed in the vehicle has proven to be advantageous in order to achieve the desired reduction in strength in the first partial area evenly in all areas along the engine edge.
  • the upper edge of the first partial region has a curved shape. The upper edge can end in the area of the side edges or can also run towards the corner areas and end directly in the corner area or at the sections of the motor edge adjacent to the corner area. This results in a semicircular or semielliptical geometry of the first partial area.
  • the thermoplastic intermediate layer preferably comprises polyvinyl butyral (PVB), polyurethane (PU), ionomer and/or ethylene vinyl acetate (EVA), particularly preferably PVB. These materials have proven to be particularly suitable in terms of securely connecting the panes to one another.
  • PVB polyvinyl butyral
  • PU polyurethane
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the thickness of the thermoplastic intermediate layer is preferably between 300 pm and 1000 pm, particularly preferably between 500 pm and 900 pm, in particular between 650 pm and 850 pm.
  • the outer pane and the inner pane are made of glass, preferably soda-lime glass, as is common for window panes.
  • the panes can also be made from other types of glass, for example quartz glass, borosilicate glass or aluminosilicate glass.
  • the outer pane and the inner pane can independently consist of non-tempered, partially tempered or toughened glass. If the outer pane and/or the inner pane are to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • the outer pane and the inner pane preferably each have a thickness of 0.8 mm to
  • the thickness of the outer pane is typically from 1.0 mm to 2.5 mm.
  • the thickness of the inner pane is preferably between 0.8 mm and 2.1 mm.
  • the thickness of the outer pane is preferably greater than the thickness of the inner pane.
  • the outer pane can be 2.1 mm thick and the inner pane can be 1.1 mm thick or the outer pane can be 1.8 mm thick and the inner pane can be 1.4 mm thick or the outer pane can be 1.6 mm thick and the inner pane can be 1.1 mm thick or the outer pane should be 1.6 mm thick and the inner pane should be 0.7 mm thick or the outer pane should be 1.4 mm thick and the inner pane should be 1.1 mm thick.
  • the inner pane, the outer pane and the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • the tint of the outer pane, inner pane and the thermoplastic intermediate layer is selected depending on the desired application of the composite pane. For windshields, high transmission in the visible range of the light spectrum is desired and dark tints on the components are avoided.
  • the total transmission through the windshield in one embodiment as a windshield of a motor vehicle is greater than 70%, based on light type A.
  • the term total transmission refers to the procedure for testing the light transmission of motor vehicle windows specified by ECE-R 43, Appendix 3, ⁇ 9.1.
  • the vehicle composite window according to the invention is bent in one or preferably in several directions of space, as is usual for windows of motor vehicles, with typical radii of curvature in the range from approximately 10 cm to approximately 40 m.
  • the inner pane, the outer pane and/or the thermoplastic intermediate layer can have other suitable, known coatings, for example anti-reflective coatings, non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings or sun protection coatings or low-E coatings.
  • Automobile glazing in particular windshields, rear windows and roof windows, usually have a circumferential peripheral cover print made of an opaque enamel, which serves in particular to protect the adhesive used to install the window from UV radiation and to optically conceal it.
  • the outer pane has such an opaque peripheral covering print; particularly preferably both the outer pane and the inner pane are printed so that visibility is prevented from both sides.
  • the opaque cover print is applied, for example, in the form of a screen print, so that this screen print circumscribes the field of view of the pane. forms its outer edge. Any electrical conductors arranged in the edge area of the pane and, in the case of coated panes, any coating-free edge area that may be provided are preferably covered by this cover print and are thus optically concealed.
  • the opaque screen print can be applied at any level on the windshield.
  • the invention further comprises a vehicle comprising the composite window according to the invention, the size of the first partial area with defect areas being selected such that the size of the first partial area corresponds to at least 90% of the area of the projection of the dashboard of the motor vehicle onto the vehicle composite window.
  • the vehicle composite window is the windshield of the motor vehicle.
  • the size of the first partial area corresponds to at least the area of the projection of the dashboard onto the windshield.
  • a common accident scenario involving pedestrians is where the pedestrian's head hits the windshield in the dashboard area. If the windshield is breached in this area, the pedestrian's head will hit the dashboard behind it, increasing the likelihood of serious injuries.
  • FIG. 1a, b show a top view of an embodiment of a vehicle composite window according to the invention as a windshield
  • FIG. 2 shows a detail of a cross section through the embodiment of a vehicle composite window according to the invention shown in FIG. 1 as a windshield
  • Fig. 3a, b samples with defect areas after indentation with a Vickers tip at different indentation loads
  • Fig. 4 Diagram for examining the bending strength of glasses with defects depending on the indentation load
  • FIG. 5 Device for indentation of the samples according to Figures 3a, b.
  • FIG. 1a, b show a top view of an embodiment of a vehicle composite window 10 according to the invention as a windshield
  • FIG. 2 shows a detail of a cross section through the embodiment shown in FIG. 1 along the section line C'-C according to FIG.
  • Figure 1b shows an enlarged view of the area Z of the windshield from Figure 1a.
  • the windshield 10 shown in Figures 1a, b and 2 comprises an outer pane 1 and an inner pane 2, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3.
  • the outer pane 1 has an outside surface I and an inside surface II.
  • the inner pane 2 has an outside surface III and an interior surface IV.
  • the interior surface II of the outer pane 1 is connected to the outside surface III of the inner pane 2 via the thermoplastic intermediate layer 3.
  • the windshield 10 has a roof edge D, a motor edge M opposite the roof edge and two opposite side edges S, which connect the engine edge M and the roof edge D with each other.
  • the windshield 10 has a first portion X and a second portion Y, the first portion X being arranged adjacent to the engine edge M.
  • the outer pane 1 is, for example, a glass pane made of soda-lime glass with a thickness of 2.1 mm.
  • the inner pane 2 consists, for example, of soda-lime glass and has a thickness of 1.6 mm.
  • the first partial area X has an upper edge 5, which is arranged offset from the engine edge M towards the roof edge D.
  • the upper edge 5 of the first partial area X runs between the side edges K, with the defect points 4 being introduced between the upper edge 5 of the first partial area X and the motor edge M.
  • defect points 4 are arranged on the interior surface IV of the inner pane 2. This has proven to be particularly advantageous in order to achieve early breakage of the windshield 10 in the head impact test. Further improved results can be achieved if, as shown in Figure 2, defect points 4 are additionally arranged on the interior surface II of the outer pane 1.
  • the inventors have carried out experiments that experimentally confirm a targeted weakening of a glass pane in the area of a defect point 4 introduced by indentation.
  • the inventors carried out experiments with float glass panes with a thickness of 1.6 mm and 2.1 mm. A series of such samples were provided with defects 4, with the indentation load being varied.
  • Glass produced using the float glass process has different surface characteristics and stresses on the opposite surfaces of the float glass pane.
  • tin side also called the bath side
  • the float glass pane which refers to the glass surface that was in contact with the tin bath
  • air side also called the fire side or atmosphere side
  • FIGs 3a and 3b defect areas 4 introduced by indentation are shown on the fire side of two samples.
  • the sample shown in Figure 3a is a glass pane 6 consisting of float glass with a thickness of 2.1 mm, with the indentation using a Vickers tip according to DIN EN ISO 6507-1:2018 to -4:2018 with an indentation load of 250 g on the air side of the sample was carried out.
  • Figure 3b A schematic representation of the device with which the samples were indentated is shown in Figure 5.
  • a force sensor 11 is attached to a holding device 15.
  • the force sensor 11 holds a system 12 for adjusting the height of the indenter tip and the indenter tip 14.
  • the indenter tip 14 is first positioned over the area of the sample 6 that is to be indented, with the indenter tip 14 being held in the air by the force sensor 11.
  • the system 12 for height adjustment includes a plate 13, the weight of which can be used to adjust the indentation load.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugverbundscheibe (10) mit verbessertem Aufprallschutz, wobei zumindest a) eine Außenscheibe (1) aus Glas und eine Innenscheibe (2) aus Glas bereitgestellt werden, b) in mindestens einem ersten Teilbereich (X) Defektstellen (4) in die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) eingebracht werden, c) die Außenscheibe (1) mit Defektstellen und/oder die Innenscheibe (2) mit Defektstellen gebogen werden, d) eine thermoplastische Zwischenschicht (3) auf die Außenscheibe (1) oder die Innenscheibe (2) aufgelegt wird, e) der Schichtstapel mit der Innenscheibe (2) oder der Außenscheibe (1) abgeschlossen wird und f) der Schichtstapel aus zumindest Außenscheibe (1), thermoplastischer Zwischenschicht (3) und Innenscheibe (2) zu einer Windschutzscheibe (10) laminiert wird, wobei die Defektstellen (4) mittels Indentierung in die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) eingebracht werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugverbundscheibe mit verbessertem Aufprallschutz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugverbundscheibe mit verbessertem Aufprallschutz, eine solche Fahrzeugverbundscheibe 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.
JP 2008133141 A offenbart eine Verbundscheibe umfassend eine Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist und die Zugsteifigkeit der Zwischenschicht im ersten Bereich höher ist als im zweiten Bereich.
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. Beispielsweise 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. Auch hinsichtlich anderer Unfallszenarien, bei denen ein Gegenstand auf die Windschutzscheibe auftrifft, ist es wünschenswert die Bruchcharakteristik der Windschutzscheibe gezielt zu steuern und dabei in bestimmten Bereichen der Windschutzscheibe einen verbesserten Aufprallschutz zu gewährleisten. Welche Bereiche der Windschutzscheibe mit einem verbesserten Aufprallschutz ausgestattet werden sollen, sollte dabei je nach Kundenwunsch, Scheibenmodell und wahrscheinlichstem Unfallszenario frei wählbar sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugverbundscheibe mit steuerbarer Bruchcharakteristik und damit einhergehendem verbesserten Aufprallschutz sowie eine Verbundscheibe mit diesen Eigenschaften bereitzustellen. Insbesondere soll die Verbundscheibe bei ihrer Verwendung als Windschutzscheibe einerseits eine höhere Unfallsicherheit für Passanten bieten und andererseits die Einhaltung der einschlägigen Normen für Windschutzscheiben hinsichtlich Steinschlagfestigkeit und Transparenz gewährleisten.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe mit verbessertem Aufprallschutz umfasst zumindest die Schritte a) Bereitstellen einer Außenscheibe und einer Innenscheibe, b) Einbringen von Defektstellen in mindestens einem ersten Teilbereich der Außenscheibe und/oder Innenscheibe, c) Biegen der Außenscheibe mit Defektstellen und/oder Biegen der Innenscheibe mit Defektstellen, d) Auflegen einer thermoplastischen Zwischenschicht auf die Außenscheibe oder die Innenscheibe, e) Abschließen des Schichtstapels aus zumindest Außenscheibe und thermoplastischer Zwischenschicht mit der Innenscheibe oder
Abschließen des Schichtstapels aus zumindest Außenscheibe und thermoplastischer Zwischenschicht mit der Außenscheibe und f) Laminieren des Schichtstapels aus zumindest Außenscheibe, thermoplastischer Zwischenschicht und Innenscheibe zu einer Windschutzscheibe laminiert wird, wobei die Defektstellen in Schritt b) mittels Indentierung in die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe eingebracht werden und die Innenscheibe und die Außenscheibe Glasscheiben sind.
Die Erfinder haben festgestellt, dass eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Fahrzeugverbundscheibe im ersten Teilbereich eine verbesserte Bruchcharakteristik beim Aufschlag eines Gegenstands auf der Windschutzscheibe besitzt. Die mittels Indentierung eingebrachten Defektstellen führen zu einer gezielten Schwächung der Außenscheibe und/oder Innenscheibe, wodurch die Bruchcharakteristik der Fahrzeugverbundscheibe im ersten Teilbereich maßgeblich beeinflusst wird und ein auftreffender Körper eine geringere Verzögerungsrate erfährt. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst die Defektstellen mittels Indentierung eingebracht und die Scheiben danach gebogen. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine vor dem Biegen durchgeführte Indentierung einer oder beider Scheiben der Fahrzeugverbundscheibe zu einer Verbundscheibe mit gewünschter verbesserter Bruchcharakteristik führt und gleichzeitig die Steinschlagfestigkeit der Fahrzeugscheibe erhalten bleibt. Verbesserte Bruchcharakteristik bedeutet in diesem Zusammenhang, dass im ersten Teilbereich oder den ersten Teilbereichen der Verbundscheibe ein frühzeitiger Bruch der Scheibe stattfindet. Die Lage und Größe des oder der ersten Teilbereiche ist abhängig vom Anwendungsfall frei wählbar. Beispielsweise ist die verbesserte Bruchcharakteristik in Bereichen der Windschutzscheibe vorteilhaft, in denen bei Unfällen mit Fußgängern mit dem Aufprall des Kopfes des Fußgängers zu rechnen ist. Eine Erwärmung der indentierten Scheibe oder Scheiben im Biegeprozess bewirkt dabei eine teilweise Heilung der durch Indentierung erzeugten Defektstellen, die sich vorteilhaft auf die mechanischen Eigenschaften der Scheibe auswirkt. Eine Indentierung der nicht gebogenen planaren Scheiben ist darüber hinaus im Vergleich zur Bearbeitung der gebogenen Scheiben in der Praxis wesentlich einfacher handhabbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Defektstellen auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und/oder auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angebracht. Diese Scheibenoberflächen unterliegen bei Auftreffen eines Gegenstandes auf der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe der größten Durchbiegung. Um einen frühzeitigen Bruch der im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundscheibe in mindestens einem ersten Teilbereich, beispielsweise bei Auftreffen eines menschlichen Kopfes, zu erzielen ist es vorteilhaft die Defektstellen an den genannten Scheibenoberflächen einzubringen. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingebrachten Defektstellen können sphärisch, rechteckig, rhombisch, pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet werden. Die Geometrie der Defektstelle ergibt sich dabei durch das Abbild der verwendeten Indenterspitze. Verfahren zur Mikroindentierung oder Nanoindentierung sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und werden in der Regel zur Härteprüfung von Materialien angewandt. Bevorzugt wird die Indentierung im erfindungsgemäßen Verfahren als Mikroindentierung oder Nanoindentierung ausgeführt, wobei die Indenterspitze eine sphärische, rechteckige, rhombische, pyramidenförmige oder kegelförmige Geometrie aufweist. Entsprechende Indenterspitzen sind kommerziell erhältlich und dem Fachmann bekannt. Im Laufe der Zeit haben sich die verschiedensten Methoden zur Härteprüfung von Materialien etabliert, wobei diese sich vor allem in ihrem Anwendungsbereich innerhalb verschiedener Materialgruppen sowie in der Geometrie der Indenterspitze unterscheiden.
Die Defektstellen werden bevorzugt durch Indentierung mit einer Indenterspitze zur Härteprüfung gemäß Brinell (DIN EN ISO 6506-1 bis EN ISO 6506-4), Vickers (DIN EN ISO 6507-1 :2018 bis -4:2018), Knoop (DIN EN ISO 4545-1 bis -4), Rockwell (DIN EN ISO 6508-1) oder mit einer Indenterspritze mit Grundform einer Dreieckspyramide gemäß Berkovich eingebracht. Die Härteprüfung nach Brinell verwendet eine Hartmetallkugel als Indenterspitze, wobei die verwendeten Kugeln einen Durchmesser von 1 mm, 2,5 mm, 5 mm oder 10 mm aufweisen können. Eine Indenterspitze zur Härteprüfung nach Vickers ist dabei als gleichseitige Diamantpyramide mit einem Öffnungswinkel (gemessen zwischen den Seitenflächen, nicht den Kanten der Pyramide) von 136° ausgeführt. Die Härteprüfung nach Knoop basiert dabei auf der Härteprüfung nach Vickers, wobei im Unterschied dazu eine Diamantspitze mit rhombischer Form mit Spitzenwinkeln von 172,5° für die lange und 130° für die kurze Seite der Indenterspitze verwendet wird. In der Härteprüfung nach Rockwell werden verschiedene Spitzengeometrien der Indenterspitze verwendet, beispielsweise kommen Stahlkugeln oder kegelförmige Diamantspitzen als Prüfkörper zur Anwendung. Eine Indenterspitze gemäß Berkovich weist die Grundform einer Dreieckspyramide auf und ist beispielsweise in der Veröffentlichung Determination of fracture toughness of brittle materials by indentation (Acta Mechanica Solida Sinica, Vol. 28, No. 3, June, 2015) im Detail beschrieben. Alle genannten Indenterspitzen sind kommerziell erhältlich und in den zitierten Normen näher spezifiziert.
Die Defektstellen werden bevorzugt durch Identierung mit einer Indenterspitze zur Härteprüfung gemäß Vickers oder gemäß Berkovich mit einer Indentationslast von 50 g bis 700 g, besonders bevorzugt 100 g bis 600 g, insbesondere 200 g bis 550 g eingebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Indenterspitze zunächst oberhalb der Oberfläche positioniert, die indentiert werden soll. Dabei wird die Indenterspitze durch einen Kraftsensor in der Luft gehalten und danach auf die Glasoberfläche abgesenkt. Wenn die Indenterspitze nicht mehr vom Sensor getragen wird indentiert diese das Glas mit einer Last, die der Masse der Komponenten der Indenterspitze zuzüglich einer optional aufgelegten Zusatzlast entspricht. Bevorzugt wird eine Indenterspitze verwendet, die über eine Masse von 250 g verfügt, wodurch sich eine entsprechende Indentationslast ergibt, die bei Bedarf weiter erhöht werden kann, beispielsweise auf 500 g. Versuche der Erfinder haben gezeigt, dass eine Indentation mit einer Indenterspitze zur Härteprüfung gemäß Vickers mit einer Indentationslast von 250 g oder 500 g oder einem Gewicht zwischen 250 g und 500 g besonders vorteilhaft ist um ein vorteilhaftes Bruchverhalten bei guter Steinschlagfestigkeit der Verbundscheibe zu erzielen. Die eingesetzte Indentationslast kann sich auch je nach Position der Defektstelle auf der Scheibenoberfläche verändern. Demnach besteht die Möglichkeit an einigen Stellen größere und an anderen Stellen kleinere Defektstellen in die Glasoberfläche einzubringen. Durch die mit der Indentationslast korrelierende Größe der Defektstellen kann das Bruchverhalten der Scheibe im Allgemeinen sowie auch gezielt in Abhängigkeit von der Position der Defektstelle auf der Scheibe gesteuert werden. Bereiche, in denen ein frühzeitigerer Bruch der Scheibe erfolgen soll, werden dabei mit größeren Defektstellen, die mittels einer höheren Indentationslast erzeugt werden, versehen, während Bereiche mit kleineren Defektstellen zu einem späteren Zeitpunkt brechen werden.
Verbundscheiben für Fahrzeugverglasungen werden in der Regel durch Lamination zweier gebogener Flachglasscheiben hergestellt. Das Floatverfahren ist das gängigste und wirtschaftlich günstigste Verfahren zur Herstellung von Flachglas, so dass Scheiben für Fahrzeugverglasungen in der Regel diesem Herstellungsverfahren entspringen. Je nach den bereits durch das Herstellungsverfahren bedingten Defekten kann eine nach der Herstellung der Scheiben erfolgende Indentierung angepasst werden, wobei die Oberflächendruckspannung der Scheiben nach Indentierung bevorzugt zwischen 50 MPa und 100 Mpa liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Indentierung in Schritt b) mittels mehrerer Indenterspitzen, die zumindest teilweise zeitgleich die zu indentierende Oberfläche kontaktieren. Zumindest teilweise zeitgleich bedeutet dabei, dass mindestens zwei Indenterspitzen die zu indentierende Oberfläche im gleichen Zeitfenster oder in zwei teilweise miteinander überlappenden Zeitfenstern berühren. Besonders bevorzugt werden mehrere Indenterspitzen auf einer Halterung, beispielsweise einem Rahmen, angebracht und zeitgleich auf die zu indentierende Oberfläche abgesenkt. Dadurch ergibt sich eine einfache Handhabung und zeitlich effiziente Prozessdauer. Vorzugsweise entspricht die Anzahl und Position der an einer gemeinsamen Halterung angebrachten Indenterspitzen der Anzahl und Position der in einer Glasoberfläche einzubringenden Defektstellen. Die Halterung mit Indenterspitzen ist somit nur einmal pro Werkstück zu positionieren, wobei sämtliche Defektstellen gleichzeitig eingebracht werden können. Die Indentationslast kann dabei für jede Indenterspitze verschieden oder für mehrere oder alle Indenterspitzen gleich eingestellt werden. Eine voneinander abweichende Indentationslast ist vorteilhaft um die Größe der Defektstellen je nach Position der Defektstelle auf der Scheibe anzupassen. Werden innerhalb eines Werkstücks Defektstellen verschiedener Größen gewünscht, so können verschiedene Indentationslasten zwischen der jeweiligen Indenterspitze und der Halterung, die die Indenterspitzen trägt, aufgelegt werden. Wird für alle Indenterspitzen die gleiche Indentationslast gewünscht, so können eine oder mehrere Lasten auch an der Halterung selbst aufgelegt werden.
In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest die Scheibe oder die Scheiben, in die Defektstellen eingebracht wurden, gebogen. Dabei werden die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe bevorzugt bei einer Temperatur von 500 °C bis 700 °C gebogen.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe können einzelnen gebogen werden. Bevorzugt werden die Außenscheibe und die Innenscheibe gemeinsam (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind.
In einer möglichen Ausführung der Erfindung sind Defektstellen lediglich in die Außenscheibe eingebracht und die Innenscheibe wird nicht vorgebogen. Dabei wird eine dünne Innenscheibe verwendet, die eine folienartige Flexibilität aufweist und so an die vorgebogene Außenscheibe angepasst werden kann, ohne selbst vorgebogen werden zu müssen. Die Herstellung des Verbundglases wird so vereinfacht. In einer bevorzugten Ausführung wird die Innenscheibe ebenfalls einem Biegeprozess unterzogen werden. Dies ist insbesondere bei starken Biegungen in mehrere Richtungen des Raums (sogenannte dreidimensionale Biegungen) vorteilhaft.
Sollen auf den zur thermoplastischen Zwischenschicht weisenden Oberflächen der Außenscheibe und der Innenscheibe 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 Fahrzeugverbundscheibe 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 im Randbereich der Verbundscheibe aufgebrachte opake Abdeckdrucke werden bevorzugt im Siebdruckverfahren aufgebracht.
Das Verbinden der Außenscheibe und der Innenscheibe über die thermoplastische Zwischenschicht zur Fahrzeugverbundscheibe 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 Außenscheibe, die thermoplastische Zwischenschicht und die Innenscheibe 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 betrifft weiter eine Fahrzeugverbundscheibe mindestens umfassend eine Außenscheibe aus Glas mit einer außenseitigen Oberfläche I und einer innenraumseitigen Oberfläche II und eine Innenscheibe aus Glas mit einer außenseitigen Oberfläche III und einer innenraumseitigen Oberfläche IV, wobei die innenraumseitige Oberfläche II der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche III der Innenscheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Fahrzeugverbundscheibe umfasst in zumindest einem ersten Teilbereich Defektstellen, die in die Außenscheibe und/oder Innenscheibe eingebracht sind, wobei die Defektstellen mittels Indentierung eingebracht sind. Die mittels Indentierung eingebrachten Defektstellen mindern die Festigkeit des Glases. Die Erfinder haben sich diesen, in der Regel unerwünschten Effekt, zu Nutze gemacht um die Bruchcharakteristik der Verbundscheibe zu beeinflussen. Auf diese Weise kann in Bereichen mit Defektstellen ein frühzeitiger Bruch der Scheibe herbeigeführt werden, während in Bereichen ohne Defekte ein Bruch der Scheibe verzögert auftritt oder nicht auftritt. In welchen Bereichen ein frühzeitiger Scheibenbruch sinnvoll ist, kann dabei verschieden sein je nach Unfallszenario, dessen Folgen abgemildert werden sollen. Die gezielte Schwächung der Außenscheibe und/oder Innenscheibe der Verbundscheibe führt bei Aufprall eines Körpers zu einem frühzeitigen Bruch. Nach dem Bruch einer oder beider der Glasscheiben wird durch die Dehnung der thermoplastischen Zwischenschicht und die zumindest teilweise Delaminierung im Bereich der gebrochenen Glasscheiben eine erhebliche Energiemenge absorbiert. Die thermoplastische Zwischenschicht ist dehnbar und gibt somit nach, so dass ein auftreffender Körper weniger abrupt verlangsamt wird und eine eher geringere Verzögerungsrate erfährt. Die erfindungsgemäße Fahrzeugverbundscheibe findet beispielsweise Anwendung, um bei Unfällen mit Fußgängern den Aufprall eines menschlichen Kopfes auf der Windschutzscheibe abzumildern. Eine abrupte Verlangsamung des Kopfes, wie sie im Falle eines späten Glasbruchs auftritt, sollte dabei vermieden werden. Eine nicht erfindungsgemäße Verbundscheibe ohne Defektstellen zeigt einen späten Glasbruch bei Kopfaufprall, wobei ein großer Teil der kinetischen Energie des Aufpralls durch Verbiegen des Glases abgebaut wird, was zu einer hohen Verzögerungsrate des Kopfes führt. Um diesen Kopfaufprall zu quantifizieren, wird beispielsweise das Head Injury Criterion (HIC) verwendet, das den Schweregrad eines Aufpralls anhand der Verzögerungsrate des Kopfes bewertet. Hohe Verzögerungsraten sind in der Regel mit hohen HIC-Werten verbunden, die mit schweren Verletzungen am Kopf des Fußgängers einhergehen. Ein niedriger HIC-Wert ist dabei gleichbedeutend mit einem geringen Risiko für schwere Kopfverletzungen.
In den Bereichen der gezielt eingeführten Defektstellen besteht eine niedrigerer Festigkeit. Ein Glasbruch beginnt in der Regel immer an einem Defekt des Glases, wenn in diesem Bereich eine Zugspannung ausgeübt wird. Geringe statistisch verteilte Defekte sind herstellungsbedingt in Glasscheiben feststellbar. Ihr Einfluss auf das Bruchverhalten ist jedoch aufgrund der statistischen Verteilung solcher natürlicher Defekte nicht vorhersehbar. Die erfindungsgemäß im ersten Teilbereich der Verbundscheibe eingebrachten Defektstellen können, im Gegensatz zu den zufälligen Defekten im Glas, gezielt im ersten Teilbereich der Windschutzscheibe als dem Bereich, in dem ein frühzeitiger Bruch erfolgen soll, platziert werden. Dadurch bietet die erfindungsgemäße Verbundscheibe beispielsweise auch im Falle eines Verkehrsunfalls unter Beteiligung eines Passanten eine höhere Sicherheit für diesen, da bei einem Frontalzusammenstoß die Schwere des Aufpralls des menschlichen Kopfes durch frühzeitigen Bruch der Verbundscheibe abgemildert wird.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Fahrzeugverbundscheibe mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt.
Die Fahrzeugverbundscheibe ist zur Abtrennung eines Fahrzeuginnenraums von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Die Fahrzeugverbundscheibe ist also eine Fensterscheibe, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist. Eine erste Scheibe der Fahrzeugverbundscheibe stellt die Außenscheibe der Fahrzeugverbundscheibe dar, die der äußeren Fahrzeugumgebung zugewandt ist, während die zweite Scheibe der Fahrzeugverbundscheibe 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 Fahrzeugverbundscheibe weist einen ersten Flächenbereich, als erster Teilbereich bezeichnet, auf. Dieser erste Teilbereich umfasst mindestens einen flächenmäßigen Anteil der Fahrzeugverbundscheibe, kann jedoch auch die gesamte Scheibenoberfläche der Fahrzeugverbundscheibe umfassen. Umfasst der erste Teilbereich weniger als die gesamte Scheibenoberfläche der Fahrzeugverbundscheibe, so wird der nicht vom ersten Teilbereich umfasste Flächenbereich als zweiter Teilbereich der Fahrzeugverbundscheibe bezeichnet. Der zweite Teilbereich umfasst dabei Bereiche, in denen keine durch Indentation erzeugten Defektstellen vorhanden sind. Es können auch mehrere erste Teilbereiche und/oder zweite Teilbereiche vorhanden sein, wobei die ersten Teilbereiche Defektstellen umfassen, während die zweiten Teilbereiche frei von Defektstellen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Fahrzeugverbundscheibe nur einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich auf, die zusammen die Gesamtfläche der Fahrzeugverbundscheibe bedecken.
Die thermoplastische Zwischenschicht kann einen oder mehrere weitere Folien umfassen. Dies können zum Beispiel Folien sein, die elektrisch schaltbare Funktionen haben oder gefärbte Bereiche. Die thermoplastische Zwischenschicht kann einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut sein. In einer möglichen Ausführungsform ist die thermoplastische Zwischenschicht als Folien-Laminat ausgeführt, beispielsweise als Folien-Laminat mit drei Schichten.
Die mittels Indentierung erzeugten Defektstellen sind auf der Außenscheibe und/oder der Innenscheibe aufgebracht. Dadurch werden eine oder beide Scheiben der Fahrzeugverbundscheibe gezielt geschwächt um einen frühzeitigen Bruch herbeizuführen. Die Schwere des Aufpralls wird durch das frühe Brechen der Fahrzeugverbundscheibe verringert. Nach Bruch des Glases wird durch die Dehnung der thermoplastischen Zwischenschicht und die teilweise Delaminierung der zerbrochenen Glasfragmente eine erhebliche Energiemenge absorbiert. Durch die Dehnung der thermoplastischen Zwischenschicht wird der menschliche Kopf einer eher geringeren Verzögerungsrate ausgesetzt. Sehr abrupte Kopfverzögerungen, wie sie im Falle eines späten Glasbruchs auftreten, werden dabei vermieden. Die Defektstellen sind bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und/oder der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angebracht. Ein Bruch der Verbundscheibe kommt nicht unmittelbar durch den Aufprall eines Objektes auf der Außenseite der Verbundscheibe zustande, sondern durch die im Glas entstehende Zugspannung, insbesondere an den innenraumseitigen Oberflächen der Außenscheibe und der Innenscheibe. Insbesondere bei halbharten Objekten, wie einem menschlichen Kopf, ist dies der Fall. Die Verbundscheibe bricht dabei zuerst an den Stellen, an denen die Zugspannung am größten ist. Erfolgt ein Aufprall auf der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe, so entstehen die größten Zugspannungen an der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe. Werden die Defektstellen an einer dieser Oberflächen angebracht, so kommt es dort zu dem erwünschten frühzeitigen Bruch. Besonders bevorzugt sind Defektstellen zumindest auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angebracht. An dieser Oberfläche treten die höchsten Zugspannungen auf. Der Durchmesser der Defektstellen beträgt bevorzugt 10 pm bis 500 pm, besonders bevorzugt 15 pm bis 250 pm. Der Durchmesser einer Defektstelle wird bestimmt als der maximale Durchmesser der Defektstelle, also als die maximale messbare Ausdehnung der Defektstelle. Damit konnte ein zuverlässiger Bruch der Scheibe erreicht werden, wobei gleichzeitig im Sinne einer Kostenersparnis und um optische Beeinträchtigungen zu vermeiden die Indentationsfläche gering gehalten werden kann. Der Durchmesser der Defektstellen wird als Gesamtdurchmesser des durch Indentation verursachten sichtbaren Defektes gemessen. Dieser setzt sich zusammen aus dem in der Glasoberfläche sichtbaren Abdruck der Indenterspitze und etwaigen weiteren daran angrenzenden Beschädigungen, wie von dem Abdruck der Indenterspitze ausgehenden Rissen.
Werden die Defektstellen mittels einer Vickers-Spitze als Indenterspitze erzeugt, so beträgt die Länge der Diagonalen des Spitzenabdrucks bevorzugt zwischen 10 pm und 500 pm. Als besonders bevorzugt haben sich Spitzenabdrücke mit einem Durchmesser von 15 pm bis 250 pm, insbesondere 20 pm bis 40 pm erwiesen. Defektstellen mit Spitzenabdrücken dieser Größe sind für den Fahrer des Fahrzeugs optisch sehr unauffällig und führen in Versuchen der Erfinder zu dem gewünschten frühzeitigen Bruch der Scheibe bei gleichzeitig ausreichender Steinschlagfestigkeit.
Bevorzugt bilden die Defektstellen ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster innerhalb des ersten Teilbereichs der Verbundscheibe aus, wobei innerhalb einer Ebene zueinander benachbarte Defektstellen einen mittleren Abstand von 1 cm bis 50 cm, bevorzugt von 2 cm bis 30 cm, besonders bevorzugt von 3 cm bis 15 cm, beispielsweise von 5 cm bis 10 cm, zueinander einnehmen. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, damit ein auf die Verbundscheibe auftreffender Kopf in jedem Fall in der Nähe einer Defektstelle im ersten Teilbereich auftrifft.
Bevorzugt nimmt der erste Teilbereich, in dem Defektstellen eingebracht sind, zwischen 10 % und 100 %, bevorzugt 20 % bis 90 %, besonders bevorzugt 30 % bis 70 % der Gesamtfläche der Verbundscheibe ein. Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass die genannten bevorzugten Flächenanteile des ersten Teilbereichs ausreichen um eine gute Sicherheit zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Fahrzeugverbundscheibe eine Windschutzscheibe. Die umlaufende Kante der Verbundscheibe 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 Windschutzscheibe weist zumindest einen ersten Teilbereich auf, der sich angrenzend zur Motorkante der Windschutzscheibe in Richtung der Dachkante erstreckt. Die Windschutzscheibe weist dabei eine Transmission von mindestens 70% im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums auf. Insbesondere im Hauptsichtfeld der Windschutzscheibe, auch als A- Feld bezeichnet, ist eine Transmission von mindestens 70 % im sichtbaren Bereich erforderlich um die gesetzlichen Regularien für Windschutzscheiben (ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben.) zu erfüllen. Ragt der erste Teilbereich in das Hauptsichtfeld der Windschutzscheibe, so sollte eine Transmission von 70% vorliegen, in anderen Bereichen genügt auch eine geringere Transmission.
Bevorzugt ist der erste Teilbereich der Verbundscheibe, in dem die Defektstellen angeordnet sind, ein zur Motorkante benachbarter Bereich, in dem im Falle eines Unfalls mit höherer Wahrscheinlichkeit der Kopf eines Fußgängers aufkommt.
Vorzugsweise erstreckt sich der erste Teilbereich zumindest abschnittsweise ausgehend von der Motorkante der Windschutzscheibe um einen Betrag in Richtung der Dachkante der Windschutzscheibe, der 10 % bis 90 %, bevorzugt 20 % bis 70 % 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 erste Teilbereich in Richtung der Dachkante erstreckt, an derselben Position der Motorkante als kürzester Abstand zwischen Motorkante und in Richtung der Dachkante versetzter Oberkante des ersten Teilbereichs bestimmt, wodurch sich die Höhe des ersten Teilbereichs an dieser Position entlang der Motorkante ergibt. Diese Höhe des ersten Teilbereichs 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 erste Teilbereich sich von der Motorkante in Richtung der Dachkante erstreckt. Die Höhe bis zu der sich der erste Teilbereich 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, im ersten Teilbereich liegt. Der erste Teilbereich 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 der erste Teilbereich in zumindest einem Abschnitt entlang der Motorkante der Windschutzscheibe bis zu der genannten Höhe in Richtung der Dachkante in die Windschutzscheibe hineinragt, in anderen Abschnitten aber auch eine geringere Höhe aufweisen kann. Die Oberkante des ersten Teilbereichs, also der Kantenabschnitt des ersten Teilbereichs, der den größten Abstand zur Motorkante der Windschutzscheibe aufweist, verläuft dabei vorzugsweise geradlinig oder gebogen zwischen den Seitenkanten der Windschutzscheibe.
In einer möglichen Ausführungsform nimmt die Dichte der Defektstellen, also die Anzahl der Defektstellen pro Flächeneinheit, innerhalb des ersten Teilbereichs von der Motorkante in Richtung der Dachkante ab. Benachbart zur Oberkante des ersten Teilbereichs ist somit die Dichte der Defektstellen geringer als die Dichte der Defektstellen benachbart zur Motorkante. Auf diese Weise kann ein schrittweiser Übergang zwischen dem ersten Teilbereich und einem an diesen angrenzenden zweiten Teilbereich ohne Defektstellen geschaffen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Größe des ersten Teilbereiches so gewählt ist, dass im Einbauzustand der Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug die Größe des ersten Teilbereichs mindestens 90% der Fläche der Projektion des Armaturenbretts des Kraftfahrzeugs auf die Windschutzscheibe entspricht. Besonders bevorzugt entspricht die Größe des ersten 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 ersten Teilbereich auszuführen, wodurch die Windschutzscheibe bereits frühzeitig bricht.
Als Oberkante des ersten Teilbereichs wird der Kantenabschnitt des ersten Teilbereichs bezeichnet, der entlang der Motorkante den größten Abstand zur Motorkante aufweist. Die Kante des ersten Teilbereichs ist dabei eine den ersten Teilbereich mit Defektstellen umschließende Linie. Die Oberkante des ersten Teilbereichs erstreckt sich bevorzugt zwischen den Seitenkanten der Windschutzscheibe, wobei die Oberkante an den Seitenkanten der Windschutzscheibe enden kann, aber nicht muss. Das bedeutet, dass die Oberkante an einer oder beiden Seitenkanten der Windschutzscheibe auf die jeweilige Seitenkante treffen kann. Der erste Teilbereich 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 zweckdienlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Oberkante des ersten Teilbereichs geradlinig zwischen den Seitenkanten und endet an den Seitenkanten der Windschutzscheibe. Für eine geradlinige Oberkante hat sich ein im Einbauzustand der Windschutzscheibe im Fahrzeug waagerechter Verlauf als vorteilhaft erwiesen, um die gewünschte Festigkeitsminderung im ersten Teilbereich gleichmäßig in allen Bereichen entlang der Motorkante zu erzielen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Oberkante des ersten Teilbereichs einen gebogenen Verlauf auf. Die Oberkante kann dabei im Bereich der Seitenkanten enden oder auch auf die Eckbereiche zulaufen und unmittelbar im Eckbereich oder an den dem Eckbereich benachbarten Abschnitten der Motorkante enden. Dabei ergibt sich eine halbkreis- oder halbellipsenförmige Geometrie des ersten Teilbereichs.
Die thermoplastische Zwischenschicht umfasst bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), lonomere und/oder Ethylenvinylacetat (EVA), besonders bevorzugt PVB. Diese Materialien haben sich als besonders geeignet erwiesen hinsichtlich einer sicheren Anbindung der Scheiben zueinander.
Die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht beträgt bevorzugt zwischen 300 pm und 1000 pm, besonders bevorzugt zwischen 500 pm und 900 pm, insbesondere zwischen 650 pm und 850 pm.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind aus Glas gefertigt, 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.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe können unabhängig voneinander aus nicht vorgespanntem, teilvorgespanntem oder vorgespanntem Glas bestehen. Sollen die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe 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 Außenscheibe beträgt typischerweise von 1 ,0 mm bis 2,5 mm. Die Dicke der Innenscheibe beträgt bevorzugt zwischen 0,8 mm und 2,1 mm. Die Dicke der Außenscheibe ist vorzugsweise größer als die Dicke der Innenscheibe. Beispielsweise kann die Außenscheibe 2,1 mm und die Innenscheibe 1 ,1 mm dick sein oder die Außenscheibe 1 ,8 mm und die Innenscheibe 1 ,4 mm dick sein oder die Außenscheibe 1 ,6 mm und die Innenscheibe 1 ,1 mm dick sein oder die Außenscheibe 1 ,6 mm und die Innenscheibe 0,7 mm dick sein oder die Außenscheibe 1 ,4 mm und die Innenscheibe 1 ,1 mm dick sein.
Die Innenscheibe, die Außenscheibe 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 Fahrzeugverbundscheibe ist in einer oder bevorzugt in mehreren Richtungen des Raumes gebogen, wie es für Scheiben von Kraftfahrzeugen üblich ist, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen.
Die Innenscheibe, die Außenscheibe 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 Außenscheibe einen solchen opaken peripheren Abdeckdruck auf, besonders bevorzugt sind sowohl die Außenscheibe als auch die Innenscheibe 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 Windschutzscheibe angebracht werden.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Fahrzeug umfassend die erfindungsgemäße Verbundscheibe, wobei die Größe des ersten Teilbereiches mit Defektstellen so gewählt ist, dass die Größe des ersten Teilbereichs mindestens 90% der Fläche der Projektion des Armaturenbretts des Kraftfahrzeugs auf die Fahrzeugverbundscheibe entspricht. Die Fahrzeugverbundscheibe ist dabei die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs. Besonders bevorzugt entspricht die Größe des ersten 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 ersten Teilbereich auszuführen, wodurch die Windschutzscheibe bereits frühzeitig bricht.
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. Insbesondere gelten die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Merkmale auch für die Verbundscheibe und umgekehrt.
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. 1a, b eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrzeugverbundscheibe als Windschutzscheibe,
Fig. 2 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrzeugverbundscheibe als Windschutzscheibe,
Fig. 3a, b Proben mit Defektstellen nach Indentation mit Vickersspitze bei verschiedenen Indentationslasten,
Fig. 4 Diagramm zur Untersuchung der Biegebruchfestigkeit von Gläsern mit Defektstellen in Abhängigkeit von der Indentationslast und
Fig. 5 Vorrichtung zur Indentation der Proben gemäß Figuren 3a, b.
In Figur 1a, b ist die Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrzeugverbundscheibe 10 als Windschutzscheibe gezeigt, während Figur 2 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die in der Figur 1 gezeigte Ausführungsform entlang der Schnittlinie C‘-C gemäß Figur 1 gezeigt. Figur 1 b zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereichs Z der Windschutzscheibe aus Figur 1a.
Die in den Figuren 1a, b und 2 gezeigte Windschutzscheibe 10 umfasst eine Außenscheibe 1 und eine Innenscheibe 2, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1 weist eine außenseitige Oberfläche I und eine innenraumseitige Oberfläche II auf. Die Innenscheibe 2 weist eine außenseitige Oberfläche III und eine innenraumseitige Oberfläche IV auf. Die außenseitigen Oberflächen I, III weisen im Einbauzustand der Windschutzscheibe 10 in Richtung der Umgebung, während die innenraumseitigen Oberflächen II, IV im Einbauzustand in Richtung des Fahrzeuginnenraums orientiert sind. Die innenraumseitige Oberfläche II der Außenscheibe 1 ist über die thermoplastische Zwischenschicht 3 mit der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 verbunden. 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. Die Windschutzscheibe 10 weist einen ersten Teilbereich X und einen zweiten Teilbereich Y auf, wobei der erste Teilbereich X benachbart zur Motorkante M angeordnet ist.
Wie aus den Figuren 1b und 2 ersichtlich, sind im ersten Teilbereich X der Windschutzscheibe 10 Defektstellen 4 angeordnet. Der restliche Flächenbereich der Windschutzscheibe 10 wird als zweiter Teilbereich Y bezeichnet und ist vollständig frei von solchen Defektstellen 4. Die Außenscheibe 1 ist beispielsweise eine aus Kalk-Natron-Glas gefertigte Glasscheibe mit einer Dicke von 2,1 mm. Die Innenscheibe 2 besteht beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 1 ,6 mm auf.
Der erste Teilbereich X weist eine Oberkante 5 auf, die ausgehend von der Motorkante M in Richtung der Dachkante D versetzt angeordnet ist. Die Oberkante 5 des ersten Teilbereichs X verläuft zwischen den Seitenkanten K, wobei zwischen der Oberkante 5 des ersten Teilbereichs X und der Motorkante M die Defektstellen 4 eingebracht sind. Defektstellen 4 sind vorliegend auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 angeordnet. Dies hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um einen frühzeitigen Bruch der Windschutzscheibe 10 im Head Impact Test zu erzielen. Weiter verbesserte Ergebnisse können erzielt werden, wenn, wie in Figur 2 gezeigt, zusätzlich dazu Defektstellen 4 auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 angeordnet ist.
Die Erfinder haben Versuche durchgeführt, die eine gezielte Schwächung einer Glasscheibe im Bereich einer durch Indentation eingeführten Defektstelle 4 experimentell bestätigen. Die Erfinder haben hierzu Versuche durchgeführt mit Floatglasscheiben einer Dicke von 1 ,6 mm und 2,1 mm. Eine Reihe derartiger Proben wurde mit Defektstellen 4 versehen, wobei die Indentationslast variiert wurde. Im Floatglasverfahren hergestelltes Glas weist an den gegenüberliegenden Oberflächen der Floatglasscheibe unterschiedliche Oberflächencharakteristika und Spannungen auf. Dabei wird unterschieden zwischen der sogenannten Zinnseite, auch Badseite genannt, der Floatglasscheibe, die die Glasoberfläche bezeichnet, die in Kontakt zum Zinnbad stand und der sogenannten Luftseite (auch als Feuerseite oder Atmosphärenseite bezeichnet), die die verbleibende gegenüberliegende Glasoberfläche bezeichnet. In Figuren 3a und 3b sind mittels Indentation eingebrachte Defektstellen 4 auf der Feuerseite zweier Proben gezeigt. Die in Figur 3a gezeigte Probe ist eine Glasscheibe 6 bestehend aus Floatglas mit einer Dicke von 2,1mm, wobei die Indentation mittels einer Vickersspitze gemäß DIN EN ISO 6507-1 :2018 bis -4:2018 mit einer Indentationslast von 250 g auf der Luftseite der Probe durchgeführt wurde. Für die Probe der Figur 3b gilt dies analog mit dem Unterschied, dass die Indentation mit einer Indentationslast von 500 g erfolgte. Eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit der die Indentation der Proben erfolgte ist in Figur 5 gezeigt. An einer Haltevorrichtung 15 ist ein Kraftsensor 11 angebracht. Der Kraftsensor 11 hält ein System 12 zur Höhenanpassung der Indenterspitze und die Indenterspitze 14. Die Indenterspitze 14 wird zunächst über dem Bereich der Probe 6 positioniert, der indentiert werden soll, wobei die Indenterspitze 14 durch den Kraftsensor 11 in der Luft gehalten wird. Das System 12 zur Höhenanpassung umfasst eine Platte 13, über deren Gewicht die Indentationslast eingestellt werden kann.
Die Proben der Figuren 3a, 3b sowie weitere nach dem gleichen Verfahren mit verschiedenen Indentationslasten indentierte Proben wurden einem Test der Biegebruchfestigkeit nach DIN EN 1288-5 unterzogen. Das in Figur 4 dargestellte Diagramm zeigt die Biegebruchfestigkeit einer Probenreihe in Abhängigkeit von der Indentationslast bei Indentation mittels einer Vickersspitze gemäß DIN EN ISO 6507-1 :2018 bis -4:2018. Bei einer Identationslast von 100 g erfolgte kein systematischer Bruch im Bereich des Indentationsabdrucks. Insofern sind bei Verwendung einer Vickersspitze Indentationslasten größer als 100 g bevorzugt. Wie im Diagramm ersichtlich, ist mit steigender Indentationslast eine wesentliche Reduzierung der Biegebruchfestigkeit zu beobachten. Dies ist auch beim Aufprall eines Fußgängers im ersten Teilbereich X einer Fahrzeugverbundscheibe 10 mit Defektstellen 4 zu erwarten. Mit einer Indentationslast von 250 g bis 500 g eingebrachte Defektstellen haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen um diese möglichst optisch unauffällig zu gestalten und eine gute Steinschlagfestigkeit der Scheibe zu gewährleisten.
Bezugszeichenliste
10 Windschutzscheibe
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
4 Defektstellen
5 Oberkante des ersten Teilbereichs X
6 Glasscheibe, Probe
11 Kraftsensor
12 System zur Höhenanpassung der Indenterspitze
13 Platte zur Einstellung der Indentationslast
14 Indenterspitze
15 Haltevorrichtung
X erster Teilbereich
Y zweiter Teilbereich
D Dachkante
M Motorkante
S Seitenkanten
Z vergrößert dargestellter Ausschnitt
CC‘ Schnittlinie
I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
II innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
III außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugverbundscheibe (10) mit verbessertem Aufprallschutz, wobei zumindest a) eine Außenscheibe (1) aus Glas und eine Innenscheibe (2) aus Glas bereitgestellt werden, b) in mindestens einem ersten Teilbereich (X) Defektstellen (4) in die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) eingebracht werden, c) die Außenscheibe (1) mit Defektstellen (4) und/oder die Innenscheibe (2) mit Defektstellen (4) gebogen werden, d) eine thermoplastische Zwischenschicht (3) auf die Außenscheibe (1) oder die Innenscheibe (2) aufgelegt wird, a) der Schichtstapel mit der Innenscheibe (2) oder der Außenscheibe (1) abgeschlossen wird und b) der Schichtstapel aus zumindest Außenscheibe (1), thermoplastischer Zwischenschicht (3) und Innenscheibe (2) zu einer Windschutzscheibe (10) laminiert wird, wobei die Defektstellen (4) mittels Indentierung in die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Defektstellen (4) auf der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) und/oder auf der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) angebracht sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Defektstellen (4) sphärisch, rechteckig, rhombisch, pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet werden und mittels Mikroindentierung oder Nanoindentierung eingebracht werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Defektstellen (4) durch Indentierung mit einer Indenterspitze zur Härteprüfung gemäß Brinell nach DIN EN ISO 6506-1 bis EN ISO 6506-4, Vickers nach DIN EN ISO 6507-1 :2018 bis -4:2018, Knoop nach DIN EN ISO 4545-1 bis -4, Rockwell nach DIN EN ISO 6508-1 oder einer Indenterspritze mit Grundform einer Dreieckspyramide gemäß Berkovich eingebracht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Defektstellen durch Identierung mit einer Indenterspitze zur Härteprüfung gemäß Vickers mit einer Indentationslast von 50 g bis 700 g, bevorzugt 100 g bis 600 g, insbesondere 200 g bis 550 g eingebracht werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Indentierung in Schritt b) mittels mehrerer Indenterspitzen erfolgt, die zumindest teilweise zeitgleich die zu indentierende Oberfläche kontaktieren.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Außenscheibe (1) und/oder die Innenscheibe (2) in Schritt c) bei einer Temperatur von 500 °C bis 700 °C gebogen werden.
8. Fahrzeugverbundscheibe (10) umfassend eine Außenscheibe (1) aus Glas mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II) und eine Innenscheibe (2) aus Glas mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), wobei die innenraumseitige Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) und die außenseitige Oberfläche (III) der Innenscheibe (2) über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, und wobei
- die Fahrzeugverbundscheibe (10) in zumindest einem ersten Teilbereich (X) Defektstellen (4) umfasst, die in die Außenscheibe (1) und/oder Innenscheibe (2) eingebracht sind und
- die Defektstellen (4) mittels Indentierung in die Außenscheibe (1) und/oder Innenscheibe (2) eingebracht sind.
9. Fahrzeugverbundscheibe (10) nach Anspruch 8, wobei die Defektstellen (4) an der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe (1) oder der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2) eingebracht sind.
10. Fahrzeugverbundscheibe (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Defektstellen (4) ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster ausbilden und zueinander benachbarte Defektstellen (4) einen mittleren Abstand von 1 cm bis 50 cm, bevorzugt von 2 cm bis 30 cm, zueinander aufweisen.
11. Fahrzeugverbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Teilbereich (X) einen Anteil von 10 % bis 100 %, bevorzugt einen Anteil von 20 % bis 90 %, besonders bevorzugt 30 % bis 70 % an der Gesamtfläche der Fahrzeugverbundscheibe (10) einnimmt.
12. Fahrzeugverbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei die Fahrzeugscheibe (10) eine Windschutzscheibe umfassend eine Motorkante (M), eine Dachkante (D) und zwei zwischen diesen verlaufenden Seitenkanten (S) ist und der erste Teilbereich (X) sich zumindest abschnittsweise ausgehend von der Motorkante (M) um einen Betrag in Richtung der Dachkante (D) erstreckt, der 10 % bis 90 %, bevorzugt 20 % bis 70 %, der Höhe der Windschutzscheibe (10) entspricht.
13. Fahrzeugverbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die thermoplastische Zwischenschicht (3) Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), lonomere und/oder Ethylenvinylacetat (EVA) umfasst.
14. Fahrzeugverbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Außenscheibe (1) und die Innenscheibe (2) Glas umfassen und eine Dicke von jeweils 0,8 mm bis 2,5 mm, bevorzugt von 1 ,2 mm bis 2,2 mm, aufweisen.
15. Fahrzeug umfassend eine Fahrzeugverbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Größe des ersten Teilbereiches (X) so gewählt ist, dass die Größe des ersten Teilbereichs (X) mindestens 90% der Fläche der Projektion des Armaturenbretts des Kraftfahrzeugs auf die Windschutzscheibe (10) entspricht.
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